Recherche sur l'application d'un simulateur d'ondes annulaires aux tests d'immunité CEM des équipements électriques et électroniques

Abstract
Dans les réseaux électriques industriels et les systèmes d'alimentation électrique civils, des interférences oscillatoires amorties sont générées par la commutation d'interrupteurs haute tension, les oscillations transitoires des transformateurs, les défauts d'alimentation et la commutation de charges inductives. Ces perturbations transitoires se propagent aux équipements électriques et électroniques via les lignes d'alimentation et de signal, ce qui peut facilement entraîner des pannes, des dysfonctionnements, voire des dommages matériels. En tant qu'instrument clé pour les tests de compatibilité électromagnétique (CEM), Simulateur d'ondes annulaires Le générateur d'ondes annulaires peut reproduire les interférences d'ondes annulaires réelles en laboratoire. Il effectue des tests d'immunité conformément aux normes GB/T 17626.12-2023, IEC 61000-4-12 et autres normes afin d'évaluer l'immunité de l'équipement testé (EUT) face à ces interférences, d'identifier rapidement les points faibles de l'isolation et les défauts de protection contre les interférences des circuits, et de garantir le fonctionnement stable de l'équipement dans des environnements électriques complexes. LISUN Prenant pour objet de recherche le simulateur d'ondes annulaires de la série RWG61000‑12, cet article décrit le mécanisme de génération des interférences d'ondes annulaires, les fonctions principales du simulateur, les paramètres techniques clés et les scénarios d'application d'ingénierie multi-industriels, afin de fournir des références pour les tests pratiques d'immunité EMC aux ondes annulaires.

Introduction

Les équipements électriques et électroniques modernes sont largement utilisés dans le contrôle industriel, les bornes de recharge pour énergies nouvelles, les dispositifs médicaux, l'électroménager, les compteurs d'énergie et d'autres domaines. Leurs environnements d'alimentation électrique sont sujets à diverses perturbations électromagnétiques transitoires. L'onde annulaire est une impulsion transitoire oscillatoire amortie non répétitive, courante dans les réseaux d'alimentation électrique basse tension. Lors de la manœuvre d'interrupteurs haute tension, des oscillations transitoires se produisent dans les enroulements des transformateurs, lors du démarrage et de l'arrêt de moteurs de grande puissance ou en cas de court-circuit dans les réseaux électriques. La réflexion d'ondes progressives, déclenchée par une inadéquation d'impédance de ligne, génère des impulsions oscillatoires de 100 kHz à forte amplitude et à montée abrupte, s'atténuant progressivement : ce sont les interférences d'ondes annulaires.

Ces interférences se propagent aux équipements via les câbles d'alimentation et de signal, affectant les boucles d'alimentation et les interfaces de signal. De nombreux appareils fonctionnent normalement dans des conditions d'alimentation idéales en laboratoire, mais subissent fréquemment des anomalies de contrôle, des interruptions de communication et des dysfonctionnements une fois intégrés aux réseaux électriques sur site. Un grand nombre de ces pannes sont dues à des perturbations par ondes de surface. Afin d'éviter les risques de défaillance des équipements liés aux environnements électromagnétiques sur site, les produits doivent subir des tests d'immunité aux ondes de surface normalisés lors des phases de R&D et d'homologation. Le simulateur d'ondes de surface constitue l'élément matériel central de ces tests. Il permet de reproduire des formes d'onde normalisées en laboratoire, indépendamment des conditions complexes du terrain, et de réaliser une évaluation de l'immunité reproductible et comparable afin de détecter en amont les risques de conception cachés des produits. Il s'agit d'un outil de test indispensable pour la vérification de la compatibilité électromagnétique.

1. Principe de fonctionnement et fonctions principales du simulateur d'ondes annulaires

Le simulateur d'ondes annulaires, également appelé générateur d'ondes annulaires, se compose principalement d'une unité de stockage d'énergie haute tension, d'un réseau de formation d'impulsions, d'un module d'amplification de puissance, d'un réseau de couplage-découplage (RCD) et d'un système de commande homme-machine. Des formes d'onde oscillatoires amorties standard sont générées par des circuits oscillants LC. Après amplification de puissance, des signaux impulsionnels de tension et de courant spécifiés sont produits. Le réseau de couplage-découplage injecte des perturbations dans les ports de l'équipement testé, tout en isolant l'alimentation secteur externe afin d'éviter toute perturbation du réseau électrique par les impulsions de test en sens inverse et de garantir la sécurité des tests et la fidélité des formes d'onde.

