Les méthodes d`investigation en CEM

Les méthodes d’investigation
en CEM
Jacques Cuvillier
IUT de Nantes
Octobre 2000
Avec les conseils de
Emitech Atlantique
Pourquoi des normes de test ?
Pour garantir une base cohérente et
équitable dans l ’évaluation des
performances CEM, des tests normalisés
ont été conçus et soigneusement décrits.
Le marché de la CEE est régi
par des normes harmonisées
On distingue trois grandes catégories :

Les normes fondamentales

Les normes génériques


Les normes produits ou familles de
produits.
Les normes spécifiques de test
Les normes fondamentales
Elles comportent :
 la description des phénomènes
électromagnétiques
 les caractéristiques des appareils de mesure
et de génération de signaux de test
 la mise en œuvre des tests
 les recommandations de niveaux de sévérité
 les critères généraux de bon
fonctionnement.
Les normes génériques
Elles définissent :
 l'environnement (résidentiel, industriel...)
 les essais à effectuer
 les niveaux de sévérité des tests
 les critères de bon fonctionnement
Elles font appel aux normes fondamentales
Les normes produits
Elles définissent :
 l'environnement (résidentiel, industriel...)
 les essais à effectuer
 les niveaux de sévérité des tests
 les critères de bon fonctionnement
Elles sont considérées en priorité chaque
fois qu'un appareil entre dans une catégorie
déterminée.
Elles font appel aux normes fondamentales
Les normes de test
Elles précisent les conditions d'essai
de matériels spécifiés.
Garanties
Tout appareil mis sur le marché doit offrir
des garanties suffisantes concernant :



Le niveau des perturbations qu'il émet
(perturbations conduites, rayonnement)
Le niveau des perturbations qu'il peut
supporter sans altération du fonctionnement
La sécurité "des personnes et des animaux
domestiques ainsi que des biens" (Directive
Basse Tension.)
Les tests concernent
les modèles



Les tests concernent en premier lieu les
prototypes.
Ils sont en principe un préalables à la
déclaration de conformité
Ils permettent de contrôler ensuite la
production industrielle et la qualité des
appareils mis sur le marché.
Les tests peuvent être différents
selon les catégories d’appareils
Les appareils ont été classifiés en
plusieurs catégories de produits, et
certaines dispositions ou normes leur
sont applicables spécifiquement
Ils concernent tout ou partie
de l'ensemble suivant :

Tests d'immunité aux décharges électrostatiques

Tests d'immunité aux perturbations conduites

Tests d'immunité aux perturbations rayonnées

Mesures des perturbations conduites émises

Mesures des perturbations rayonnées

Tests spécifiques à certains matériels
Incidence sur les coûts :

Equipements de test onéreux
(inaccessible à la plupart des entreprises moyennes)
Incidence sur les coûts :

Nécessité d ’un personnel spécialisé
Incidence sur les coûts :

Nécessité d’un site d’essais (cage de
Faraday ou chambre anéchoïque)
Incidence sur les coûts :
 Tests généralement sous-traités
(à ne pas refaire inutilement)
Réduction des coûts :



Choisir les technologies les mieux adaptées
Prendre en compte les exigences CEM le
plus tôt possible lors de la conception du
prototype
Réaliser des tests intermédiaires (tests de
pré-qualification)
Tests d’immunité

Tests d'immunité aux décharges électrostatiques

Tests d'immunité aux perturbations conduites



Essais d'immunité aux creux de tension, coupures
brèves et variations de tension
Tests d'immunité aux perturbations rayonnées
Tests d'immunité aux champs magnétiques basse
fréquence
Tests d'immunité aux décharges
électrostatiques (DES)
Norme de référence : CEI 1000-4-2
Matériel sous test
Pistolet de décharge
Générateur
Haute tension
Plan de
couplage
Plan de
couplage
Isolant
Support
isolant
I crête
0.9
Plan de masse
Installation de test
100 MW
KV
150 W
150pF
0.1
Schéma simplifié du générateur de décharges 0.7 à 1ns
30ns
60ns
Tests d'immunité aux
perturbations conduites...
Normes de référence : CEI 1000-4-4, 1000-4-5, 1000-4-6.
Câble d'alimentation ou de
transmission de données
Pince de couplage
capacitif
Générateur de perturbations
Appareil sous test
Plan de masse conducteur
Dispositif de test selon la CEI 1000-4-4
...Tests d'immunité aux
perturbations conduites...
Ils permettent plusieurs vérifications :




Immunité aux transitoires rapides en salves
(TRES)
Simulation de l'influence des rayonnements
électromagnétiques sur les câbles
Immunité aux ondes de choc
Simulation des effets de la foudre
...Tests d'immunité aux
perturbations conduites...
Immunité aux transitoires rapides en
salves (TRES)

Exemple :
le générateur appliquera à la pince de couplage
une salve d’impulsions de 4KV selon l'onde de
tension 5/50ns
...Tests d'immunité aux
perturbations conduites...

