GLOSSAIRE

L’affaiblissement d’insertion représente un critère d’évaluation d’un filtre passif, qui est indépendant du système. La méthode de mesure a été standardisée (réf. : CISPR 17) et adaptée à partir de l’ingénierie des communications. Celle-ci décrit le ratio logarithmique U1 : U2 de la tension (de choc) avant et après l’insertion d’un filtre dans un circuit, en fonction de la fréquence, mesurée à la sortie.

a = 20 * Ig (U1 : U2) [dB]

Si, au cours de la mesure de l’affaiblissement d’insertion, le filtre est terminé de chaque côté par une résistance réelle de p. ex. 50 Ω, alors on parle d’affaiblissement d’insertion de 50 Ω.

Une mesure avec des résistances de terminaison réelles différentes (p. ex. 0,1 Ω/100 Ω ou 100 Ω/0,1 Ω) peut être également réalisée. Ces combinaisons permettent d’évaluer un filtre en cas de désadaptation. Même un affaiblissement d’insertion négatif, autrement dit une augmentation de la tension de choc, est ici possible.

Bien que ces méthodes de mesure permettent de comparer différents filtres et rendent une présélection des propriétés d’affaiblissement souhaitées possible, celles-ci fournissent peu d’informations concernant l’efficacité du filtre dans des applications individuelles. Ce manque d’informations est dû au fait que ni la source des perturbations ni le système de ligne connecté ne présente une résistance réelle de 50 Ω. Par ailleurs, la mesure de l’affaiblissement d’insertion de 50 Ω est réalisée dans une plage de petits signaux (environ 1 V) et le courant de service (courbe caractéristique de magnétisation non-linéaire, prémagnétisation) n’est pas atteint pour les inductances du filtre. Cependant, le niveau de tension parasite lui-même se situe encore une fois dans la plage de petits signaux.

Une preuve du respect des valeurs limites des normes CEM (voir « Interférence électromagnétique » et « Immunité électromagnétique ») ne peut être obtenue qu’au moyen d’une technologie de mesure permettant le contrôle du système et prenant en compte tous les composants individuels participants.

Avec des alimentations en courant continu non régulées, la tension continue de sortie n’est pas réglée sur une valeur spécifique mais change de valeur en fonction de la variation de la tension d’entrée (du réseau) et de la charge.

L’ondulation est comprise dans la plage de tension et peut dépendre de la charge. L’ondulation est généralement définie sous forme de pourcentage, de manière proportionnelle à la valeur de la tension continue de sortie.

Les alimentations en courant continu non régulées sont souvent préférées notamment en raison de leur conception à la fois robuste, non complexe, réduite à l’essentiel et conçue pour une longue durée de vie.

    Les alimentations en courant continu régulées disposent de schémas de connexion électrique permettant de maintenir la tension continue de sortie, ou dans certains cas spécifiques le courant continu de sortie, à une certaine valeur définie, et ce de la manière la plus constante possible. Les influences telles que les variations de tension d’entrée (du réseau) ou différentes charges de la sortie sont régulées électroniquement dans la zone de fonctionnement assignée.

L’ondulation de la tension continue de sortie est de l’ordre des millivolts et très largement indépendante de la charge en sortie. La constance de la tension continue de sortie est établie dans une plage de 1 - 3 %, selon le concept de circuit. Par ailleurs, les alimentations en courant continu régulées offrent fréquemment l’avantage d’une limitation de courant électronique. Celle-ci permet de protéger le client connecté mais également l’alimentation en courant continu elle-même en cas de surcharge.

D’un point de vue conceptuel, on distingue :

• les alimentations en courant continu avec régulation linéaire,
• les alimentations en courant continu avec régulation synchronisée

Une alimentation en courant continu est un dispositif statique composé d’une ou plusieurs entrées et d’une ou plusieurs sorties, qui transforme, par induction électromagnétique, un système avec tension alternative et courant alternatif et/ou tension continue et courant continu en un système avec tension continue et courant continu, généralement avec différentes valeurs, à des fins de transmission d’énergie électrique.

Exigences

Les différences de conception entre les alimentations en courant continu sont principalement déterminées par leur but d’utilisation. Les exigences correspondantes sont définies dans les normes relatives aux installations et aux dispositifs (p. ex. VDE 0100, VDE 0113/EN 60204/IEC 60204, VDE 0700/EN 60335/IEC 60335, VDE 0805/EN 60950/IEC 60950) ainsi que dans les normes disponibles relatives aux alimentations en courant continu à des fins d’utilisation générale (p. ex. VDE 0570/EN 61558/IEC 61558, VDE 0557/EN 61204/IEC 61204).

Un critère de sélection important est la construction de l’isolation entre les circuits d’entrée et de sortie, telle que décrite ci-dessus sous « Transformateurs, exigences ».

On continue toujours à faire la distinction entre la conversion « tension alternative/courant alternatif/AC » et la conversion « tension continue/courant continu/DC » :

• convertisseur AC/DC
  tension alternative en entrée, tension continue en sortie
• convertisseur DC/DC
  tension continue en entrée, tension continue en sortie

La stabilité et l’ondulation de la tension continue en sortie constituent un autre critère important de sélection. On distingue :

• les alimentations en courant continu non régulées, et
• les alimentations en courant continu régulées

Normes

Sauf disposition contraire convenue avec le client, nous fabriquons nos produits selon l’état le plus récent de la technique et conformément aux normes suivantes :

Alimentations en courant continu non régulées

• VDE 0570 : Sicherheit von Transformatoren, Netzgeräten und dergleichenTeil 1: Allgemeine Anforderungen und Prüfungen, in Verbindung mit dem jeweilig zutreffenden Teil 2.
• EN 61558, IEC 61558 : Sécurité des transformateurs, alimentations et analogues, partie 1 : règles générales et essais, conformément à la partie 2 correspondante : alimentations en courant continu régulées
• VDE 0570 : Sicherheit von Transformatoren, Netzgeräten und dergleichenTeil 1: Allgemeine Anforderungen und Prüfungen, in Verbindung mit dem jeweilig zu-treffenden Teil 2.
• EN 61558, IEC 61558 : Sécurité des transformateurs, alimentations et analogues, partie 1 : règles générales et essais, conformément à la partie 2 correspondante
  et/ou
• VDE 0557 : Stromversorgungsgeräte für Niederspannung mit Gleichstromausgang
• EN 61204, IEC 61204 : Dispositif d'alimentation à basse tension à sortie en courant continu - Caractéristiques de fonctionnement et prescriptions de sécurité.
  et/ou VDE 0805 : Sécurité des équipements de technologie de l’information
• EN 60950, IEC 60950 : Sécurité des équipements de technologie de l’information

Ces alimentations en courant continu sont souvent appelées « régulateurs à découpage » ou « alimentations à découpage ». Contrairement aux alimentations en courant continu à régulation linéaire, avec régulation continue de la tension continue et du courant continu, ces grandeurs sont commutées (découpées) à l’aide d’alimentations en courant continu synchronisées. Dans ce concept, les semi-conducteurs de puissance utilisés le sont exclusivement à titre de commutateurs. Seul de faibles pertes de commutation et pertes en direct sont à déplorer, d’où un rendement élevé caractéristique.