La fonction principale du simulateur d'ondes annulaires est de reproduire les interférences dues aux ondes annulaires rencontrées par les équipements électriques et électroniques en conditions réelles. Il reproduit les impulsions oscillatoires amorties générées par la manœuvre d'interrupteurs haute tension, les oscillations transitoires des enroulements de transformateurs, les défauts du réseau électrique et la commutation de charges inductives. Des signaux de perturbation sont appliqués à l'équipement testé (EUT) conformément aux spécifications de formes d'onde des normes nationales et internationales pour les tests d'immunité normalisés, afin d'évaluer sa résistance aux interférences dues aux ondes annulaires. Lors des tests, les points faibles de l'isolation, les défauts des boucles d'alimentation et les vulnérabilités des circuits de protection d'interface sont détectés en temps réel, permettant ainsi l'optimisation matérielle et garantissant un fonctionnement continu et stable de l'équipement après son déploiement dans des environnements électriques complexes.

Les opérateurs peuvent ajuster l'amplitude de la tension de sortie, l'impédance de sortie, la polarité des impulsions et la phase de synchronisation avec le réseau électrique afin de simuler des interférences de différents niveaux de gravité. L'état de fonctionnement de l'équipement testé (EUT) sous injection de perturbation est observé. La dégradation des performances, les anomalies fonctionnelles et les dommages matériels sont évalués par rapport aux critères de spécification du produit pour l'évaluation du niveau d'immunité. LISUN Le simulateur d'ondes annulaires de la série RWG61000‑12 est équipé d'un écran tactile Android chinois-anglais pour la configuration visuelle des paramètres et l'enregistrement automatique du processus de test, ce qui convient aux tests de conformité EMC pour de multiples industries. 

2 Paramètres clés de LISUN Simulateur d'ondes annulaires série RWG61000‑12

Le LISUN Le simulateur d'ondes annulaires série RWG61000-12 comprend quatre modèles couvrant les niveaux de tension de sortie de 4 kV et 6 kV, équipés respectivement de réseaux de couplage-découplage monophasés et triphasés à cinq fils. Il convient aux appareils électroménagers monophasés, aux compteurs et aux équipements industriels triphasés. Cette série est conforme aux normes GB/T 17626.12-2023, IEC 61000-4-12:2017, EN 61000-4-12:2017, GJB151B-2013 et autres normes. Les principales spécifications techniques sont présentées dans le tableau 1.

Tableau 1 : Spécifications principales du simulateur d’ondes annulaires série RWG61000‑12

Comme indiqué dans les paramètres ci-dessus, ce simulateur d'ondes annulaires propose deux impédances de sortie standard : 12 Ω et 30 Ω, correspondant aux conditions de test avec différentes impédances de source spécifiées dans les normes. Il prend en charge le déclenchement synchrone à fréquence industrielle de 0° à 360°, permettant de simuler des scénarios où des interférences d'ondes annulaires se produisent à des angles de phase arbitraires de la tension à fréquence industrielle et d'améliorer la reproductibilité des tests. La version 4 kV convient aux appareils électroménagers et aux équipements de contrôle industriel courants, tandis que les modèles 6 kV RWG61000-12A et RWG61000-12AT sont destinés aux équipements électriques et aux produits d'énergies nouvelles présentant des niveaux de sévérité plus élevés. Le CDN monophasé convient aux petits appareils électroménagers et aux compteurs électriques ; le CDN triphasé à cinq fils est utilisé pour les convertisseurs de fréquence, les moteurs triphasés et autres équipements industriels, couvrant ainsi une large gamme de produits.

