Brevet FR2542131A1 — publié le 19840907

La présente invention concerne un transformateur de mesure de courant avec un conducteur plat qui comporte au moins deux circuits série pour le courant à mesurer et au moins un circuit dérivé reliant deux points de circuits série à potentiel différent, et avec un noyau magnétique traversé par le circuit dérivé et parcouru par une fraction du courant à mesurer, qui produit une force magnétomotrice dans le noyau magnétique et dépend de la différence de potentiel entre les deux points. Un tel transformateur de mesure est décrit dans le brevet des Etats-Unis no 4 240 059. L'invention a pour objet un transformateur de mesure du type précité, 'caractérisé par une précision de mesure élevée, une faible influence de la température, une production moindre de champs de dispersion et une erreur de phase réduite. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le con- ducteur plat est façonné et présente une arête de retournement ou de pliage suivant sa direction transversale, de façon que chaque circuit série ou partie d'un circuit série d'une branche du conducteur plat se trouve au-dessus d'un circuit série ou d'une partie de circuit série de la seconde branche, sensiblement en recouvrement et avec conduction du courant en sens inverse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous de quelques exemples de réalisation et des dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente un conducteur plat; la figure 2 est une vue éclatée d'un transformateur de mesure; la figure 3 représente le conducteur plat selon figure 1 après pliage; les figures 4 à 6 représentent diverses variantes de conducteur plat; et les figures 7 et 8 représentent diverses variantes d'un transforma- teur de mesure, dont le conducteur plat est usiné dans une pièce de métal sans pliage. Sur les figures i à 3, un conducteur plat i est constitué par une bande de t 8 le d'épaisseur constante et présente une plage de raccordement 2 ou 3 à chacune de ses extrémités longitudinales. Le courant I à mesurer pénètre dans le conducteur plat 1 par la plage 2 et en sort par la plage 3 Entre les plages 2, 3 du con- ducteur plat 1, des trous 4, 5 sont disposés successivement sui- vant la direction longitudinale du conducteur plat 1 et divisent ce dernier en deux circuits série 6, 7 et un circuit dérivé 8 Le circuit dérivé 8 relie, à la façon d'un pont électrique non équi- libré, deux points à potentiel différent des circuits série 6, 7, de sorte qu'il est parcouru par une fraction I 1 du courant à mesurer I, proportionnelle à ce dernier dans l'hypothèse d'une distribution de courant constante dans le conducteur plat 1. L'axe de symétrie longitudinale du circuit dérivé 8 coïncide avec une arête de retournement (arête de pliage) 9, qui divise le conducteur plat 1 en deux branches 10, 11 Ces dernières sont avan- tageusement réalisées avec au moins sensiblement la même forme. Elles diffèrent toutefois par un léger écart de forme, nécessaire pour la production d'un courant dans le circuit dérivé 8 Dans l'exemple représenté, le courant partiel I 1 dans le circuit dérivé 8 résulte d'un décalage latéral des plages 2, 3 La différence de potentiel nécessaire entre les deux extrémités du circuit dérivé 8 peut aussi être obtenue ou augmentée par d'autres moyens, tels qu'un enlèvement de matière sur un bord d'une des branches 10, 11, un léger décalage latéral relatif des trous 4, 5 ou la réalisation d'un trou 49 supplémentaire représenté en tireté sur la figure 1, par exemple dans la branche 10 Dans l'exemple des figures 1 et 2, les branches 10 et 11 sont symétriques à l'exception des plages 2 et 3 décalées latéralement. Selon les figures 2 et 3, le conducteur plat 1 est plié trans- versalement sur l'arête 9, c'est-à-dire rabattu de 180 pour prendre la forme d'un U Après le pliage, la première moitié du circuit série 6 ou 7 correspondant à la branche 10 se superpose avec recou- vrement à la seconde moitié du même circuit dérivé 6 ou 7 corres- pondant à la branche 11, le sens du courant étant opposé dans les moitiés superposées du circuit série Les trous 4, 5 sont également superposés après le pliage, alors que les plages 2, 3 sont décalées 3 2542131 latéralement Les deux branches 10, 11 sont isolées électriquement par une mince couche isolante 12 (figure 3) et sont en contact thermique intime Une branche 13 d'un circuit magnétique 14 fermé (figure 