Analyse du rayonnement des câbles de puissance

Analyse du rayonnement des câbles de puissance

La norme aéronautique DO-160E, que nous avons présentée dans le Chapitre I, n’est pas spécifique à la caractérisation du câble de puissance seul. Les normes existantes dans le domaine de la CEM proposent, pour la gamme de fréquences considérées entre 10kHz et 100MHz, des essais en cellule TEM ou des mesures de champ magnétique et de champ électrique en chambre anéchoïque. L’objectif de ce chapitre est de mettre en place les modèles de rayonnement du champ électromagnétique du câble de puissance. Afin, de vérifier les principes physiques de rayonnement d’une ligne au-dessus d’un plan de masse, nous utiliserons la cellule TEM.  La première partie de ce chapitre est par conséquent consacrée à la mesure de couplage dans une cellule TEM. Nous exploitons le fonctionnement inverse de la cellule TEM afin d’estimer le champ rayonné par la ligne à partir des mesures de la tension de paradiaphonie issue du couplage entre la ligne sous test et le septum de la cellule. Cette méthode permet de réaliser une étude comparative du rayonnement en fonction de l’impédance de mode commun du système et de la tension de mode commun.  Dans la seconde partie de ce chapitre, nous développerons les calculs du champ électromagnétique. Les expressions du champ électrique seront présentées pour des charges classiques telles que le court- circuit, le circuit ouvert et une charge 50Ω. Nous serons amenés à faire des hypothèses dans le but de mener des calculs analytiques. La validité de ces hypothèses sera vérifiée à l’aide d’un simulateur fullwave. Enfin, les différentes configurations de connexions seront explorées, et nous développerons l’impédance de transfert des câble blindés, afin d’obtenir le champ rayonné.

Couplage en cellule TEM

Dans ce paragraphe, nous utilisons la cellule TEM, afin de mettre en évidence les phénomènes de couplage entre une ligne et le septum de la cellule. La mesure de la tension de paradiaphonie et la mesure de la tension de télédiaphonie induites sur la cellule par la ligne permettent de déterminer la puissance du champ rayonné par la ligne. Cependant, le champ rayonné par la ligne à l’intérieur de la cellule TEM ne correspond pas au champ qui serait rayonné en espace libre. En effet, la tension de paradiaphonie est induite par un couplage magnétique et un couplage électrique qui sont fonction des dimensions de la cellule. La cellule TEM permet d’effectuer une étude comparative dans un environnement maîtrisé et dépourvu d’un grand nombre d’incertitudes rencontrées lors de mesure en chambre anéchoïque. Nous réaliserons par conséquent une étude comparative sur la tension de paradiaphonie mesurée sur le septum de la cellule. Un modèle analytique représentant la tension de mode commun de l’onduleur a été mis en place afin de synthétiser cette tension à l’aide d’un générateur. Nous avons dans un premier temps considéré le signal comme un signal créneau comportant des oscillations amorties à chaque commutation, voir Figure III-1. La tension de mode commun est en réalité définie par la somme de trois créneaux, et possède par conséquent un contenu harmonique plus riche que la tension modélisée. Cependant, notre modèle constitue une bonne approximation et permet de réaliser cette étude.

Nous avons représenté la tension sous forme de quatre relations données par le système d’équations III-1, et qui définissent chaque partie du créneau : la pente montante, la pente descendante et les deux oscillations amorties. Ces expressions mathématiques sont fonction de la tension du bus DC VBUS , du temps de montée Tr du temps de descente Tf , du facteur d’amortissement i Le signal modélisé par les équations III-1 sera émis par le générateur Tektronix AFG3102. L’AFG3102 est un générateur de fonctions arbitraires de 1Géch/sec, il est doté d’une résolution de 14bits, ce qui correspond à une dynamique de 84dB. La programmation se fait par l’intermédiaire d’un éditeur d’équations dans lequel les relations de l’équation III-1 ont été codées. La tension maximale fournie par le générateur est de 10V. Nous avons considéré la mesure de l’impédance de mode commun d’une machine synchrone, utilisée dans une application aéronautique, comme impédance de charge. Cette impédance est représentée en bleu sur la Figure III-3. Nous avons dans un premier temps modélisé cette impédance, puis nous l’avons reconstituée avec quelques composants passifs. Le but de cette modélisation n’est pas d’être le plus précis possible en multipliant le nombre d’éléments, mais de représenter l’évolution globale et l’ordre de grandeur de l’impédance de mode commun. En effet, d’une part, la recomposition de l’impédance à l’aide des constituants passifs, ne nous permet pas de reconstituer exactement les valeurs des paramètres du modèle. D’autre part, les éléments parasites haute fréquence des composants passifs contribuent à l’impédance globale notamment dans les hautes fréquences, ce qui modifiera par conséquent la valeur de l’impédance de mode commun obtenue in fine.