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UMR 8029 1 UMR 5005 Modélisation des perturbations de mode commun dans les systèmes de variation de vitesse destinés à des applications embarquées.

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1 UMR UMR 5005 Modélisation des perturbations de mode commun dans les systèmes de variation de vitesse destinés à des applications embarquées

2 UMR UMR 5005 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 UMR UMR 5005 Introduction - ETRAS TM : HS et Honeywell Développé pour lAirbus A380 - Objectifs: Simplification de linstallation Réduction de poids et des coûts de maintenance

4 UMR UMR 5005 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, …

5 UMR UMR 5005 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

6 UMR UMR 5005 Perturbations dans les systèmes dentraînement 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 Les effets Objectifs Rayonnement des boucles Dégradation des roulements, des isolants, … Perturbations dans le réseau dénergie

7 UMR UMR 5005 Description du système expérimental

8 UMR UMR 5005 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 UMR UMR 5005 Formalisme matriciel Dans la représentation unifilaire, chaque élément est représenté par sa matrice[Z] 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 UMR UMR 5005 Tension de mode commun Vmc Angle de conduction de diode Spectre de Vmc (dBµV) Fréquence (Hz) Nécessité de caractériser la source équivalente de mode commun Approche fréquentielle Approche temporelle Relevés expérimentaux Vmc={ inf(V1, V2, V3)+ [fm1(t)+fm2(t)+fm3(t)].E }/3 Effet du redresseur

11 UMR UMR 5005 Schéma équivalent monophasé avec termes de couplage Modèle équivalent de londuleur Masse Zd Iabs Vat Vbt Vct 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 UMR UMR 5005 Couplages capacitifs parasites Nécessité de caractériser tous les couplages parasites de mode commun dans le système Effets capacitifs dans lIPM Effets diélectriques et inductifs dans le câble Capacités réparties dans les encoches, rotor/stator, inter-enroulements

13 UMR UMR 5005 Coefficients de la matrice de transfert Coefficients de la matrice dimpédance Simplifications Système passif : Système symétrique : I1I1 I2I2 V1V1 V2V2 Formalisme matriciel

14 UMR UMR 5005 Méthode dacquisition des sources Nécessité dune grande dynamique (~100dB) pour le calcul - Amélioration du rapport signal/bruit au niveau de lanalyseur de spectre - Correction de bruit Réseau résistif : k R = 0,952 Facteur de sonde : k s = Dispositif de caractérisation fréquentiel Calibration de chaque élément - Sonde différentielle en fréquence - Adaptation dimpédance avec lanalyseur de spectre

15 UMR UMR 5005 Acquisition des termes parasites du variateur Principe de la mesure en statique Analyseur dimpédance Rappel du modèle Les trois sorties des cellules donduleur sont court-circuitées (hors tension) Mesure de limpédance vis-à-vis de la terre Mesures effectuées entre 2kHz et 15MHz Comportement capacitif sur toute la gamme

16 UMR UMR 5005 Identification des paramètres du câble Mesure de Z11 : G et T et R Mesure de Z12 : G et T et R Mesure de Z21 : G et T et R Mesure de Z22 : G et T et R Principe de mesure Utilisation dun analyseur de réseau pour évaluer le rapport Z=U/I : méthode gain/phase Utilisation dune sonde de courant (rapport 1) Mesure entre 2kHz et 40MHz Corrections de mesure et de connectique Analyseur de réseau

17 UMR UMR 5005 Boîtier blindé : immunité aux perturbations extérieurs Câblage coaxial : immunité au couplage entre la source et la mesure Structure figée : reproductibilité des mesures adaptation sur lanalyseur gain-phase Interrupteur : passage de la mesure de Z 11 à Z 12 Étage gain-phase de lanalyseur de spectre : Méthode gain-phase nécessaire pour Z 12 Mesure de 2kHz à 40MHz Boîtier de mesure des paramètres du câble

18 UMR UMR 5005 Fonction de transfert de la sonde et du circuit de mesure de courant Mesure en court-circuit Impédance de connexion de létage de mesure de la tension Mesure à vide Corrections de mesure : calibration 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 Z 12 Fonction de correction

19 UMR UMR 5005 Correction des mesures : résultats

20 UMR UMR 5005 Modèle du moteur Z 11m Z 12m Mesures moteur : même procédé (et corrections) que pour le câble Modèle circuit possible mais peu précis

21 UMR UMR 5005 Paramètre Z Paramètre T Association Paramètre Z Erreur en HF - Erreur de métrologie - Transfert de mode MD-MC Association de quadripôles : câble+moteur v N Z câble Z moteur i mcr i N v

22 UMR UMR 5005 !! Apparition de transfert entre le mode commun et le mode différentiel à partir de 4 MHz. 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

23 UMR UMR 5005 Expressions analytique des courants parasites Rappel du modèle Expressions des grandeurs Courant de mode commun total Courant de mode commun dans le câble Courant de mode commun dans le moteur

24 UMR UMR 5005 Correction quadratique du bruit Validation expérimentale

25 UMR UMR 5005 Validation expérimentale

26 UMR UMR 5005 Validation expérimentale Fréquence en Hertz Module en dB A Courant redresseur Calcul Mesure Bruit

27 UMR UMR 5005 Mesures de Z 11 et Z 12 validées jusquà 40MHz 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 Modèle confirmé jusquà 10 MHz, la limitation est due au bruit nécessité daméliorer le rapport S/B du banc de mesure (analyseur => 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) Conclusion


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