Dans les années 1920, c’est le conflit entre la technologie d'entraînement électrique déjà établie dans le trafic urbain et le secteur émergent des télécommunications qui a conduit au développement de la suppression des interférences radio, un sous-concept de la CEM. Aujourd'hui, les entraînements électriques sont généralement contrôlés. Outre la conversion de l'énergie, ils comportent également les composants de télécommunication nécessaires aux capteurs pour la transmission des données. En raison des émissions parasites de la conversion d'énergie, la résistance aux interférences nécessaire des capteurs et des télécommunications doit donc être assurée, et ce souvent dans un espace très restreint.
Certification dans l'application
Les valeurs limites des entraînements électriques contrôlés, tant pour les émissions parasites que pour la résistance aux interférences, sont aujourd'hui définies dans la norme EN 61800-3.La norme sert néanmoins uniquement de base pour évaluer un entraînement prêt à fonctionner. Il est impossible de prévoir de manière fiable le comportement de l'appareil final. En l'occurrence, l'utilisateur est tenu d'obtenir la certification qui est valable pour son application. Dans les systèmes avec des entraînements électriques miniature, l'énergie électrique est généralement transformée plusieurs fois.
Des grandeurs électriques alternatives sont générées sous forme de tensions et de courants de fréquences très différentes, par exemple des opérations de commutation à l'étage de sortie, des champs d'interférence (électro)magnétiques pendant un fonctionnement dynamique ou des fluctuations de tension (ondulation) lors de la commutation des entraînements..
Alors que la directive CEM 2014/30/UE s'applique aux appareils du marché unique européen, une évaluation concrète est réalisée sur la base des normes dites harmonisées. La conformité à la directive CEM, attestée par le marquage CE, est obligatoire. Mais les appareils qui ne sont pas mis sur le marché unique européen ou qui sont destinés à des réutilisateurs industriels nécessitent aussi souvent une preuve de conformité. Dans ce cas, les normes génériques EN 61000-4-x et EN 61000-6-x s’appliquent, selon que les appareils sont destinés à un usage industriel ou au secteur grand public.
Valeurs limites pour les entraînements contrôlés
La norme EN 61800-3 constitue la base de l'évaluation d'un entraînement opérationnel composé d'un moteur et d'un onduleur ou d'un contrôleur de mouvement fonctionnant directement sur le réseau. Elle définit également les règles de configuration de la mesure. Différentes quantifications s'appliquent aux types d'interférence : dans la gamme de fréquences de 150 kHz à 30 MHz, elles sont définies comme tension parasite en dB(µV), dans la gamme de fréquences de 30 MHz à 300 MHz comme puissance parasite en dB(pW) et dans la gamme de 30 MHz à 6 GHz comme intensité de champ parasite en dB(µV/m).
Cette approche part du principe que les grandeurs alternatives à basse fréquence sont avant tout observées comme une tension parasite superposée à l'alimentation d’un bloc d’alimentation. Les courants pulsés d'un entraînement contrôlé pourraient alors, par exemple, perturber le fonctionnement d'un API connecté en parallèle. De même, un pic de tension dans l'alimentation électrique pendant une opération de freinage pourrait amener des appareils connectés en parallèle à déclencher un arrêt de sécurité. La puissance parasite et l'intensité des champs parasites, en revanche, décrivent la propagation des champs électromagnétiques qui n'est pas liée aux câbles.
L'intensité de champ parasite représente un défi
Lors de la certification d'un appareil équipé d'un entraînement miniature intégré, l'intensité des champs parasites constitue souvent le plus grand défi. Les mesures pour le résoudre consistent par exemple à installer des filtres sur les sorties de puissance afin d’enrayer les courants capacitifs parasites à haute fréquence. La plupart du temps, chaque câble d’alimentation moteur doit en outre être entièrement blindé. Il en va de même pour le câble du capteur, qui est posé séparément. Il est également important de relier électriquement toutes les pièces conductrices par une mise à la terre dite fonctionnelle et ce, avec des connecteurs de blindage HF. Sur la base de cette mise à la terre fonctionnelle, les deux extrémités du blindage peuvent alors être connectées à plat. Une mise à la terre de protection PE pure et simple n'est suffisante que dans très peu de cas.
Alors que l'intensité des champs parasites est efficacement atténuée par la mise à la terre fonctionnelle et les câbles blindés, l'ondulation de retour dans la plaque de base a plutôt tendance à augmenter en conséquence. Si ces courants alternatifs sont renvoyés au convertisseur de commutation via le réseau ou le bloc d'alimentation, la part de tension alternative sur le conducteur d'alimentation augmente inévitablement et, avec elle, la tension parasite. Il est par conséquent souvent nécessaire d'installer un filtre supplémentaire dans la ligne d'alimentation afin de limiter la propagation de ces courants. Le constructeur de l'appareil est libre d'installer un tel filtre en amont de chaque entraînement - pour les entraînements miniature typiquement dans la ligne d'alimentation 24V ou 48V - ou seulement en amont du bloc d’alimentation, côté alternatif. Cette dernière solution permet de réduire les coûts, mais ne fonctionne que si les entraînements eux-mêmes sont conçus de manière à ne pas interférer les uns avec les autres.
