Partie réelle de l'impédance négative sur un circuit passif

[Antoane]

Bonjour,

J'ai fait des mesures d'impédance sur une machine synchrone à aimants permanents (PMSM) : je connecte au "+" de mon analyseur d'impédance la phase A du moteur, tandis que les phases B et C sont reliées au "-" du moteur.
Le "-" de l'analyseur d'impédance est (virtuellement) relié à la terre, de même que le chassis de la PMSM (dont les enroulements sont couplés capacitivement au chassis du moteur).
https://www.keysight.com/de/de/produ...html#Resources

Un schéma simpliste du montage :
fs_CM_setUp.PNG

Voici mes résultats de mesure :
fs_CM_kein_Xformer.PNG
C'est la transition de 90° à -90° à 250 kHz qui m'interpelle: la partie réelle de l'impédance passe par des valeurs négatives. Je comprend que c'est du à la boucle de masse créée par la connection de terre puisqu'en ajoutant un transformateur d'isolation en amont de l'analyseur d'impédance les mesures prennent une allure plus raisonnable :
fs_CM_mitt_Xformer.PNG

Cependant, je ne trouve pas d'explication physique à ce résultat de mesure (qui semble répétable).
Quelqu'un -t-il une idée de comment cela pourrait se comprendre ?

Merci d'avance

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[gienas]

Bonsoir Antoane et tout le groupe

... Cependant, je ne trouve pas d'explication physique à ce résultat de mesure (qui semble répétable).
Quelqu'un -t-il une idée de comment cela pourrait se comprendre? ...

Moi non plus, bien sûr, je n’ai pas d’explication toute faite, pourtant, je m’interroge.

D’abord, pourquoi shunter deux phases, qui, forcément, sont couplées à la troisième, et, même si leur spectre est très éloigné de 250 kHz, a quand-même une influence.

Que devient ton relevé si tu débranches ce court circuit, et que tu fais deux relevés, une fois sur l’un, une fois sur l’autre?

Ce n’est pas tout. Le rotor (fixe pour l’essai) comporte un certain nombre de ”crans” (de points d’arrêts) au tour. Qu’arrive-t-il si tu décales ton point de mesure en occupant un autre point d’arrêt? Il y a peut-être une progression des courbes fonction de ces points d’arrêt.

[Antoane]

Bonjour Gienas,

C'est dans le cadre d'une étude simili-CEM, ce montage avec deux phases en CC est typique pour caractériser le modèle équivalent de la machine en mode différentiel.
Pour ce qui est de la variation de l'impédance avec la position du rotor : je n'y avais pas pensé et jetterai un œil demain ; ca ne résoudra probablement pas le problème, mais c'est intéressant

Merci pour ta réponse

[Vincent PETIT]

Bonsoir,
Tu n'aurais pas une photo du setup de test ? Le fait que tu ais supprimé cette resonnance en ajoutant un transfo d'isolement cache peut être un autre couplage entre les câbles et la masse physique.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Vincent PETIT]

Re, je pense qu'une chose qui peut expliquer cette anomalie, d'une partie réelle négative, est un couplage capacitif peut être lié au setup de test lui même qui a créé cette résonance :



J'aurai tendance a incriminer les câbles ou l'absence d'une grand plan de masse sur lequel devrait se passer le test (comme sur les tables en CEM)

[Antoane]

Bonjour,

merci pour tes réponses Vincent.

J'ai oublié de prendre une photo du banc, mais c'est simplement un banc PMSM/frein magnétique sur un gros socle acier relié à la terre, la PMSM étant reliée au Z-analyseur par ses trois câbles tressés de ~5 m de long. Bref : rien de très propre, ni s'approchant le moins du monde d'un montage normatif
Par contre, qu'il y ait des résonances parasites additionnelles ne me parait pas étonnant, effectivement, mais je ne vois pas comment un tel couplage peut expliquer ce passage par Re(Z) < 0.

Pour ce qui est de la variation de l'impédance avec la position du rotor : je n'y avais pas pensé et jetterai un œil demain ; ca ne résoudra probablement pas le problème, mais c'est intéressant

J'ai fait la mesure : seule l'inductance de phase, dominante en deça de ~100 kHz varie, faiblement, avec la position du rotor.

[Vincent PETIT]

Je me demande si ce n'est pas un artefact (lié aux couplages) ? Si c'est le cas le cas l'instrument montre quelque chose qui n'existe pas.