2) traverse les trous 4, 5, tandis que la seconde branche - 15 ferme le circuit magnétique en dehors du conducteur-plat 1. Dans l'exemple représenté, le transformateur -de mesure décrit fonctionne en transformateur d'intensité actif Pour ce faire, un enroulement détecteur 16, disposé sur le noyau magnétique 14, est relié à l'entrée d'un amplificateur 17 dont la sortie est connectée au montage en série d'un enroulement secondaire 18 et d'une charge 19. Le conducteur plat 1 constitue l'enroulement primaire du transformateur de mesure La force magnétomotrice primaire est déterminée par le courant partiel I qui circule dans le circuit dérivé 8 traversant le noyau magnétique 14 La compensation de la force magnétomotrice primaire s'effectue de façon connue par un courant i qui circule dans l'enroulement secondaire 18 et est com- mandé dans une boucle de régulation par l'amplificateur 17, de, façon que la tension induite dans l'enroulement détecteur 16 s'annule. Le pliage décrit du conducteur plat 1 produit'un contact ther- mique intime entre les deux branches 10, 11, ce qui garantit une compensation de température pratiquement parfaite et par suite une répartition de courant dans le conducteur plat 1 indépendante de l'intensité du courant à mesurer I, et assure une précision de mesure très élevée Le circuit série 6 et le circuit série 7 s'éten- dant sur les deux branches 10, 11 avec circulation du courant en sens inverse, on obtient un montage pratiquement sans induction-, une production très faible de champs de dispersion et par suite aussi une très faible erreur de phase. La figure 20 représente un conducteur plat 20, dont les parties identiques ou à même action que dans le cas de la figure 1 sont désignées par les mêmes références Les trous 4 et 5, les circuits série 6 et 7, et le circuit dérivé 8 sont disposés dans la branche 10 La branche 11 présente un trou 21 qui la divise en deux autres circuits série 22, 23 Les dimensions du trou 21 correspondent à l'enveloppe des trous 4, 5, de sorte qu'après le pliage du conduc- teur plat 20 suivant l'arête de pliage 9, lés trous 4, 5 et le circuit dérivé 8 qui leur correspond se trouvent en recouvrement au-dessus du trou 21 Après le pliage, le circuit série 6 se trouve en outre en recouvrement au-dessus du circuit série 22 et le circuit série 7 en recouvrement au-dessus du circuit série 23, le sens de circulation du courant étant opposé dans les circuits série superposés 6, 22 ou 7, 23 Le trou 4 est destiné à la branche 13 (figure 2) du noyau magnétique 14 et le trou 5 à la branche 15, tandis que le trou 21 est traversé par les deux branches 13, 15, de sorte que le courant partiel I 1 dans le circuit dérivé 8 déter- mine de nouveau la force magnétomotrice primaire du noyau magnétique 14. On voit facilement que le conducteur plat 20 produit les mêmes actions avantageuses que le conducteur plat 1 Les deux branches 13, du noyau magnétique 14 traversant le conducteur plat 20, on obtient en outre une disposition pratiquement symétrique et par suite une insensibilité poussée aux influences de champs perturba- teurs extérieurs. Le conducteur plat 24 selon figure 5 ne diffère du conducteur plat 20 que par une forme différente du trou 21, qui est désigné par 21 ' sur la figure 5 et réalisé de façon à produire-dans la branche 11 une bande conductrice 26 interrompue par un entrefer 25 étroit Après le pliage du conducteur plat 24, la bande conduc- trice 26 interrompue se situe en recouvrement au-dessous du circuit dérivé 8 et favorise le contact thermique optimal de ce dernier - avec les autres parties du conducteur plat 24. Lorsqu'elle n'est pas interrompue par un entrefer, la bande conductrice 26 forme un second circuit dérivé dans lequel circule' un second courant partiel produisant une force magnétomotrice dans le noyau magnétique 14 La figure 6 représente un exemple d'un tel conducteur plat. Le conducteur plat 27 selon figure 6 comporte quatre trous 28 à 29 circulaires, disposés successivement suivant son grand axe. Les trous 28 et 29 divisent la branche 10 en deux circuits série 6, 7 et un circuit dérivé 8; les trous 30 et 31 divisent la branche 11 en deux circuits série 22, 23 et un second circuit dérivé 32. Un autre trou 33 ou 34 plus petit dans la branche 10 ou 11 produit la différence de potentiel nécessaire entre les deux points des circuits série 6, 7 ou 22, 23 reliés par le circuit dérivé 8 ou 32. Après