La régulation s’effectue à travers la modification du facteur de réglage (temps d’ouverture/temps de fermeture) à une fréquence constante ou à travers la modification de la fréquence avec un facteur de réglage constant. La tension carrée alors générée peut être transformée et redressée en presque n’importe quel niveau de tension souhaité. Une fréquence de synchronisation élevée sur une plage comprise entre environ 20 kHz et plusieurs MHz permet l’utilisation de petits transformateurs à noyau de ferrite, d’inductances et de condensateurs.

Le transformateur (réseau) et le redresseur monté en aval sont représentés dans les illustrations suivantes. La tension continue obtenue au niveau du filtre ou du condensateur de charge suite au redressement est souvent appelée « tension de circuit intermédiaire ». Ce « circuit intermédiaire » représente généralement l’entrée en cas de convertisseurs DC-DC.

Sur la base des caractéristiques de transmission, on distingue généralement deux principes de convertisseurs :

• Convertisseur à transfert direct
• Convertisseur Flyback

La tension continue du circuit intermédiaire est générée directement par le redressement de la tension alternative du réseau. Un convertisseur Flyback avec une fréquence de commutation typique > 20 kHz est monté en aval du circuit intermédiaire. Le commutateur à semi-conducteur est commandé (synchronisé) par le régulateur de manière à obtenir une tension continue de sortie stable. La tension de référence intégrée dans le régulateur est alors comparée à la valeur réelle de la sortie (générée par le potentiomètre). La régulation des temps d’ouverture et de fermeture du commutateur à semi-conducteur est effectuée à l’aide de ces grandeurs de réglage.

Le transformateur à noyau de ferrite doit satisfaire aux normes obligatoires en matière de sécurité concernant l’isolation galvanique du réseau pour ces types de concepts de circuit, de la même manière que le régulateur le fait au moyen de dispositifs tels que des coupleurs optoélectroniques.

Avantages :

• Rendement très élevé, aussi indépendant que possible des variations de tension du réseau et de la hauteur de la tension continue de sortie, allant d’environ 75 % à plus de 90 %
• Petit volume de construction
• Poids léger
• Autre plage de tension d’entrée possible
• Possibilité selon la tension d’entrée AC et DC du concept de circuit

Inconvénients :

• Plus grande complexité du circuit (nombre de composants, probabilité de panne)
• Temps d’établissement relativement longs, qui dépendent également de la fréquence de commutation
• Tension continue de sortie relativement impropre (spikes, spectre à large bande)
• Problèmes de compatibilité électromagnétique en raison de la synchronisation avec un niveau de bruit élevé

[Translate:]

The adjustment to the network takes place by means of a 50 Hz transformer with the mandatory safety-related requirements made of the metallic isolation. After rectification, an intermediate circuit voltage which is greater than the desired output direct current voltage should ensue at the charging capacitor. A step-down converter with a typical switching frequency >20 kHz is post-connected to the intermediate circuit. The semiconductor switch is controlled (clock-pulse controlled) by the regulator in such a way that a stable output direct current voltage ensues. The reference voltage integrated into regulator is thereby compared with the performance value of the output (generated by the voltage distributor). The regulation of the switch-on and switch-off times for the semiconductor switch takes place with these correcting variables.

The advantages:

• Unproblematic network separation from a safety point of view using 50 Hz transformers
• Multiple input voltages easily realised through primary taps
• Even more comprehensible circuit complexity
• Relatively high efficiency, as independent as possible of network voltage fluctuations and of the strength of the output direct current voltage of circa 70 % to 80%

The disadvantages:

• Large construction volume
• Heavy weight
• Relatively long settling times (in comparison with linearly-regulated direct current supplies) dependent on the height of the switching frequency
• Relatively uneven output direct current voltage (spikes, wideband spectrum)
• EMC problems caused by the clocking, although a relatively low noise level

Les autotransformateurs sont des transformateurs dans lesquels les enroulements primaires et secondaires ont des pièces en commun (réf. : VDE 0570 Parts 2–13). Par conséquent, il n’existe aucune isolation galvanique entre les enroulements.

Exigences :

Les remarques générales déjà formulées pour les transformateurs s’appliquent également aux autotransformateurs, telles que par exemple la classe de protection, l’indice de protection, la classe de matériaux isolants et la température ambiante assignée. En règle générale et sauf disposition contraire convenue avec le client, les autotransformateurs sont conçus avec une isolation basique entre les pièces sous tension et le noyau. Les prises existantes ne peuvent pas être chargées simultanément à moins que le dimensionnement ait été spécialement conçu à cet effet.

Normes :

Sauf disposition contraire convenue avec le client, nous fabriquons nos produits selon l’état le plus récent de la technique et conformément aux normes suivantes : VDE 0570 : Sicherheit von Transformatoren, Netzgeräten und dergleichen, Teil 1: Allgemeine Anforderungen und Prüfungen, Teil 2–13: Besondere Anforderungen für Spartransformatoren EN 61558, IEC 61558 :  Sécurité des transformateurs, alimentations et analogues, partie 1 : exigences générales et essais, partie 2-13 : règles particulières pour les autotransformateurs.

BLOCK ImpEx garantit une encapsulation homogène du matériel d’enroulement, et offre ainsi une protection complète contre les influences extérieures. La résine, qui a été développée tout spécialement pour BLOCK ImpEx, ne laisse aucune cavité et crée une réserve de température visant à préserver une certaine efficacité lors d’un fonctionnement à long terme.