Simulation de l'influence des rayonnements
électromagnétiques sur les câbles
On appliquera par exemple une onde sinusoïdale
modulée en amplitude, en balayant les fréquences
entre 150KHz et 80MHz avec des amplitudes de
1, 3 et 10V.
...Tests d'immunité aux
perturbations conduites.

Influence des ondes de choc sur les
matériels électrodomestiques (EN 55014-2)
On applique une onde de choc de 4KV en onde de
tension 1.2/50ms. Sur une impédance faible, celleci se transforme en onde de courant 8/20 ms

Simulation des effets de la foudre
Essais d'immunité aux creux de tension,
coupures brèves et variations de tension
Normes de référence : CEI 1000-4-11
On fait usage d'un simulateur de perturbations
qui tient lieu du réseau d'alimentation. Il
génère les défauts contrôlés tandis que l'on
s'assure que l'appareil sous test conserve
toutes ses fonctionnalités.
Tests d'immunité aux
perturbations rayonnées
Normes de référence : CEI 1000-4-3
Il s'agit de placer l'appareil sous test entièrement
sous l'influence d'un champ électrique déterminé
(valeur de 1 à 10 V/m en principe, fréquence de
80 MHz à 1 GHz).
Tests d'immunité aux
champs magnétiques
Il s'agit de placer l'appareil sous test sous
l'influence de différents champs
magnétiques :

50Hz (CEI 1000-4-8)

impulsionnel (CEI 1000-4-9)

oscillatoire amorti (CEI 1000-4-10)
Tests d’émission

Mesures des perturbations conduites émises




Mesure des harmoniques sur le réseau
d ’alimentation
Mesure des perturbations permanentes par
conduction
Mesure des perturbations conduites de haute
fréquence sur les câbles d ’alimentation et les
câbles de transport d ’information
Mesures des perturbations rayonnées
Mesures des perturbations
conduites émises
Le test comprend l'évaluation :
 des harmoniques secteur de 50 à 2000 Hz
 des perturbations permanentes par
conduction
 des perturbations conduites de haute
fréquence : 150 KHz à 30 MHz
Il nécessite un Réseau de Stabilisation d ’Impédance
(RSIL), et un analyseur de spectre adapté.
Mesure des harmoniques sur
le réseau d ’alimentation...



Le test ne concerne pour le moment que les
appareils de puissance au moins égale à 75W
Plusieurs normes sont applicables en fonction
de la nature et de la puissance des appareils
La norme CEI 1000-3-2, s'applique aux
appareils courants appelant au plus 16
Ampères par phase.
...Mesure des harmoniques sur
le réseau d ’alimentation...
La norme CEI 1000-3-2, s'applique aux
appareils courants appelant au plus
16 Ampères par phase. Ils sont divisés en
plusieurs catégories :
les outils portatifs : classe B
 les équipements d'éclairage : classe C
 les
téléviseurs et moniteurs informatiques
(typiquement) : classe D

les autres équipements concernés par cette
norme : classe A

...Mesure des harmoniques sur
le réseau d ’alimentation.
Il est intéressant de noter que dans la situation actuelle,
les limites des harmoniques de courant pour les appareils
de classe A ne sont pas exprimées en pourcentage du
courant nominal, mais en valeur absolue.
Mesure des perturbations
permanentes par conduction
La bande de fréquence concernée s'étend
de 0 à 150 KHz.
Tests soumis à la mise en application des
normes découlant de la CEI 1000-4-16
Mesure des perturbations
conduites de haute fréquence


La bande de fréquence concernée s'étend
de 150 KHz à 30 MHz.
Pour une classe donnée d'appareils, la
norme fournit un gabarit de valeurs limites
à ne pas dépasser. Elles concernent :
 la
valeur quasi-crête
 la
valeur moyenne de la perturbation.
Ordre de grandeur : de 40 à 80 mV.
Mesures des perturbations
rayonnées...



Cette partie des essais CEM est sans
doute la plus contraignante, la plus délicate
et la plus longue.
Elle fait l’objet d’une importante
documentation.
La bande de fréquence s'étend de 30 MHz
à 1 GHz..
...Mesures des perturbations
rayonnées.
On utilise un système d'antennes calibrées
et un analyseur de spectre large bande ou
un récepteur de mesure spécialisé.
Les tests idéaux se feraient théoriquement
sur un plan réfléchissant, dans un espace
vaste et libre, à l ’abri de rayonnements
électromagnétiques. Dans la pratique, ils
se font en chambre anéchoïque.