C'est repétable même en raccourcissant les câbles ? Et si tu approches un fil de masse des câbles ?

[Patrick_91]

Bonjour,

Re, je pense qu'une chose qui peut expliquer cette anomalie, d'une partie réelle négative, est un couplage capacitif peut être lié au setup de test lui même qui a créé cette résonance :

En tout état de cause c'est une erreur de mesure bien sur.
Avant de faire une mesure (je ne connais pas l'analyseur d'impédance utilisé mais ils sont tous du même bois) il faut au préalable faire une calibration du système avec son setup de mesure , afin de l'éliminer autant que possible des résultats de mesure.
Tous ces instruments affichent parfois des valeurs de parties réelles négative , mais si la CAL est bien réalisée, cela reste de faibles valeurs (négligeables).
La plupart du temps la CAL se fait sur des standards : short, open une charge connue sur un "test fixture" le meilleur possible ... (le moins perturbant possible).
A PLUS

[Qristoff]

Bonsoir Antoane,
connais tu les valeurs de L et R par phase (et non pas phase à phase) de ce moteur afin d'évaluer les points de fréquence de résonnance ?
Il faut peut être aussi tenir compte de l'inductance mutuelle qui est négative sur un PMSM. As-tu essayer de faire une simulation ?
Pour la variation d'inductance en fonction de l'angle du rotor, cela va dépendre du nombre de pôles du moteur.

[Patrick_91]

hello,
Qui dit résonance dit RLC pas seulement L et R ... de toute façon un simulateur ne donnera pas non plus de partie réelle négative ...
C'est forcément un problème de mesure ..
A plus

[Antoane]

Bonjour,

Merci à tous pour vos retours !

C'est repétable même en raccourcissant les câbles ?

Je ne peux pas raccourcir les câbles entre la machine et l'instrument, mais les déplacer ou les enrouler ne fait que modifier (légèrement) les fréquences de résonance.

Et si tu approches un fil de masse des câbles ?

J'ai créé une boucle de masse en connectant le blindage de l'un des fils à la masse de l'instrument et au chassis de la machine (cf. PJ). Cela modifie la fréquence et le coefficient de qualité de la première résonance et fait apparaitre une nouvelle à 1 MHz qui présente ce passage par Re(Z)<0.
fs_CM_setUp_shielded.PNG

Avant de faire une mesure (je ne connais pas l'analyseur d'impédance utilisé mais ils sont tous du même bois) il faut au préalable faire une calibration du système avec son setup de mesure , afin de l'éliminer autant que possible des résultats de mesure.

Une compensation SO a été faite en sortie de la fixture (bien que ce ne soit pas nécessaire avec cet instrument, en particulier car la fixture est un tiroir 16047e https://www.keysight.com/de/de/produ...t-fixture.html). La compensation Load n'est pas nécessaire en deçà de 15 MHz, et pas indispensable au delà.

Tous ces instruments affichent parfois des valeurs de parties réelles négative , mais si la CAL est bien réalisée, cela reste de faibles valeurs (négligeables).

Je doute que ce soit une question de calibration ou d'impédance résiduelle sous/sur compensée : la "résistance négative" est non-négligeable, voire très grande (en valeur absolue) que ce soit comparée :
- à la partie imaginaire de l'impédance,
- ou aux valeurs de résistances résiduelles résultant d'une mauvaise compensation.
fs_CM_ReIm.PNG

Connais tu les valeurs de L et R par phase (et non pas phase à phase) de ce moteur afin d'évaluer les points de fréquence de résonnance ?

De l'impédance BF on peut déduire : environ 180 µH et 60 mOhm.

Je me demande si ce n'est pas un artefact (lié aux couplages) ? Si c'est le cas le cas l'instrument montre quelque chose qui n'existe pas.

Le problème est que je ne vois pas comment "simple" un couplage peut apporter cela : pour mesurer une résistance négative, il me semble indispensable qu'il y ait une source d'énergie externe.
Ou alors il s'agit d'une somme de déphasage ou, vu autrement, d'un retard ? comme dans le cas d'une ligne de transmission ?

Merci encore pour votre intérêt !

[Qristoff]

De l'impédance BF on peut déduire : environ 180 µH et 60 mOhm.

je ne sais pas ce qu'est ce moteur mais ces valeurs sont très atypiques. même un petit moteur BLDC a une self autour d'un mH et une résistance de 1 ou 2 Ohms !

[Antoane]

C'est une machine de laboratoire, une multi-kW PMSM haute vitesse.