Mod

1

• Modélisation des perturbations de mode commun
  dans les systèmes de variation de vitesse
  destinés à des applications embarquées

2
Introduction

• Avion électrique (source workshop snecma
  29/04/03)
• Éliminer les natures multiples des sources
  dénergies, hydraulique et pneumatique , et leurs
  canalisations associées en ne conservant que
  lélectrique
• Des études sur lavion plus électriques ont
  montré des gains de
• 10 en masse
• 13 poussée moteur
• 9 consommation carburant
• 15 fiabilité
• 10 coût

3
Introduction
- ETRASTM HS et Honeywell Développé pour
lAirbus A380 - Objectifs Simplification de
linstallation Réduction de poids et des coûts
de maintenance
4
Introduction

• Problème de cohabitation
• Systèmes de puissance (association convertisseurs
  machine)
• Systèmes bas niveau (télémétrie, communications,
  signaux, calculateurs, )
• Maîtrise de la compatibilité électromagnétique
• Complexité facteurs déchelle géométriques et
  fréquentiels, non linéarités, approche
  système
• Spécificités liées au domaine aéronautique
  cyclage thermique, vibrations, fiabilité, poids,
  encombrement,

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Plan de la présentation

• Description du système étudié
• Modèle homopolaire des perturbations conduites
• Formalisme matriciel de la modélisation
• Méthode dacquisition des sources de perturbation
• Identification des paramètres Z
• Expression analytique des courants perturbateurs
• Validation expérimentale
• Extensions possibles de la méthode

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Perturbations dans les systèmes dentraînement
Rayonnement des boucles
Les effets
Dégradation des roulements, des isolants,
Perturbations dans le réseau dénergie
Objectifs

• Calcul des courants de MC dans un système
  complexe
• Dimensionnement optimal des contre mesures CEM en
  mode conduit
• Répartition des contraintes CEM sur les
  constituants
• Dimensionnement des solutions en mode rayonné
• Aspect normatif

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Description du système expérimental
8
Modèle homopolaire du système

• Londuleur triphasé associé au redresseur génère
  un courant de mode commun qui se propage à tous
  les dispositifs connectés (câble, moteurs,
  charge, etc.)

• Le courant de mode commun dépend de
• Tensions de bras Vat, Vbt, Vct
• Tensions V1, V2, V3
• Impédances de propagation en mode commun dans le
  variateur, vers la charge et dans celle-ci, vers
  le réseau

Système homopolaire ou de mode commun
Représentation unifilaire
9
Formalisme matriciel

• Dans la représentation unifilaire, chaque élément
  est représenté par sa matriceZ ou T bien
  adapté à la représentation fréquentielle
• Câble, moteur, réseau ? caractérisation dans
  ce formalisme
• Par expérimentation directe (réalisé ici)
• Par simulation (MTL, FEM, etc..) ? problème de
  modèles
• Ajout de la source de tension de mode commun
  ?doit être caractérisée

Logiciel de calcul Matlab
10
Tension de mode commun
Nécessité de caractériser la source équivalente
de mode commun
Approche temporelle
Effet du redresseur

Vmc

Relevés expérimentaux
Vmc (
dBµV)
Spectre de
120
110
100
90
80
70
Angle de conduction de diode

60
Approche fréquentielle
50
40
30
Vmc inf(V1, V2, V3) fm1(t)fm2(t)fm3(t).E
/3
20
Fréquence (
Hz)
11
Modèle équivalent de londuleur

Iabs

Zd

Vat Vbt Vct

Masse
Londuleur est représenté par 2 types de sources
- de courant pour le mode différentiel - de
tension pour le mode commun (3 sources bras
triphasés)
Restriction au seul mode commun
12
Couplages capacitifs parasites
Nécessité de caractériser tous les couplages
parasites de mode commun dans le système
13
Formalisme matriciel
Coefficients de la matrice dimpédance
Coefficients de la matrice de transfert
14
Méthode dacquisition des sources
Dispositif de caractérisation fréquentiel

