DS0603 - Mobilité durable et systèmes de transport

Développement Multipolaire en Harmoniques appliqué à la modélisation de source complexe en CEM – PolHar-CEM

Caractérisation de source de perturbation rayonnée et étude de l'interaction entre sources, pour des applications de Compatibilité ElectroMagnétique.

Tout nouveau prototype doit répondre à des normes CEM qui sont évaluées via des mesures. La non conformité engendre l'ajout de filtre rendant le système plus encombrant et moins optimal, ou la réalisation d'un second prototype. Ceci impacte sur les coûts et temps de production. L'idée est de prendre en compte les problématiques de CEM lors de la conception. Pour cela on développe des modèles prédictifs. Ici on se focalise sur les interactions rayonnées et la modélisation de ce rayonnement.

Modélisation du rayonnement en champ proche de source pour le développement de méthode prédictive incluant la CEM lors dudéveloppement de prototype.

La problématique porte sur la modélisation prédictive des problématiques de CEM, notamment dans le domaine des transports. Dans ce projets on s'intéresse au problématique de couplage intra et inter système à travers la mesure et la modélisation en développement multipolaire du rayonnement en champ proche de composant ou système. Ces couplages sont matérialisés au travers d'une inductance mutuelle que l'on ajoute au modèle circuit. Une fois le rayonnement d'un composant ou système caractérisé, on a la possibilité de prédire sont couplage avec d'autre composant ou système quelque soit la configuration envisagé ce qui permettra de faire de l'optimisation de système de façon prédictive, vis-à-vis des problématique CEM. Cela permettra de contribuer à la mise en place de méthode prédictive visant à intégrer les problèmes de CEM dès la phase de conception d'un système, ce qui permettrait de réduire les temps et coûts de développement de nouveau prototype.

Le développement d'un banc de mesure automatisé du champ proche magnétique va permettre de caractériser le rayonnement de composant et système dans le but de prendre en compte les phénomènes de couplage rayonné. Une optimisation de la taille du capteur en fonction du bruit, de la dynamique des appareils de mesures et des incertitudes de positionnement permet d'obtenir le meilleur compromis entre information et incertitude de mesures. Des techniques de propagation d'incertitude dans les modèle va permettre de prendre en compte et de mettre en valeur l'impact des incertitude de mesure et de valeur des composant sur le rayonnement et les phénomènes de couplage. Le développement d'outil mathématique basé sur les développement multipolaire harmonique avec différentes géométries, vont permettre d'augmenter le domaine de validité de la méthode et donc permettre de traiter un maximum de cas configuration réelles. L'étude de l'impact de la présence d'induit et/ou matériau ferromagnétique à permis de montrer le faible impact sur les phénomène de couplage rayonné ce qui permet d'étendre le domaine applicatifs de ces travaux.

Le banc de mesure réalisé ainsi que les méthodes de modélisation du rayonnement en champ proche peuvent être utilisés dans le cadre de la Compatibilité ElectroMagnétique (CEM) dans un but de simulation prédictive des perturbations rayonnées en champ proche par des systèmes ou sous-systèmes, principalement l'électronique de puissance et les filtres.
Ces travaux devraient permettre d'optimiser des filtres CEM en ajoutant la connaissance des couplages entre composant, au travers l'ajout de mutuelle inductance dans les modèle qui dépend de la distance entre objet et de leur orientation. Ceci permettra de choisir la disposition des composant dans le filtre en optimisant ces performances.

L'automatisation du banc est la première étape pour la réalisation de mesure et de la validation des développements théoriques. Suivra la création de bibliothèque de composant incluant des loi de probabilité permettant d'inclure les incertitudes sur les composants et les mesures. L'ajout de ces bibliothèque dans des logiciels circuits permettra d'optimiser la conception de carte électronique ou système plus complexe en incluant les phénomènes de couplages rayonné. Cela permettra en parallèle des travaux fait sur la CEM conduite d'aboutir à une modélisation prédictive des problématique de CEM inclut dans les logiciels de conception, évitant ainsi l'échec lors du passage des normes et l'ajout de filtre à postériori dégradant les performance ou le développement d'un second prototype.

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L'évolution des techniques de conversion statique de l'énergie électrique et des matériaux mis en œuvre, et la cohabitation fréquente d'électroniques à différents niveaux de puissances en particulier dans les transports, conduit à une généralisation des problèmes liés à la compatibilité électromagnétique (CEM). Dans ce contexte, ce projet s'inscrit dans les efforts faits pour permettre une prise en compte de cette problématique en amont, dès le début de la conception des systèmes. Cela nécessite le développement de modèles simples du rayonnement parasite en champ proche de systèmes ou éléments de systèmes, permettant le calcul des coefficients d'influence (inductances mutuelles) nécessaires pour la prise en compte des interactions avec les techniques « réseau » habituellement utilisées en conception.
Le Laboratoire Ampère a acquis avec d'autres partenaires universitaires (le G2ELab en particulier) une bonne expérience depuis 2008 sur les développements multipolaires basés sur des Harmoniques Sphériques (HS). Dans ce projet, nous proposons d'une part de reprendre cette approche pour la conduire à maturité, d'autre part de l'étendre à d'autres types d'harmoniques (sphéroïdales ou cylindriques) plus adaptées aux formes géométriques des éléments ou systèmes utilisés en pratique, ce qui nécessite une série de développements nouveaux, tant théoriques qu'expérimentaux.
Des bancs de mesure adaptés aux représentations sphéroïdales et cylindriques seront réalisés pour identifier le rayonnement de systèmes test. Ces représentations du rayonnement permettront de modéliser les interactions intra- et inter- systèmes par couplages magnétiques de manière compatible avec les traditionnels modèles de circuit. La méthodologie générique nécessaire sera mise en place et testée.

Coordinateur du projet

Monsieur ARNAUD BREARD (LABORATOIRE AMPERE)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

AMPERE LABORATOIRE AMPERE

Aide de l'ANR 196 464 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2014 - 42 Mois

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