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RÉSUMÉ
L'augmentation du nombre d'appareils domestiques intégrant des convertisseurs AC/DC contribue à accroître la pollution harmonique des réseaux basse tension. La commutation représente une source de perturbation commune à tous les convertisseurs, du variateur de lumière à l'alimentation à découpage fournissant la tension continue nécessaire au fonctionnement de l'électronique des différents appareils. À cause de leur large spectre, ces commutations posent des problèmes de compatibilité électromagnétique (CEM), malgré le respect des normes. L’exemple le plus parlant est le téléviseur à l'origine de fortes pointes de pollution. S'ajoutent maintenant les modems ADSL et les ordinateurs dont le nombre et la durée de fonctionnement ne cessent de croître.
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The increase in the number of domestic appliances integrating AC/DC contributes to increasing the harmonic pollution of low voltage networks. Commutation represents the source of interference common to all converters, from the dimmer switch to a chopped power supply supplying the direct voltage required for the operation of electronics in various devices. As a result of their broad spectrum, these commutations present problems of electromagnetic compatibility (EMC), despite compliance with the given standards. The most striking example is the television, causing high peaks of pollution. ADSL modems and computers, whose number and duration of operation is constantly increasing, can also be added as a factor to the problem of pollution.
Auteur(s)
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Jean-Charles LE BUNETEL : Maître de conférences HDR à l'IUT GEII de l'université de François Rabelais de Tours Laboratoire de microélectronique de puissance
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Ghafour BENABDELAZIZ : Ingénieur-docteur STMicroelectronics de Tours
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Jean-Claude GUIGNARD : Maître de conférences à l'IUT d'Angers Laboratoire LINA
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Fabrice GUITTON : Ingénieur-docteur STMicroelectronics de Tours
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Yves RAINGEAUD : Maître de conférences à l'IUT GEII de l'université de François Rabelais de Tours Laboratoire de microélectronique de puissance
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Ambroise SCHELLMANNS : Maître de conférences à l'école d'Ingénieurs Polytech'Tours de l'université de François Rabelais Laboratoire de microélectronique de puissance
INTRODUCTION
Le nombre d'appareils électriques utilisés dans l'environnement domestique devient de plus en plus grand avec une diversité importante. Dans un même lieu cohabitent des appareils électroménagers, des systèmes communicants, des appareils audiovisuels. Individuellement chacun respecte les exigences normatives limitant entre autres le niveau de perturbation électromagnétique. Tous ces appareils intègrent des convertisseurs d'énergie basés sur l'électronique de puissance. Les conversions les plus simples comme le redresseur à filtrage capacitif détériorent la qualité du courant consommé, ce qui a pour conséquence de déformer la tension du réseau électrique et de perturber des systèmes sensibles connectés sur ce même réseau. L'apport de l'électronique de puissance dans ce domaine a permis de réduire la taille des alimentations, d'améliorer leur rendement, de les rendre plus fiables. Elles peuvent aussi absorber un courant très faiblement déformé. Ces systèmes utilisent des semi-conducteurs commandés en « tout ou rien », ce qui présente l'avantage de réduire les pertes en conduction contrairement à l'utilisation de transistors bipolaires en mode linéaire dans les anciens ballasts. Ce mode de fonctionnement, dit à découpage, permet d'améliorer sensiblement le rendement. Cependant, ces commutations induisent la présence d'harmoniques liées à la fréquence de commutation des interrupteurs. À cause de leur large spectre, ces commutations peuvent alors poser des problèmes de compatibilité électromagnétique (CEM) malgré le respect des normes.
Parmi les paramètres les plus influents dans la problématique CEM des convertisseurs de puissance, il y a la commutation. C'est une source de perturbation commune à tous les convertisseurs, du variateur de lumière à l'alimentation à découpage fournissant la tension continue nécessaire au fonctionnement de l'électronique de différents appareils domestiques. Dans un variateur de lumière, la commutation de la tension a une fréquence faible, mais suffisante pour parasiter la gamme « grandes ondes » de la radio ou les systèmes numériques. Dans les nouvelles lampes fluo compactes, cette fréquence de commutation est plus importante. L'utilisation de ces lampes apporte une nouvelle source de perturbations électromagnétiques dans l'environnement domestique, à la fois conduite sur le réseau électrique et rayonnée dans l'environnement de la lampe.