• Calibration de chaque élément
• Sonde différentielle en fréquence
• Adaptation dimpédance avec
• lanalyseur de spectre

Réseau résistif  kR 0,952 Facteur de sonde 
ks5 10-3
15
Acquisition des termes parasites du variateur
Rappel du modèle
Principe de la mesure en statique
Mesures effectuées entre 2kHz et 15MHz ?
Comportement capacitif sur toute la gamme
Analyseur dimpédance
Les trois sorties des cellules donduleur sont
court-circuitées (hors tension) Mesure de
limpédance vis-à-vis de la terre
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Identification des paramètres du câble
Analyseur de réseau

• Principe de mesure
• Utilisation dun analyseur de
• réseau pour évaluer le rapport
• ZU/I méthode gain/phase
• Utilisation dune sonde de
• courant (rapport 1)
• Mesure entre 2kHz et 40MHz
• Corrections de mesure et de
• connectique

17
Boîtier de mesure des paramètres du câble
Méthode gain-phase nécessaire pour Z12
Mesure de 2kHz à 40MHz

• Structure figée reproductibilité des
  mesuresadaptation sur lanalyseur gain-phase

• Boîtier blindé immunité aux perturbations
  extérieurs

• Câblage coaxial immunité au couplage entre la
  source et la mesure

• Interrupteur passage de la mesure de Z11 à Z12

Étage gain-phase de lanalyseur de spectre
18
Corrections de mesure calibration
Fonction de transfert de la sonde et du circuit
de mesure de courant
Impédance de connexion de létage de mesure de la
tension

• Mesure en court-circuit

• Mesure à vide

• Corrections de mesure
• Correction de mesure de la sonde
• (surtout en phase)
• Correction de la connectique le
• câble coaxial est considéré comme
• essentiellement capacitif sur la
• plage de mesure
• Correction de connectique
• indispensable sur lévaluation de Z12

Fonction de correction
19
Correction des mesures résultats
20
Modèle du moteur
Mesures moteur même procédé (et corrections)
que pour le câble
Modèle circuit possible mais peu précis
Z11m
Z12m
21
Association de quadripôles câblemoteur
Erreur en HF - Erreur de métrologie-
Transfert de mode MD-MC
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Transfert de mode
Dispositif de mesure des dissymétries à lorigine
des transferts de mode
Fonctions de couplage MD?MC, câble blindé 4
conducteurs de 4mm², longueur  5m, fonction de
la charge dextrémité
Confirmation derreur possibles si le terme de
mode différentiel (source) est significatif en HF
!! Apparition de transfert entre le mode commun
et le mode différentiel à partir de 4 MHz.
23
Expressions analytique des courants parasites
Expressions des grandeurs
Rappel du modèle
Courant de mode commun total
Courant de mode commun dans le câble
Courant de mode commun dans le moteur
24
Validation expérimentale
Correction quadratique du bruit
25
Validation expérimentale
26
Validation expérimentale
Courant redresseur
120
Calcul
Mesure
100
Bruit
A
m
80
Module en dB
60
40
20
0
4
5
6
7
8
10
10
10
10
10
Fréquence en Hertz
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Conclusion

• Protocoles de mesure affinés (bande passante des
  capteurs, bruit de mesure et rapport signal/bruit)

• Mise en évidence de problèmes de transfert de
  mode potentiels

• Mesures de Z11 et Z12 validées jusquà 40MHz

• Modèle confirmé jusquà 10 MHz, la limitation
  est due au bruit? nécessité daméliorer le
  rapport S/B du banc de mesure (analyseur gt
  récepteur CEM)

• Études paramétriques (variation des impédances
  )
• Dimensionnement de filtres (en tenant compte des
  impédances réelles)
• Augmentation de la validité fréquentielle du
  modèle (100 MHz)