le pliage du conducteur plat 27, les trous 28, 29 se situent en recouvrement au-dessus des trous 31, 30 Le circuit dérivé 32 est parcouru par un courant partiel I 2, également proportionnel au courant I à mesurer Lorsqu'une branche du noyau magnétique 14 tra- verse la paire de trous 28, 31 et la seconde branche la paire de trous 29, 30, la somme I 1 + I 2 des deux courants partiels détermine la force magnétomotrice primaire. Pour la compensation de l'erreur angulaire, un étrier ferro- 4 = -'g^tique, isolé électriquement et non représenté, peut être enfiché sur le conducteur plat replié de façon à relier magnétiquement des points judicieusement choisis des circuits série 6 et 22 par exemple. La translation d'un tel étrier permet facilement un équilibrage fin de la phase. La forme du conducteur plat primaire replié peut aussi être obtenue directement par usinage d'une pièce de fonderie ou d'une pièce filée Cette solution convient particulièrement bien pour la production de transformateurs précis de mesure de courant de grande intensité, sur des machines outils automatiques. La figure 7 représente un exemple deréalisation simple d'un conducteur plat 35 ainsi produit Il est constitué par un parallélé- pipède métallique à bonne conduction électrique, qu'une fente 36 divise en deux branches conductrices 10 et 11, et dont la forme et le fonctionnement sont identiques à ceux du conducteur plat replié selon figure 6 Les deux branches 10 et 11 sont reliées par la couche d'isolation électrique 12 à bonne conduction thermique Les deux branches 10 et 11 sont toutefois superposées symétriquement par rapport à l'arête de retournement 9, afin d'améliorer la compen- sation thermique même entre les deux plages 2 et 3 Le raccordement s'effectue soit par enfichage des plages 2 et 3 dans une pièce femelle de forme appropriée, soit par vissage des conducteurs 38, 39 de préférence à l'aide d'un seul boulon 37, de sorte que les deux conducteurs 38 et 39 sont appliqués par la même pression sur les plages 2 et 3 Des douilles 40, 41 appropriées isolent électri- quement le boulon 37 des pièces parcourues par le courant. La couche isolante 12 à insérer dans la fente 36 est avanta- geusement constituée par une tôle d'aluminium anodisée double face. Une transmission thermique particulièrement bonne est ainsi garantie entre les branches 10 et 11. La fonction du conducteur plat 35 selon figure 7 est identique à,celle du conducteur plat replié mécaniquement selon figure 6. Dans cette disposition du conducteur plat 35 primaire, l'enroulement détecteur 13 et l'enroulement secondaire 18 entourent chacun par la moitié du nombre de spires les deux branches 13 et 15 du noyau magnétique 14 fermé Les enroulements 16 et 18 se trouvent dans les paires de trous superposés 28, 29 et 30, 31 des branches 10 et 11. Les relations de la force magnétomotrice dans le noyau magnétique 14 sont les mêmes que celles précédemment décrites pour le conduc- teur plat 27 replié selon figure 6. La figure 8 représente un autre exemple de conducteur plat 42 usiné dans une pièce de fonderie ou une pièce filée et dans lequel les branches 10 et 11 entourent les enroulements 16 et 18 disposés chacun pour moitié sur les branches 13, 15 du noyau magnétique 14, et une ouverture 43 parallèle à l'arête de retournement 9 est prévue pour le logement des enroulements 16 et 18 Cette disposition pré- sente l'avantage suivant: le champ magnétique est sensiblement réduit entre les branches 10 et 11, aux points de passage de la ou des branches 13, 15 du noyau magnétique 14, dont une saturation locale est ainsi pratiquement évitée La compensation thermique entre les branches 10 et 11 peut de nouveau être complétée par cou- lée dans l'ouverture 43 d'une masse isolante à bonne conduction thermique Contrairement au cas de l'exemple selon figure 7, les trous 28 à 31 de logement du noyau magnétique 14 sont rectangulaires. Des réductions de section 44 et 45 sont en outre prévues dans les branches 10 et 11 de ce montage, afin de rendre la distribution du 2 2542131 courant I à mesurer dans le conducteur plat 42 indépendante des variations des résistances de contact entre les conducteurs et les plages 2, 3, et par suite des distributions de courant et des températures différentes entre les plages 2 et 3. Une vis ferromagnétique 48 est en outre prévue pour l'équili- brage de l'angle de phase; en péné trant plus ou moins dans