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3. Appareils électroménagers
Les appareils électroménagers (réfrigérateur, lave-linge et lave-vaisselle par exemple) intègrent de plus en plus de fonctionnalités et de systèmes électroniques permettant de faire fonctionner divers actionneurs tels que les moteurs monophasés, les électroaimants, les lampes... Certaines fonctions sont systématiquement présentes (figure 14) :
-
une alimentation régulée ;
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un microcontrôleur (MCU) ;
-
une interface incluant un afficheur ;
-
des interrupteurs alternatifs permettant de contrôler des actionneurs...
D'autres appareils, comme la table à induction, intègrent une conversion de puissance. Les perturbations générées sont alors fonction du type de conversion de puissance utilisé.
3.1 Électroménager intégrant des actionneurs
Pour les équipements électroménagers intégrant des actionneurs, le courant consommé par la partie alimentation est généralement négligeable devant celui consommé par l'actionneur. Le contrôle de ces divers actionneurs a longtemps été réalisé par des relais électromagnétiques grâce à leur faible coût. Or, les relais ont une durée de vie limitée due à l'arc provoqué entre les contacts par l'ouverture de circuits inductifs ainsi qu'à l'oxydation de ces contacts. Ainsi, de nombreuses charges alternatives sont maintenant commandées par un interrupteur semiconducteur bidirectionnel en courant et en tension, réalisé soit en synthétisant cette fonction à l'aide de composants unidirectionnels (MOS, IGBT...), soit en utilisant un TRIAC.
Pour une application donnée, les TRIAC et les thyristors nécessitent une surface de silicium moins importante qu'un interrupteur de type MOS, transistor bipolaire ou IGBT. De plus, pour assurer la bidirectionnalité en courant avec un interrupteur MOSFET ou bipolaire, il est nécessaire d'utiliser deux composants montés en antisérie et une alimentation supplémentaire. Pour ces différentes raisons, l'interrupteur TRIAC est souvent privilégié dans de nombreuses applications alimentées par le secteur.
Pour l'ensemble de ces actionneurs, le transfert d'énergie assuré par l'interrupteur de type TRIAC peut être effectué soit en pleine onde (c'est-à-dire charge connectée directement au réseau), soit en variation de phase pour permettre la...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - STMicroelectronics - Flyback converters with the l6561 pfc controller. - Application Note AN1060 (2003).
-
(2) - AVRIL (G.) - Étude et optimisation des systèmes à courants porteurs domestiques face aux perturbations du réseau électrique. - Thèse de Doctorat INSA de Rennes, 10 oct. 2008.
-
(3) - GUEZGOUZ (D.), CHARIAG (D.), RAINGEAUD (Y.), LE BUNETEL (J.-C.) - Modélisation des perturbations électromagnétiques générées par les appareils domestiques sur le réseau électrique et la transmission CPL. - EPF 2010, Colloque Électronique de Puissance du futur, Saint-Nazaire, 30 juin-2 juil. 2010.
-
(4) - BENABDELAZIZ (G.) - Réduction de l'énergie de commande des interrupteurs de type TRIAC appliquée aux appareils ménagers. - Thèse de Doctorat Université de Tours, 14 avr. 2006.
-
(5) - TAO (F.), LEE (F.C.) - An interleaved single-stage power-factor-correction electronic ballast. - APEC 2000, New Orleans, vol. 1, p. 617-623 (2000).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
ISO Acoustique : méthode de calcul du niveau d'isotonie - ISO 532 - 1975
-
Limites pour les émissions de courant harmonique (courant appelé par les appareils par phase, p. 15 § 7, UTE - NF EN 61000-3-2 - 05-01
-
Limites et méthodes de mesure des perturbations radioélectriques produites par les appareils électriques d'éclairage et les appareils analogues, p. 10, § 5.3.4, UTE - NF EN 55015 - 05-01
-
Compatibilité électromagnétique – Exigences pour les appareils électrodomestiques, outillages électriques et appareils analogues – Partie 1 : émission – Amendement 2 : inclusion des appareils à cuisson à induction révision - NF EN 55014-1/A2 - 09-11
-
Draft Standard for Broadband over Power Line Networks : Medium Access Control and Physical Layer Specifications - IEEE P1901 - 09-10
ANNEXES
Directive 2005/32/EC (6 july 2005) of the European Parlement and of the council – Establishing a framework for the setting of ecodesign requirements for energy-using products and amending Council Directive 92/42/EEC and Directives 96/57/EC and 2000/55/EC of the European Parlement and the Council.
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