De nos jours, les convertisseurs de puissance et de fréquence sont de plus en plus utilisés sur le réseau. Ceci entraîne la formation d’harmoniques sur le réseau, lesquelles induisent des pertes supplémentaires, notamment dans les condensateurs d’installations de compensation à courant réactif. Les bobines de filtrage offrent notamment les avantages suivants :

• moins de pertes et aucune surcharge des condensateurs d’une installation de compensation à courant réactif,
• amélioration du comportement d’impédance du réseau

Les bobines de filtrage exigent un dimensionnement spécial pour un fonctionnement durable et en toute sécurité :

• faible tolérance d’inductance,
• une progression linéaire de l’inductance allant bien au-delà du courant assigné et en présence d’harmoniques,
• une conception thermique pour un fonctionnement continu pour la fréquence du réseau et les harmoniques

Le montage en série des condensateurs est réalisé quasi-exclusivement en modèle triphasé et agit donc sur l’ensemble du réseau triphasé.

En règle générale, les filtres d’antiparasitage réseau sont placés entre le réseau et l’entrée du consommateur (p. ex. convertisseurs de fréquence). Des modèles monophasés et triphasés sont disponibles. Un filtre d’antiparasitage réseau est le fruit de l’alliance parfaite entre les propriétés d’une inductance de ligne (voir « bobine ») et celles d’un « filtre passif destiné à la suppression des interférences électromagnétiques (filtres EMI) », donnant lieu à un simple filtre ultra-efficace sur une large bande. L’ajustement optimal des composants permet d’obtenir une suppression des perturbations conduites sur le réseau à une fréquence pouvant atteindre 30 MHz.

I = intensité A
π = 3,14
f = fréquence Hz
U = tension V

Dans des applications non critiques, nous recommandons une distance de séparation de 50 à 100 mm entre les composants et la mise en œuvre d’un blindage (p. ex. coffrage en tôle). Dans des applications critiques (p. ex. amplificateurs de mesure sensibles, circuits numériques, moniteurs), des mesures de protection CEM supplémentaires ou des distances de séparation plus grandes sont généralement nécessaires. Cependant, les mesures CEM à mettre en œuvre dépendent fortement des composants utilisés et des paramètres de fonctionnement du système, d’où la possibilité quasi-nulle d’établir des énoncés valables de manière générale.

La classe d’essai indique la catégorie climatique (réf. : DIN EN 60068/EN 60068/IEC 60068) en tant que clé d’identification de l’applicabilité climatique des composants.

Exemple :

25/085/21    25 = – 25 °C, essai A : froid, 085 = + 85 °C, essai B :
                   chaleur sèche,
                   21 = 21 jours, essai Ca : chaleur humide constante

Chaque essai est défini dans différentes parties de la norme.

Les réglementations (réf. : VDE 0301/HD 566S1/IEC 60085) ainsi que (réf. : VDE 0304/HD 611.1S1/IEC 60216) décrivent entre autres la résistance thermique des matériaux isolants. Des températures sont assignées aux différentes classes de matériaux en fonction de la période de résistance thermique.

Classes de matériaux isolants usuelles :  A (105 °C), E (120 °C), B (130 °C), F (155 °C), H (180 °C)

Sauf disposition contraire convenue avec le client, les transformateurs et les inductances de ligne sont conçus conformément aux spécifications des classes de matériaux isolants E ou B.

La classe de protection 0, I, II ou III
(réf. : VDE 0140/EN 61140/IEC 61140) est une caractéristique de construction pour la classification des équipements électriques à des fins de protection contre les défauts dangereux ou les courants de fuite (décharge électrique). Par exemple :

• Classe de protection I :
  Dispositif avec conducteur de protection et (au minimum) isolation basique
   
• Classe de protection II :
  Dispositif sans conducteur de protection et avec isolation double ou renforcée
   
• Classe de protection III :
  Dispositif alimenté par SELV (tension de sécurité extra-basse) et dans lequel aucune tension supérieure à la SELV n’est générée.

Les équipements électriques destinés à être montés dans des dispositifs ne possèdent aucune classe de protection et ne peuvent être « préparés que pour » ces dispositifs. Les équipements électriques préparés pour une utilisation dans des dispositifs relevant de la classe de protection II peuvent être également utilisés dans des dispositifs de la classe de protection I.

Selon la définition stipulée dans la réglementation CEM 89/336/CEE, la compatibilité électromagnétique est la capacité d’un dispositif à fonctionner de manière satisfaisante dans un environnement électromagnétique sans que lui-même ne cause d’interférences électromagnétiques susceptibles de perturber d’autres dispositifs présents dans cet environnement.
On distingue alors les deux notions suivantes :

1. Interférence électromagnétique (EMS)
2. Immunité électromagnétique (EMI)

Dans les filtres passifs destinés à la suppression des interférences électromagnétiques (réf. : VDE 0565 Part 3/EN 60939/IEC 60939), conçus essentiellement pour le fonctionnement de la tension alternative du réseau, les condensateurs doivent satisfaire aux exigences de la classe X ou Y (en fonction de la position du circuit).

Les condensateurs de la classe X sont classés selon les tensions de crête des impulsions auxquelles ils sont exposés, lesquelles sont superposées sur la tension alternative du réseau.

La commutation de condensateurs de classe X a lieu comme suit, en fonction de l’application : L-L et L-N.

Dans les filtres passifs destinés à la suppression des interférences électromagnétiques (réf. : VDE 0565 Part 3/EN 60939/IEC 60939), conçus essentiellement pour le fonctionnement de la tension alternative du réseau, les condensateurs doivent satisfaire aux exigences de la classe X ou Y (en fonction de la position du circuit).

Les condensateurs de la classe Y sont destinés à des applications dans lesquelles la panne du condensateur est susceptible d’entraîner une décharge électrique dangereuse. Une panne du condensateur Y en raison d’un court-circuit ou d’un claquage ne doit pas survenir en cas d’utilisation conforme.

La commutation des condensateurs de classe Y a lieu par rapport à la terre en fonction de l’application.