Résistance aux interférences dans les essais normalisés
Pour la résistance aux interférences, les essais normalisés couvrent les effets électromagnétiques les plus divers, notamment la résistance aux interférences dues aux décharges électrostatiques (ESD) et aux champs électromagnétiques à haute fréquence provenant d'un émetteur voisin, la résistance aux interférences dues aux transitoires électriques rapides (salves), aux ondes de choc (surtensions) comme celles causées par la foudre, ou aux interférences en mode commun HF sur des lignes de capteurs et de communication plus longues. Des essais supplémentaires concernant les chutes de tension plus brèves sont définis principalement pour les entraînements fonctionnant directement sur le réseau électrique. Par contre, les fluctuations de tension typiques de plusieurs entraînements dynamiques sur un réseau CC ne sont pas véritablement détectées. Pour les entraînements miniature, des mesures supplémentaires d'antiparasitage consistent à utiliser les câbles les plus courts possibles ou à installer des diodes de protection du côté de l'alimentation. Il est également possible d'utiliser des filtres en ferrite, comme ceux qui équipent couramment les lignes analogiques de moniteurs d'ordinateur ou de communication.
Avec les entraînements compacts, les codeurs constituent le principal défi en matière de résistance aux interférences des composants. Ils doivent également être logés dans un espace d'installation restreint. Toutefois, même dans les petits codeurs, il est possible d'obtenir une protection suffisante contre les décharges électrostatiques grâce à des éléments de protection compacts. Les intensités de champ spécifiées pour la résistance aux interférences ne posent généralement pas de problème, pas plus dans la gamme de fréquences HF que dans celle du réseau. La résistance aux interférences dues aux salves, ou transitoires rapides, nécessite des filtres à la fois sur les connexions d'alimentation et sur les câbles de signaux. Cela pose toutefois déjà un problème au niveau des connexions d’alimentation puisque l'alimentation est typiquement directement reliée aux circuits intégrés dans le codeur. Une protection efficace n'est ici possible que dans l’appareil intégral. Une protection complète contre les interférences standard, directement dans les codeurs, n'est généralement pas nécessaire. Si cela devait toutefois être le cas, une diode de protection peut être installée, par exemple, dans une platine d'adaptation.
Le signal d'essai pour les perturbations HF conduites selon la norme CEI 61000-4-6 est plus grand que le signal utile des codeurs typiques. Des filtres en mode commun dans un codeur pour des diamètres de moteur de seulement 20 à 22 mm ne sont cependant pas réalisables. Dans ce cas, il faut évaluer au niveau de l'appareil les grandeurs perturbatrices auxquelles il faut s'attendre. Si nécessaire, la résistance aux interférences peut être améliorée par des ferrites fixées à l'extérieur. Des chutes de tension dans l'alimentation du système d'entraînement peuvent provoquer l'arrêt du système. En fonction du tampon de l'alimentation électrique du codeur dans le contrôleur de mouvement, le codeur peut également être sous-alimenté en cas de chutes de tension. Les codeurs incrémentaux perdent alors l'information de position absolue et doivent être à nouveau référencés.
Conception et documentation conformes à la CEM
La CEM pour les entraînements miniature est donc loin d'être triviale pour les utilisateurs. C'est la raison pour laquelle les spécialistes des entraînements chez FAULHABER se sont penchés de manière très détaillée sur ce sujet complexe. Tous les contrôleurs de mouvement de la vaste gamme de produits sont conformes aux réglementations CEM actuelles. Le matériel a non seulement été optimisé de manière adéquate, mais la documentation a également été remaniée afin de fournir aux utilisateurs la meilleure assistance possible lors de la certification de leurs propres appareils.
Contenu
- Le défi de la CEM :
Sources d'interférences dans les entraînements électriques, composants de fréquence, suppression des interférences radio pour la CEM - Certification CE :
Directives UE relatives au fonctionnement d’entraînements électriques miniature et normes pertinentes - Émission d'interférences par les appareils :
Interférences conduites par câble, voies de couplage pour les perturbations électromagnétiques, méthodes de mesure et résultats de mesure typiques - Signaux d'interférence dans les entraînements contrôlés :
Comportement d’interférence d'un convertisseur CC-CC, comportement d'interférence d'un contrôleur de moteur - Limitation de l'émission d’interférences :
Voies de propagation, mise à la terre et blindage, acheminement des câbles, filtres et résultats des mesures - Immunité aux interférences des appareils :
Critères d'acceptation, effets, mesures - Mesures de CEM pour les entraînements miniature :
Contrôleurs de moteur intégrés, contrôleurs de moteur installés à l'extérieur, codeurs - Mesures supplémentaires pour accroître la robustesse :
Codage, signaux complémentaires (Line Drivers), robustesse des différentes interfaces