RWG61000-12_AL

3 Applications industrielles du simulateur d'ondes annulaires

Les simulateurs d'ondes annulaires sont largement utilisés pour la R&D de produits, la vérification de la fiabilité et les essais de type dans les secteurs du contrôle et de l'énergie industriels, des nouvelles énergies, des appareils grand public, de l'électronique médicale et autres.

Dans les secteurs du contrôle industriel et des équipements électriques, les automates programmables, les servovariateurs, les routeurs industriels, les compteurs d'énergie et les dispositifs de protection par relais doivent subir des tests d'immunité aux perturbations du réseau électrique à l'aide de simulateurs d'ondes annulaires. Ces tests simulent les interférences dues aux oscillations amorties causées par les démarrages et arrêts de moteurs ainsi que par la commutation des transformateurs en usine. Ils permettent de détecter les retards de commande, les erreurs de communication et les dysfonctionnements des relais, et d'évaluer les performances d'isolation. Ainsi, ils préviennent les surtensions et garantissent le bon fonctionnement des lignes de production et des réseaux de distribution électrique.

Dans les secteurs des énergies nouvelles et de l'électronique automobile, les ports d'entrée d'alimentation et les ports de communication CAN des bornes de recharge AC/DC nécessitent des tests d'immunité aux ondes de choc à l'aide de simulateurs d'ondes de choc. Ces tests permettent de simuler les perturbations du réseau électrique et les perturbations induites par la commutation interne des bornes de recharge, et de vérifier l'absence d'interruptions de charge et de défaillances de communication. Les systèmes de gestion de batterie (BMS) automobiles et les chargeurs embarqués (OBC) peuvent également utiliser des simulateurs d'ondes de choc pour reproduire les interférences transitoires des systèmes d'alimentation des véhicules et garantir le bon fonctionnement des composants électroniques embarqués.

Pour les appareils électroménagers et électroniques grand public, les réfrigérateurs, climatiseurs, lave-linge, adaptateurs secteur et prises intelligentes utilisent des simulateurs d'ondes de tension afin de reproduire les perturbations générées par les démarrages et arrêts de compresseurs et les commutations d'appareils à forte consommation sur les réseaux électriques résidentiels. Le risque de panne ou de dysfonctionnement des équipements est ainsi vérifié, et les circuits de protection des prises sont optimisés en amont pour améliorer la fiabilité des produits.

Les équipements électroniques médicaux exigent une fiabilité opérationnelle élevée. Les moniteurs de patients, les appareils à ultrasons, les pompes à perfusion et autres instruments médicaux doivent utiliser des simulateurs d'ondes annulaires pour simuler les perturbations du réseau électrique causées par la mise en marche d'équipements hospitaliers de grande envergure tels que les scanners et les IRM, afin de vérifier l'absence de décalage de données ou de déclenchement intempestif et ainsi garantir la sécurité des diagnostics.

4. Importance pratique et conclusion

Les perturbations par ondes de choc existent bel et bien dans les réseaux électriques et sont à l'origine de nombreuses défaillances de produits sur site. Le simulateur d'ondes de choc offre des solutions de test en laboratoire standardisées et reproductibles. Sans avoir à recréer des conditions complexes sur site, il permet de simuler des impulsions d'oscillations amorties réalistes afin d'évaluer l'immunité des équipements testés, de localiser les points faibles de l'isolation et les défauts des circuits de protection, et d'optimiser la conception des circuits imprimés, la mise à la terre et le choix des composants de protection contre les surtensions. La probabilité de défaillance des équipements sur site peut ainsi être réduite dès la phase de recherche et développement.

Le LISUN Série RWG61000‑12 Simulateur d'ondes annulaires Conforme aux exigences de forme d'onde des normes nationales, militaires et internationales. Ses multiples configurations monophasées et triphasées répondent aux exigences des laboratoires de R&D et des organismes de test tiers. Les tests d'immunité aux ondes annulaires ne servent pas uniquement à la certification de conformité ; ils constituent également une approche essentielle pour améliorer l'adaptabilité environnementale et la fiabilité des équipements électriques et électroniques. Avec la généralisation des équipements industriels et liés aux énergies nouvelles, les simulateurs d'ondes annulaires joueront un rôle de plus en plus important dans la vérification de la compatibilité électromagnétique (CEM).