Le courant à vide est le courant d’entrée (apparent) du transformateur non chargé à la tension d’entrée assignée et à la fréquence assignée. En raison de la forme non sinusoïdale de la courbe, les mesures doivent être réalisées à l’aide d’un appareil de mesure True RMS (à valeur efficace vraie). La valeur d’un courant à vide peut également varier dans un lot de production, principalement en raison de propriétés non constantes de la tôle du noyau. Le courant à vide doit être toutefois inférieur au courant d’entrée à la puissance (de sortie) assignée afin de prévenir toute surcharge éventuelle de l’enroulement primaire du transformateur au cours d’un fonctionnement à vide.

A : Dispositif de mesure pour la détermination du courant de fuite pour les dispositifs de la classe de protection I
B : Dispositif de mesure pour la détermination du courant de fuite pour les dispositifs de la classe de protection II
C : Dispositif de mesure pour la détermination du courant de fuite entre le primaire et le secondaire

T = signaux de décharge partielle
S = tension de synchronisation superposée de 50 Hz

L’enroulement primaire est la bobine destinée à être connectée au circuit d’alimentation.

Il peut y avoir plusieurs enroulements pour des branchements en série et en parallèle ainsi que des prises. Selon le nombre, le besoin en isolation et le différentiel des prises, par rapport à la tension d’entrée assignée, une augmentation de la puissance du noyau (taille) du transformateur peut s’avérer nécessaire.

Une augmentation de la puissance du noyau est strictement nécessaire lorsque plusieurs tensions d’entrée différentes doivent être définies de manière alternative. Si, par exemple, des tensions de 230 V et 400 V sont nécessaires à une puissance (de sortie) assignée identique, alors le besoin en espace de bobinage augmente d’environ 21 % (corps de bobine avec chambre simple). Ce besoin accru est dû au fait qu’une bobine doit être présente pour la pleine puissance de la tension d’entrée de 230 V, et qu’une bobine supplémentaire est nécessaire pour les tensions comprises entre 230 V et 400 V. La puissance du noyau du transformateur est alors environ 21 % plus élevée que la puissance (de sortie) assignée.

L’enroulement secondaire est un enroulement spécialement destiné au branchement d’un circuit de distribution, d’un dispositif, d’un équipement ou d’une autre installation. Plusieurs bobines et prises peuvent être présentes. Une augmentation de la puissance du noyau (taille) du transformateur peut s’avérer nécessaire en fonction du nombre et du besoin en isolation. Sauf disposition contraire convenue avec le client, les prises sont dimensionnées pour l’intensité du courant au niveau de tension maximal et ne peuvent être chargées que de manière alternative.
Si la pleine puissance (de sortie) assignée doit être disponible à chaque prise et/ou si plusieurs enroulements secondaires ne pouvant être chargés de manière simultanée ou variable sont nécessaires, alors le besoin en espace de bobinage augmente. La puissance du noyau du transformateur doit alors être définie sur un niveau supérieur à celui de la puissance (de sortie) assignée.

A = réseau              B = dispositif

Composants anti-parasites utilisés :

• Condensateurs de classe Y (L-PE, N-PE)
• Condensateurs de classe X (L-L, L-N)
• Résistance pour décharge des condensateurs
• Bobine torique à courant compensé

Une suppression des interférences encore plus efficace, accompagnée d’un meilleur affaiblissement d’insertion, est obtenue en ajoutant des éléments supplémentaires (composants anti-parasites), créant ainsi des constructions à plusieurs niveaux.

(1) ne fait pas encore partie intégrante de la standardisation CEM

L’oscillogramme montre que la fréquence synchronisée du convertisseur de fréquence est présente uniquement en association avec une faible amplitude superposée sur le signal utile (fréquence de fonctionnement du moteur).

La fréquence assignée (réf. : VDE 0570, EN 61558, IEC 61558) est la fréquence attribuée au transformateur dans les conditions d’utilisation définies.

Sauf disposition contraire convenue avec le client, les transformateurs sont conçus pour des fréquences comprises entre 50 et 60 Hz.

A : perturbations conduites
B : perturbation non conduites (rayonnées)
C : sortie
D : entrée
E : matériel

Impulsions riches en énergie (p. ex. 700 V/1 ms) et transitoires pauvres en énergie (p. ex. 2 500 V/20 µs) obtenues à travers des processus de commutation dans le réseau. Contribue aux pannes de réseau à une hauteur d’environ 30 à 35 %.

Dans un contexte idéal, les courants d’harmoniques sont réduits du facteur du rang (p. ex. harmonique = 150 Hz = facteur 3), par rapport à la composante fondamentale (1ère harmonique = 50 Hz). Cependant, les énoncés concernant la « réponse en fréquence » des inductances doivent pris en considération.

B = assignée             pP = par phase

Ces inductances sont souvent utilisées à titre de bobines d’accumulation pour l’énergie électrique dans des circuits à courant continu. Le noyau est alors souvent prémagnétisé avec un courant continu, qui est soit superposé sur un courant alternatif de forme de courbe et fréquence différentes, soit utilisé à des fins de changement du sens du courant (commutation). Le dimensionnement dépend fortement du circuit et de l’application.

L'inductance est un dispositif qui est composé d’un ou plusieurs enroulements avec une impédance dépendant de la fréquence et qui fonctionne selon le principe de l’auto-induction, selon lequel un courant magnétisant génère un champ magnétique qui traverse un noyau à charge magnétique
ou l’air (réf. : VDE 0570 Teil 2–20/IEN 61558-2-20/IEC 61558-2-20).

Les remarques générales déjà formulées pour les transformateurs valent également pour les inductances, telles que par exemple la classe de protection, l’indice de protection, la classe de matériaux isolants et la température ambiante assignée (dans la mesure applicable).

En règle générale, et sauf disposition contraire convenue avec le client, les bobines sont fabriquées avec une isolation basique entre les pièces sous tension et le noyau. Selon les lois de la physique, du fait de la présence d’au moins un entrefer, les bobines possèdent un champ magnétique rayonné de la fréquence assignée qui ne doit pas être négligé, ainsi qu’une émission de bruit acoustique qui correspond au double de la fréquence de service.
Il convient de veiller à observer une distance suffisante avec les équipements électriques voisins et les matériaux ferromagnétiques (p. ex. armoire de commande en acier).
Un critère important pour le dimensionnement est la prévision de l’utilisation des bobines dans des zones à basse fréquence, p. ex. en tant que :

• inductance de ligne,
• inductance de lissage/commutation,
• bobine de filtrage,
• inductance moteur,
• filtre moteur,
• filtre sinusoïdal

Sauf disposition contraire convenue avec le client, nous fabriquons nos produits selon l’état le plus récent de la technique et conformément aux normes suivantes :

VDE 0570 : Sicherheit von Transformatoren, Netzgeräten und dergleichen, Teil 1: Allgemeine Anforderungen und Prüfungen, Teil 2–20: Besondere Anforderungen an Kleindrosseln

EN 61558, IEC 61558: Sécurité des transformateurs, alimentations et analogues, partie 1 : règles générales et essais, parties 2-20 : règles particulières pour les petites bobines d’inductance.