un trou 46 entre les branches 10 et 11 ou dans un trou 47 d'une des branches du conducteur plat 42, elle influencé la composante induc- tive de l'impédance d'une des bande conductrices traversant les branches du noyau magnétique 14, de façon qu 'il n'existe pratiquement aucune différence de phase entre la force magnétomotrice totale tra- versant le noyau magnétique 14 et le courant I à mesurer. Les conditions magnétiques peuvent encore toujours être plus favorables dans les transformateurs de mesure décrits, quand l'en- roulement détecteur 16 et l'enroulement secondaire 18 ne sont pas disposés sur les branches 13 et 15, mais chacun par moitié au-desus et au-dessous de la branche transversale du noyau magnétique 14. L'enroulement détecteur 16 peut être supprimé quand un capteur relié à l'entrée de l'amplificateur 17 détecte par exemple le champ magnétique dans un entrefer du noyau magnétique 14. Le transformateur de mesure décrit peut aussi être utilisé en transformateur à codage temporel suivant le principe du brevet suisse n' 618 043 Les pièces'16 à 19 sont alors supprimées, une force magnétomotrice de référence alternée est superposée par un enroulement de préaimantation à la force magnétomotrice primaire du noyau magnétique 14, et un capteur logé dans un entrefer de ce dernier détecte les instants de passage par zéro du champ magnétique résultant. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1 Transformateur de mesure de courant avec un conducteur plat, qui comporte au moins deux circuits série pour le courant à mesurer et au moins un circuit dérivé reliant deux points de deuxcircuits -série à potentiel différent, et avec un noyau magnétique traversé par le circuit dérivé et parcouru par une fraction du courant à mesurer, qui produit une force magnétomotrice dans le noyau magné- tique et dépend de la différence de potentiel entre les deux points, ledit transformateur étant caractérisé en ce que le conducteur plat ( 1; 20; 24; 27; 35; 42) est façonné et présente une arête de retour- nement ou de pliage ( 9) suivant sa direction transversale, de façon que chaque circuit série ( 6; 7) ou partie d'un circuit série ( 6; 7) d'une branche ( 10) du conducteur plat ( 1; 20; 24; 27; 35; 42) se trouve audessus d'un circuit série ( 22; 23) ou d'une partie de circuit série ( 6; 7) de la seconde branche ( 11),sensiblement en, recouvrement et avec circulation du courant en sens inverse. 2 Transformateur de mesure selon revendication 1, caractérisé en ce que les deux branches ( 10; 11) du conducteur plat ( 1; 20; 24; 27; ; 42) sont isolées électriquement et en contact thermique intime. 3 Transformateur de mesure selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le conducteur plat ( 1) présente une arête de retournement ou de pliage ( 9) suivant l'axe de symétrie longitudinale du circuit dérivé ( 8). 4 Transformateur de mesure selon une des revendications 1 ou 2, * 25 caractérisé en ce que la première branche ( 10) du conducteur plat ( 20; 24; 27; 35; 42) présente deux circuits série ( 6; 7) et un cir- cuit dérivé ( 8), et la seconde branche ( 11) présente deux circuits série ( 22; 23). Transformateur de mesure selon revendication 4, caractérisé en ce que la seconde branche du conducteur plat ( 24) présente une bande conductrice ( 26) interrompue par un entrefer ( 25) et située en recouvrement au-dessous du circuit dérivé ( 8). 6 Transformateur de mesure selon revendication 4, caractérisé en ce que la seconde branche ( 11) du conducteur plat ( 27, 35; 42) présente un circuit dérivé ( 32) situé en recouvrement au-dessous 254213 1 du circuit dérivé ( 8) de la première branche ( 10). 7 Transformateur de mesure selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les deux branches ( 10; 11) du conduc- teur plat ( 1; 20; 24; 27; 35; 42) présentent au moins sensiblement la même forme. 8 Transformateur de mesure selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par un pliage du conducteur plat ( 1; 20: 24; 27) suivant sa direction transversale. 9 Transformateur de mesure selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le conducteur plat ( 35; 42) est constitué par une pièce de fonderie ou une pièce filée. Transformateur de mesure selon revendication 9, caractérisé en ce que le conducteur plat ( 32) comporte une ouverture ( 43) parallèle à l'arête de retournement ( 9) pour le logement d'un enroulement électrique au moins ( 16; 18).