Qu’est-ce que le bruit électrique ?
Le bruit électrique se produit lorsque les signaux électriques produisent des effets indésirables dans les circuits électroniques du système de régulation. Le terme bruit “” électrique provenait de radios AM lorsque le “bruit” extérieur entendu dans l’enceinte était causé par la foudre ou d’autres sources d’arc électrique.
Le bruit électrique et ses effets sur les régulateurs sont très difficiles à définir, et encore moins donnent des règles précises sur la manière de prévenir. La sensibilité au bruit est un facteur dans les conceptions de régulateur électronique plus récentes. Cependant, la majorité des problèmes de bruit proviennent de pratiques et de techniques de câblage brutes qui permettent le “couplage” ou le transfert de bruit électrique dans le circuit de régulation.
Quand est-ce un problème ?
Les problèmes résultant d’un environnement électriquement bruyant sont difficiles à prévoir. L’un des symptômes courants est un système erratique, sans preuve d’un problème apparaissant de manière cohérente. Pire encore, le système peut présenter plusieurs symptômes différents tels que des indicateurs numériques fluctuants, des indicateurs numériques masqués, une instabilité de contrôle sur le point de consigne et l’activation ou la désactivation inattendue des sorties. Un autre signal d’“alarme” causé par le bruit électrique est lorsque les limites haute ou basse se déclenchent sans condition de défaut de limite.
Pourquoi la sensibilité au bruit électrique est-elle un problème ?
La précision avec laquelle un régulateur peut différencier les signaux système souhaités du bruit électrique est un bon indicateur de sa sensibilité au bruit. En général, les régulateurs haute puissance, tels que les relais mécaniques ou les relais à déplacement de mercure, ont une faible sensibilité au bruit. Cependant, les régulateurs d’alimentation qui utilisent une logique électronique, en particulier ceux qui utilisent des circuits intégrés, sont plus sensibles au bruit.
Le développement de tous les régulateurs électroniques à semi-conducteurs a amélioré la précision du contrôle et a étendu leurs capacités. Ces régulateurs sont plus complexes et fonctionnent à des niveaux de puissance très faibles, ce qui rend les bruits électriques plus susceptibles de les affecter.
D’où proviennent les parasites électriques ?
Notre monde industriel est rempli d’équipements capables de générer de nombreux types de bruits électriques. Une source de bruit typique est un équipement qui peut provoquer ou produire des changements d’amplitude très rapides ou importants de tension ou de courant lorsqu’il est activé et désactivé.
Sources de bruit :
- Contacteurs et contacts de relais fonctionnant à des charges inductives telles que moteurs, bobines, solénoïdes et relais
- Thyristors ou autres dispositifs semi-conducteurs qui ne sont pas déclenchés par rafale (appareils déclenchés aléatoirement ou à angle de phase)
- Toutes les machines de soudage
- Conducteurs de transport de courant lourd
- Lumières fluorescentes et néon
- Tensions thermiques entre des métaux différents qui influencent le signal d’entrée du thermocouple basse tension
- Tension chimique produite par l’action électrolytique entre les fils mal connectés et les câbles d’interconnexion
- Bruit thermique dû à l’augmentation des températures ambiantes autour de l’électronique du circuit
Un bruit peut également être introduit si le circuit de contrôle inclut l’option d’une sortie de relais mécanique et est utilisé pour commuter les courants de charge élevés sur deux ou trois ampères. Cela représente une source significative de bruit, y compris le bruit inductif de la bobine et l’arc de contact, en fonction de la quantité d’alimentation apportée à l’intérieur du régulateur.
Comment le bruit électrique entre-t-il ?
Les circuits de contrôle doivent être pris en compte en termes de système complet dans un environnement électriquement bruyant. Les lignes d’entrée et de sortie d’alimentation du capteur, ainsi que la ligne de source d’alimentation, ont toutes le potentiel de coupler ou de relier le circuit de contrôle à une source de bruit.
Selon le type de bruit électrique et son intensité, le bruit peut être couplé à d’autres équipements par l’une des quatre méthodes suivantes :
1. Couplage d’impédance commun
Le couplage d’impédance commune se produit lorsque deux circuits partagent un conducteur commun ou des impédances communes (même des sources d’alimentation communes). Ce type de couplage se produit souvent dans les installations qui ont un long fil commun neutre ou de terre. Par exemple, cinq contacts de relais actionnant cinq solénoïdes distincts où la commutation fonctionne en fonction. Les lignes de retour de tous les solénoïdes sont connectées ensemble et reviennent à la source d’alimentation avec un conducteur.