La spécification de l’indice de protection (réf. : DIN VDE 0470, EN 60 529, IEC 60529) décrit la protection des équipements électriques à travers leurs logements, leurs caches de protection, leurs enveloppes et autres.

L’indice de protection est indiqué au travers d’un code (code IP) dans lequel le premier numéro (0 à 6) renseigne sur la protection contre les contacts et la pénétration de corps étrangers. Quant au second numéro (0 à 8), il fournit des informations concernant la protection contre l’infiltration d’eau.

Les indices de protection usuels sont :

• IP 00
  Aucune protection spéciale contre les contacts accidentels ni contre la pénétration de corps étrangers. Aucune protection spéciale contre l’eau. L’indice de protection IP 00 s’applique à des constructions de « type ouvert ».
   
• IP 20
  Protection contre les contacts et contre la pénétration de corps étrangers solides de diamètre supérieur à 12 mm. Aucune protection spéciale contre l’eau.
   
• IP 23
  Protection contre les contacts et contre la pénétration de corps étrangers solides de diamètre supérieur à 12 mm. Protection contre l’eau en pluie jusqu’à 60 °C de la verticale, de telle sorte que cette eau en pluie ne cause pas de dommages.
   
• IP 40
  Protection contre les contacts et contre la pénétration de corps étrangers solides de diamètre supérieur à 1 mm. Aucune protection spéciale contre l’eau.
   
• IP 44
  Protection contre les contacts et contre la pénétration de corps étrangers solides de diamètre supérieur à 1 mm. Protection contre les projections d’eau de toutes les directions, de telle sorte que ces projections d’eau ne causent pas de dommages.
   
• IP 55
  Protection complète contre les contacts. Protection contre les dépôts de poussières nocives. Les pénétrations de poussières ne sont pas entièrement prévenues, mais les poussières ne doivent pas pénétrer en des quantités susceptibles de nuire au bon fonctionnement. Protection contre les projections d’eau de toutes les directions, de telle sorte que ces projections d’eau ne causent pas de dommages.
   
• IP 65
  Protection complète contre les contacts. Protection contre les pénétrations de poussières. Protection contre les projections d’eau. Protection contre les jets d’eau de toutes directions à la lance dans la mesure où aucun jet ne cause de dommages.
   
• IP 67
  Protection complète contre les contacts. Protection contre les pénétrations de poussières. Protection contre les effets de l’immersion. Aucune eau ne doit pénétrer en dans quantités susceptibles de causer des dommages lorsque le logement est temporairement immergé dans l’eau dans des conditions de pression standardisées et pour une durée standardisée.

Remarque : l’indication de l’indice de protection fait référence à l’état du dispositif à la date de livraison et à la méthode d’installation établie ou traditionnelle pour l’équipement. L’indice de protection peut varier en fonction de la méthode d’installation choisie.

A : perturbations conduites
B : perturbations rayonnées
x : fréquence parasite
y : part

Le fabricant est tenu d’apposer le label CE sur les produits entrant dans le champ d’application de certaines réglementations de la Commission Européenne afin de prouver leur conformité avec ces dernières. Les produits concernés sont ceux couverts par les directives établies selon la « Nouvelle Approche » (décision du 07/05/1985), lesquelles contiennent des normes portant sur la qualité technique des produits.

Les directives CE sont des réglementations légales contraignantes de l’Union Européenne. Le respect de ces normes est donc une condition préalable essentielle à la commercialisation des produits en Europe. Le reste du marché international n’en est en aucun cas affecté. L’apposition du label CE atteste de la conformité du produit avec les normes fondamentales respectives de toutes les directives applicables au produit. En tant que preuve de la conformité du produit avec les directives, le label CE est exclusivement destiné aux autorités de contrôle. Cependant, celui-ci est souvent considéré par erreur comme un « symbole de qualité ». C’est pourquoi il est malheureusement souvent réclamé sans raison légitime.

C’est la raison pour laquelle notre entreprise renonce à tout affichage publicitaire du label CE dans notre catalogue et nos brochures étant donné que ce label est apposé sur les produits uniquement aux fins de satisfaire à une réglementation légale que tous les fabricants et importateurs sont tenus de respecter.

Bien que la déclaration de conformité CE du fabricant doive être conservée uniquement afin de pouvoir être présentée aux autorités de contrôle (pendant une durée de 10 ans minimum à compter de la date de la dernière mise en circulation du produit), des copies de cette dernière peuvent être mises à la disposition des clients sur demande de ces derniers.

Exemples :

a) Modules (pour circuits imprimés, dispositifs, armoires de commande) qui, en tant que composants intégrés, ne sont pas tenus de porter le symbole CE, tels que les résistances, les condensateurs, les inductances, les circuits intégrés.

b) Modules tenus de porter le symbole CE (avec logement et protection contre les contacts) qui doivent être utilisés de manière autonome et/ou sont vendus à des consommateurs finaux, tels que des blocs d’alimentation avec fiche, des chargeurs de batterie, des ordinateurs personnels, des testeurs et des appareils de mesure, des transformateurs d’isolation pour des chantiers ou des services de maintenance, des transformateurs pour halogènes.

Les principes fondamentaux de la standardisation CEM sont généralement établis par

•     le CISPR, fondé en 1934 (Comité international spécial des perturbations radioélectriques)

et

•     l’IEC TC77, fondé en 1974 (Comité d’études 77 de la Commission électrotechnique internationale)

en coordination avec le guide de réglementation « IEC Regulation Guide 107 » (guide CEM pour la rédaction de publications en matière de compatibilité électromagnétique).

Le Guide 107 a pour but de garantir la mise en œuvre de procédures et points de vue identiques dans le cadre de la standardisation CEM, et de veiller à ce que le tout soit aussi concluant que possible. Des phénomènes de perturbations conduites et rayonnées sont observés dans la plage de fréquence comprise entre 0 Hz et 400 GHz, au sein de laquelle la compatibilité électromagnétique doit pouvoir être atteinte.

De manière générale, quatre catégories de normes CEM sont définies, sachant que chaque norme CEM est globalement assignée à une seule de ces quatre catégories.

1. Publications de base (normes de base) : Les publications de base peuvent avoir le statut de norme, voire même celui de rapport technique. Ces dernières contiennent les méthodes de mesure correspondantes, la classification des conditions environnementales et les techniques de test pour la CEM, mais n’incluent aucune valeur limite de mesure pour des produits ou familles de produits spécifiques. Les publications de base sont constamment citées à titre de référence dans les normes génériques, les normes de famille de produits et les normes de produit. Le titre en tant que tel doit clairement préciser que le sujet traité correspond à une norme de base.

2. Spécifications de base (normes génériques) : Les spécifications de base doivent être appliquées aux produits pour lesquels aucune norme de produit ni aucune norme de famille de produits n’existe. On fait toujours une distinction entre les conditions environnementales de l’industrie (alimentée par des réseaux industriels) et celles des zones résidentielles, professionnelles et commerciales et des petites entreprises (alimentées par les réseaux publics d’électricité). Un nombre limité de tests en matière de CEM indiquent des valeurs limites minimales pour l’immunité et des valeurs limites maximales pour les émissions, sans pour autant aborder certaines caractéristiques des produits.

3. Normes de famille de produits : Les normes de famille de produits sont adaptées à des familles de produits spécifiques et contiennent des spécifications particulières (p. ex. valeurs limites, conception de test, critères de fonctionnement et critères en matière de réclamation). Concernant les méthodes de mesure, il est fait référence aux normes de base, et les valeurs limites sont souvent coordonnées avec les normes génériques. Les normes de famille de produits pour la CEM peuvent exister sous forme de normes indépendantes mais également sous forme de parties autonomes de norme qui régissent les autres aspects (p. ex. sécurité électrique) pour la famille de produits.

4. Normes de produit : Les normes de produit sont destinées à des produits spéciaux, jouissent d’une priorité absolue en matière d’application et sont donc les seules à appliquer pour garantir la CEM du produit. Quant à l’intégration des normes de base et normes génériques, les règles qui s’appliquent aux normes de produits sont les mêmes que celles qui s’appliquent aux normes de famille de produits.

La plage de tension est une plage de tension assignée au filtre, exprimée sous forme de valeurs maximale et minimale, et au sein de laquelle le filtre est autorisé à fonctionner de manière continue. Alors que la valeur minimale est généralement non-critique, la valeur maximale est déterminée par le système d’isolation et la rigidité diélectrique, p. ex. des condensateurs.

Par dérogation à la norme habituelle en matière d’attribution des tensions pour les équipements électriques et sauf indication contraire, la valeur maximale ici est marquée par la tension assignée du filtre.

La plage de tension d’entrée assignée (réf. : VDE 0570, EN 61558, IEC 61558) est la plage de tension d’entrée attribuée au transformateur, exprimée à travers ses limites inférieure et supérieure. Sauf disposition contraire convenue avec le client, la limite supérieure est égale à 1,10 fois la valeur de la tension d’entrée assignée à laquelle le transformateur peut fonctionner de manière continue sans subir de dommages. La limite inférieure est non-critique. Toutefois, il est important de noter que la résistance interne (UK) du transformateur peut augmenter du fait du flux magnétique réduit à travers le noyau. La description des valeurs limites exige la charge du transformateur à la puissance (de sortie) assignée, représentée par une charge de résistance ohmique ou active.

Un commutateur à semi-conducteur, commandé par le niveau de la charge, synchronise le courant d’entrée (du réseau) de 50 Hz absorbé, avec une fréquence de commutation élevée (p. ex. 20 kHz), en association avec la bobine d’accumulation. Celui-ci est « modulé » en synchronisation avec la relation de phase de la tension d’entrée (du réseau) de manière à obtenir un facteur de puissance quasi égale à 1.

Un circuit de protection pour 4 700 µF (deuxième valeur de norme la plus élevée) permet d’obtenir ici une protection contre les microcoupures du niveau souhaité.

Remarque :

1. Si le circuit de protection est ajouté ultérieurement, un test doit être réalisé afin de déterminer si le redresseur (dans l’alimentation en courant continu existante) peut fournir l’énergie nécessaire supplémentaire sans aucune difficulté au moment du démarrage.

2. En cas d’alimentations en courant continu puissantes, il suffit souvent d’équiper la pièce sensible du système de commande (à faible consommation) d’un condensateur de charge supplémentaire via une diode de découplage.

Le circuit de protection avec condensateur de charge supplémentaire a également une influence positive sur l’ondulation. Cependant, dans la plupart des applications, l’avantage d’un faible taux d’ondulation s’avère bien moins important que les avantages d’une protection contre les microcoupures.

La puissance assignée (réf. : VDE 0570, EN 61558, IEC 61558) est le produit de la tension de sortie assignée par le courant de sortie assigné ou, en cas de transformateurs polyphasés, le produit multiplié par √n, où n est le nombre total de phases.
Remarque : Si des transformateurs monophasés (p. ex. transformateurs de commande) sont connectés à deux phases d’un réseau triphasé, le nombre de phases doit être défini sur 1 pour la puissance assignée du transformateur.
Si le transformateur est équipé de plusieurs enroulements secondaires ou d’un enroulement secondaire avec prises, la puissance assignée correspond à la somme des produits de la tension de sortie assignée par le courant de sortie assigné de tous les circuits pouvant être chargés simultanément.

La puissance de sortie à vide est la puissance d’entrée (effective) du transformateur non chargé à la tension d’entrée assignée et à la fréquence assignée. Cette puissance entraîne un échauffement du transformateur non chargé en raison du processus de magnétisation du noyau.

La puissance du noyau est la puissance assignée à une forme de construction ou taille de structure particulière, avec la spécification de caractéristiques de fonctionnement ou construction particulières.