Cet exemple de couplage d’impédance a tendance à induire du bruit dans les circuits qui n’ont pas de bruit, ou à amplifier le bruit d’un ou plusieurs des circuits partageant la ligne commune. La meilleure façon d’éviter ce type de couplage est d’éliminer la ligne commune et d’utiliser des fils indépendants pour chaque circuit de retour.
Un autre problème de bruit associé au couplage d’impédance commun est une boucle de terre. Les boucles de terre se produisent lorsqu’il existe plusieurs chemins pour les courants de terre. Non seulement les lignes de retour du solénoïde doivent fonctionner comme des conducteurs indépendants au même point de potentiel électrique, mais elles doivent également être terminées au même point physique.
De la même manière, les lignes de terre de sécurité doivent être renvoyées au même point électrique et physique. La terre de sécurité (masse du châssis) ne doit jamais transporter de courant de retour.
2. Accouplement inductif magnétique
Le couplage magnétique (inductif) apparaît généralement là où des fils circulent parallèlement ou à proximité les uns des autres. Cela se produit lorsque les fils de plusieurs circuits différents sont regroupés ensemble afin que le câblage du système apparaisse net. Cependant, sans une séparation et un blindage corrects des fils, le couplage magnétique introduira de graves problèmes de bruit dans les circuits sensibles (niveau basse tension).
La meilleure façon d’éliminer le couplage magnétique (inductif) est de faire passer les fils de circuits séparés en faisceaux séparés, en prenant soin de maintenir les fils c.a. (niveau haute tension) séparés des fils c.c. (niveau basse tension). Si c’est possible, utiliser des fils à paires torsadées et des câbles de blindage (avec terminaison du blindage à l’extrémité du régulateur uniquement) pour réduire le couplage magnétique du bruit.
3. Accouplement électrostatique (capacitif)
Le couplage électrostatique (capacitif) apparaît lorsque les fils sont parallèles les uns aux autres, comme le couplage magnétique. C’est là que les similitudes se terminent. Le couplage électrostatique ou capacitif est une fonction de la distance entre les fils parallèles, la distance entre les fils et le diamètre du fil. Le moyen le plus efficace de réduire le couplage électrostatique (capacitif) est de protéger correctement les fils. Encore une fois, la séparation des fils transportant des signaux c.a. (niveau haute tension) et ceux transportant des signaux c.c. (niveau basse tension) réduira efficacement le bruit dans les circuits sensibles.
4. Accouplement électromagnétique (radiation)
Le couplage électromagnétique (radiation) se produit lorsque le circuit de contrôle est très proche d’une source d’énergie élevée capable d’induction magnétique ou électrostatique d’une tension. Les sources courantes de tels rayonnements sont les tours de radiodiffusion ou de télévision.
Dans les applications industrielles, il n’est pas inhabituel que les interférences de fréquence radio soient couplées dans des circuits de mesure ou de communication sensibles lorsque le câblage se trouve à proximité de sources RFI telles que des contacteurs d’alimentation. D’autres sources potentielles de RFI incluent les relais mécaniques subissant des arcs électriques lors de la commutation, les régulateurs d’alimentation à thyristors lorsqu’ils sont utilisés avec la méthode d’allumage à angle de phase, les moteurs et bien plus encore. Il est également difficile de l’éliminer s’il est présent, car le blindage doit être terminé à 100 %.
Remarque : une attention particulière doit être accordée à la ligne d’alimentation c.a. car elle est une source de types inhabituels de problèmes liés au bruit dans les circuits de régulation. Les phénomènes tels que les lignes d’alimentation non équilibrées, les baisses de tension, les surtensions, la foudre et toute autre alimentation “parasité”e peuvent entraîner des fluctuations de la ligne d’alimentation secteur et une chute momentanée en dessous des spécifications de fonctionnement de l’entrée secteur vers le circuit de régulation.
Lorsque le type de bruit sur la ligne d’alimentation c.a. peut être identifié comme un bruit purement électrique et qu’il n’entraîne pas de chute du niveau de tension de ligne, des dispositifs de filtrage de ligne peuvent être achetés pour résoudre les problèmes. Cependant, si les surtensions, les baisses de tension, la taille de fil inadéquate, etc., provoquent une chute de la tension secteur en dessous des niveaux recommandés par le fabricant du circuit de régulation, la seule solution consiste à corriger la taille du câblage ou la distribution de la tension.
Façons d’éviter le bruit électrique
- S’assurer que l’instrumentation est correctement mise à la terre conformément aux instructions’du fabricant
- Assurez-vous que les mises à la terre sont correctes
- Acheminer les signaux de détection et de communication basse tension séparément du câblage d’alimentation c.a.
- Utilisez des relais statiques (SSR) au lieu de relais électromécaniques ou montez des relais éloignés des instruments sensibles