Les caractéristiques de fonctionnement peuvent inclure par exemple :

•  Classe de matériaux isolants : E
•  Température ambiante assignée : 40 °C
•  Fréquence assignée : 50 Hz
•  Facteur maximal de tension de sortie à vide : 1,10

Les caractéristiques de construction peuvent inclure par exemple :

•  Type de protection : IP 54
•  Système d’isolation
•  Besoin accru d’espace pour le bobinage
•  Spécification d’un type de noyau particulier

La puissance du noyau requise de l’autotransformateur s’élève donc à seulement 652 VA.

Les alimentations à découpage conventionnelles limitent généralement le courant à 1,1 fois le courant de sortie nominal. L’utilisation de telles alimentations entraîne de graves problèmes dès que des charges au démarrage difficile sont enclenchées car ces dernières sont incapables de fournir un courant suffisant à cet effet. La série PowerVision offre des réserves de puissance capables de fournir le double de courant, à tension constante, pendant au moins 4 secondes. Ceci permet de garantir un fonctionnement fiable et supprime le besoin d’un surdimensionnement onéreux des alimentations à découpage.

Les transformateurs sont classés selon leur type de résistance aux courts-circuits (réf. : VDE 0570, EN 61558, IEC 61558).

Un transformateur résistant aux courts-circuits est un transformateur pour lequel la température ne dépasse par les valeurs limites établies lorsque celui-ci est surchargé ou court-circuité. Suite à l’élimination de la surcharge ou du court-circuit, le transformateur continue de satisfaire à l’ensemble des exigences de la norme mentionnée ci-dessus.

• Un transformateur avec résistance absolue aux courts-circuits est un transformateur résistant aux courts-circuits qui n’est équipé d’aucun dispositif de protection et pour lequel la température n’excède par les valeurs limites de température établies en cas de surcharge ou de mise en court-circuit. Suite à l’élimination de la surcharge ou du court-circuit, celui-ci peut toujours être utilisé. Remarque : pour des raisons physiques, ce type de transformateur permet uniquement des constructions avec faibles niveaux de puissance assignée, pouvant atteindre env. 4 VA maximum. Dans ce cadre, le facteur de tension à vide peut être de 2,00 maximum. La forme de la courbe de la tension de sortie peut différer de la forme sinusoïdale. Les transformateurs avec résistance absolue aux courts-circuits ne doivent pas être obligatoirement résistants aux courts-circuits en permanence.
• Un transformateur avec résistance conditionnelle aux courts-circuits est un transformateur résistant aux courts-circuits qui est équipé d’un dispositif de protection intégré et qui ouvre le circuit électrique ou limite le courant au circuit d’entrée ou de sortie lorsque le transformateur est surchargé ou court-circuité. Remarque : parmi les dispositifs de protection utilisés figurent les fusibles, les déclencheurs de surcharge, les protecteurs thermiques, les régulateurs de température à réinitialisation automatique ou manuelle, les résistances à coefficient de température positive et les commutateurs de protection à déclenchement mécanique automatique.

Un transformateur non-résistant aux courts-circuits est un transformateur destiné à être protégé contre des températures excessives au moyen d’un dispositif de protection qui n’est pas intégré dans le transformateur.

Remarque : sauf disposition contraire convenue avec le client, le client est responsable de la mise en œuvre des mesures permettant de protéger le transformateur.

Les résistances de décharge intégrées dans un filtre aident à l’abaissement de la tension des condensateurs chargés. Dans les 5 secondes suivant la coupure de la tension d’alimentation, les condensateurs doivent être chargés à une tension inférieure à 60 V afin de prévenir tout risque d’électrocution.

Le niveau de la résistance d’isolement nous renseigne sur la capacité d’isolation du système d’isolation électrique. Pour les transformateurs de séparation et de sécurité avec double isolation ou isolation renforcée (réf. : VDE 0570/EN 61558/IEC 61558), des valeurs limites minimales comprises entre 2 MΩ et 7 MΩ s’appliquent. Concernant le dispositif de mesure utilisé pour la détermination de la résistance d’isolement, une procédure identique à celle utilisée pour le courant de fuite peut être mise en œuvre, à la seule et unique différence qu’une tension continue d’essai de 500 VDC doit être définie. La résistance d’isolement est donc calculée comme suit : R = U/I

La surtempérature est la température qui est créée dans le transformateur par suite de surchauffe dans les conditions de fonctionnement établies du transformateur. La surtempérature maximale autorisée est calculée à partir de la différence entre une température assignée à une classe de matériau isolant et la température ambiante assignée du transformateur. Selon la classe du matériau isolant, la surtempérature possible doit être également réduite pour les points chauds.

Exemple : Classe de matériau isolant E (120 °C), point chaud 5 °C, température ambiante assignée 40 °C

ΔT = 120 °C - 5 °C - 40 °C = 75 °C

Un système d’isolation électrique (EIS) est un dispositif isolant composé d’un ou plusieurs matériaux isolants (matériaux électro-isolants), lequel est installé dans un équipement électrique en association avec les pièces conductrices correspondantes (réf. : VDE 0302 Teil 1/EN 60505/IEC 60505 ­ ainsi que VDE 0302 Teil 11/EN 61857-1/IEC 61857-1). On détermine, sous des contraintes thermiques, si la combinaison de matériaux isolants convient pour le fonctionnement dans la classe de matériaux isolants correspondante.

La température ambiante assignée est la température ambiante maximale à laquelle un équipement électrique, un dispositif électrique ou un composant (p. ex. transformateur, inductance, filtre) peut fonctionner de manière continue dans des conditions normales de fonctionnement. Il s’agit de la température de l’air dans l’environnement immédiat. Les valeurs électriques sont souvent définies en fonction de la température ambiante assignée et peuvent donc varier en cas de températures différentes ! Une attention particulière doit être portée au montage de composants dans des logements dotés d’un indice de protection élevé. Un refroidissement insuffisant peut donner lieu à des températures élevées non autorisées dans le logement. Le cas échéant, la durée de vie estimée du composant peut s’en voir diminuer (voir « Classe de matériaux isolants »).
La température ambiante assignée est indiquée sous forme abrégée (réf. : VDE* 0570, EN 61558, IEC 61558).

Exemple :
ta = 25 °C ou ta = 40 °C

Sauf disposition contraire convenue avec le client, la température ambiante assignée est définie sur 40 °C pour le montage de composants spécifiques et sur 25 °C pour des systèmes (de table) fonctionnant de manière autonome.

* Association d’ingénieurs électriciens allemands

Le temps de protection contre les microcoupures, également connu sous le terme « temps de maintien » (réf. : VDE 0557/EN 61204/IEC 61204), est la durée pendant laquelle une alimentation en courant continu régulée est encore capable de fournir le courant continu de sortie assigné alors que la tension d’entrée (du réseau) a été coupée. La tension continue de sortie assignée demeure alors au sein de la tolérance assignée, et la tension d’entrée (du réseau) avait, avant la coupure, la valeur minimale assignée (sous-tension du réseau) avec + 10 %.

Le temps de protection contre les microcoupures peut être facilement augmenté lorsque le condensateur de charge du circuit intermédiaire de l’alimentation en courant continu régulée (voir p. ex. schéma électrique « Alimentations en courant continu à synchronisation primaire ») présente une capacité élevée et est ainsi capable de stocker une grande quantité d’énergie. En principe, le condensateur de charge, monté en parallèle à la sortie d’une alimentation en courant continu régulée, peut voir sa taille agrandie de manière à obtenir un temps de protection contre les microcoupures plus long. Cependant, cet agrandissement peut entraîner des effets indésirables sur les propriétés de réglage du circuit. Par ailleurs, seule une lente augmentation de la tension continue de sortie pourrait être obtenue suite au démarrage, selon le concept de limitation de courant électronique choisi.

En général, les temps réalisables pour une protection contre les microcoupures varient entre 3 et 10 ms, et peuvent même atteindre 20 ms en cas de surcroît de dépenses. En règle générale, l’utilisation d’une ASI (alimentation sans interruption) s’avère nécessaire pour obtenir des temps de protection plus longs (p. ex. pour protéger des sauvegardes de données sur des supports de stockage).

La tension d’entrée assignée (réf. : VDE 0570, EN 61558, IEC 61558) est la tension d’alimentation (ou la tension entre les phases en cas de systèmes polyphasés) que le fabricant a assignée au transformateur dans les conditions d’utilisation définies.

En cas de connexion du transformateur à une tension d’entrée assignée, en présence de la fréquence assignée et d’une charge avec une impédance (qui, à la tension de sortie assignée et à l’aide du facteur de puissance assigné pour un courant alternatif, génère la puissance assignée), la tension de sortie ne peut pas différer de sa valeur assignée de plus de :

• 10 % pour la tension de sortie de transformateurs strictement stables en court-circuit avec une tension de sortie assignée,
• 10 % pour la tension de sortie maximale de transformateurs strictement stables en court-circuit avec plusieurs tensions de sortie assignées,
• 15 % pour les autres tensions de sortie de transformateurs strictement stables en court-circuit avec plusieurs tensions de sortie assignées,
•  5 % pour les tensions de sortie d’autres transformateurs.

Les valeurs proportionnelles répertoriées ci-dessus augmentent de 5 % en cas de transformateurs avec redresseurs.

La mesure est effectuée à chaud (régime permanent) et, sauf disposition contraire convenue avec le client, à la température ambiante assignée et à l’impédance (de sortie) assignée pour lesquelles le facteur de puissance assigné est égal à 1.

Pour les transformateurs avec différents enroulements secondaires, chaque groupe d’enroulement est chargé de manière simultanée, sauf disposition     contraire convenue avec le client.

Pour les transformateurs équipés d’un redresseur, la tension de sortie est mesurée aux bornes du circuit à courant continu, à titre de valeur moyenne arithmétique, à l’aide d’un voltmètre, dans la mesure où la tension n’est pas expressément indiquée en tant que valeur effective.

 En cas de puissances (de sortie) assignées supérieures à 1 kVA, la tension de court-circuit (en pourcentage de la tension d’entrée assignée) est indiquée. La tension de court-circuit (%), la dérive (%), la régulation (%) et le facteur de tension à vide (facteur - 1,00 = %) peuvent être approximativement comparés les uns aux autres.

A = dérive
L = tension de sortie à vide
B = tension de sortie assignée
F = facteur
R = régulation

Les niveaux de disponibilité actuellement exigés pour les installations entraînent une croissance des investissements dans le secteur de l’automatisation industrielle, concernant les dispositifs de protection pour des circuits de charge de 24 V. Jusqu’à présent, il était impossible de fermer des branches de circuit défectueuses de manière sélective à l’aide de disjoncteurs traditionnels car le niveau élevé de courant de déclenchement exigé n’était pas disponible. Grâce ses alimentations à découpage stabilisées, BLOCK offre la possibilité de fournir un courant jusqu’à 60 A supérieur au courant nominal en cas de court-circuit. La protection de court-circuit et de ligne éprouvée apportée par des disjoncteurs bon marché peut être également utilisée avec des alimentations à découpage.

Un transformateur est un dispositif statique composé de deux ou plusieurs enroulements et qui, par induction électromagnétique, transforme un système à tension alternative et courant alternatif, généralement avec différentes valeurs mais à la même fréquence, à des fins de transmission d’énergie électrique (réf. : VDE 0570, IEV 421-01-01).

Exigences

Les différences de conception entre les transformateurs sont généralement déterminées par leur but d’utilisation. Les exigences correspondantes sont définies dans les normes relatives aux installations et aux dispositifs (p. ex. VDE 0100, VDE 0113/EN 60204/IEC 60204, VDE 0700/EN 60335/IEC 60335, VDE 0805/EN 60950/IEC 60950) ainsi que dans les normes relatives aux transformateurs (p. ex. VDE 0570/EN 61558/IEC 61558).

Un critère de sélection important est la construction de l’isolation entre les circuits électriques d’entrée et de sortie :

Transformateurs avec double isolation ou isolation renforcée

• Transformateurs de sécurité (pour la mesure de protection « Très basse tension de sécurité »)
• Transformateurs de séparation (pour la mesure de protection « Séparation de protection »)

Transformateurs avec isolation basique

• Transformateurs de commande (pour la mesure de protection « Mise à la masse »)
• Transformateurs de réseau avec enroulements séparés, général

Transformateurs sans isolation (aucune isolation galvanique) entre les circuits d’entrée et de sortie

•  Autotransformateurs

Normes

Sauf disposition contraire convenue avec le client, nous fabriquons nos produits selon l’état le plus récent de la technique et conformément aux normes suivantes :

VDE 0570 : Sécurité des transformateurs, alimentations et analogues  EN 61558, IEC 61558 : Sécurité des transformateurs, alimentations et analogues.