Brevet FR2622018A1 — publié le 19890421

1. La présente invention concerne un dispositif capteur de courant électrique pour mesurer le courant passant dans un conducteur primaire et/ou pour produire une image de celui-ci, comportant au moins un circuit magnétique pour mesurer le courant passant dans un conducteur primaire et/ou pour produire une image de celui-ci, comportant au moins un circuit magnétique agencé pour pouvoir être couplé avec ledit conducteur primaire et présentant au moins un entrefer formé entre deux branches de ce circuit, au moins une bobine de mesure couplée avec ledit circuit magnétique et entourant ledit entrefer, un détecteur de champ magnétique disposé dans ledit entrefer, une source de courant et un circuit de commande associé à celle-ci ayant des bornes d'entrée reliées audit détecteur de champ magnétique et ayant des bornes de sortie connectées aux bornes d'un montage en série de la bobine de mesure et d'un dispositif de mesure et/ou d'affichage du courant passant dans la bobine. De tels dispositifs capteurs servent à mesurer un courant primaire, le terme mesurer étant compris dans le sens le plus large qui englobe toutes les manières de produire une grandeur représentant une mesure du courant, telle que la production d'une tension ou d'un courant qui suivent les valeurs instantanées du courant primaire. De même, la production d'une image du courant primaire comprend toutes les formes d'affichage, d'enregistrement ou de mémorisation des valeurs du courant primaire. Bien entendu, la grandeur de mesure peut servir, selon les applications du présent dispositif, à la commande ou à l'actionnement d'autres dispositifs, par exemple dans des circuits de réglage ou d'asservissement. Le fonctionnement des dispositifs capteurs de ce type est basé sur le principe d'une compensation du flux magnétique engendré par le courant primaire, par un flux créé par la bobine de mesure sous la commande du détecteur de champ 2. magnétique. Le courant nécessaire dans la bobine de mesure pour réaliser cette compensation représente une mesure du courant primaire. La présente invention vise, d'une façon générale, à améliorer la précision de mesure des dispositifs de ce type, et, plus particulièrement, à accroître la fidélité de reproduction de composantes à fréquence élevée du courant à mesurer. A cet effet, la présente invention est caractérisée en ce qu'au moins une pièce d'armature en un matériau ayant une bonne perméabilité magnétique est disposée au voisinage de l'entrefer, à l'intérieur de la bobine de mesure, de façon à constituer un shunt magnétique entre les deux branches du circuit magnétique formant l'entrefer. Cette pièce d'armature est de préférence isolée d'au moins une des branches du circuit magnétique par une couche d'un matériau amagnétique disposée entre cette pièce d'armature et ladite branche du circuit magnétique. Selon une forme d'exécution préférée la pièce d'armature s'étend sur une longueur sensiblement égale à celle de la bobine de mesure dans laquelle elle est placée. Il s'est avéré de façon surprenante, que la présence d'un tel shunt magnétique entre les branches du circuit magnétique qui forment l'entrefer, permet d'améliorer considérablement la précision de mesure du dispositif, notamment aux fréquences élevées, permettant ainsi de réaliser une bande passante s'étendant du courant continu à une fréquence supérieure à 100 kHz. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description d'une forme d'exécution du présent dispositif capteur, donnée ci-après à titre d'exemple et illustrée dans le dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une vue, dans le sens du conducteur 3. primaire, d'un capteur selon l'invention sans ses circuits électriques et son bottier, et la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1. Le capteur représenté à la figure 1 comporte un circuit magnétique 1 de forme générale rectangulaire qui présente un entrefer 2 formé entre deux branches 7 et 8 de ce circuit. Un conducteur primaire 3, visible en section transversale à la figure 1, est destiné à passer à l'intérieur du circuit magnétique de manière à y produire un champ magnétique lorsqu'il est parcouru par un courant. Autour de l'entrefer 2, une bobine électrique de mesure 4 est disposée sur les branches 7 et 8 du circuit, cette bobine étant connectée d'une façon non-représentée à une source de courant associée à un circuit de commande également non-représentés. Un détecteur de champ magnétique est disposé dans l'entrefer 2. Ce détecteur peut être constitué par une sonde de Hall et est connecté à des bornes d'entrée du circuit de commande associé à la source de courant. Un dispositif de mesure et/ou d'affichage du courant, également non-représenté, est monté en série avec la bobine de mesure aux bornes de sortie dudit circuit de commande. L'agencement du dispositif est tel que la présence d'un champ dans l'entrefer du circuit magnétique produit, par l'intermédiaire du détecteur de champ et du circuit de commande, le passage d'un courant dans la bobine de mesure de façon à créer par cette bobine, un champ de compensation conduisant à un champ total nul dans le circuit magnétique. Le courant nécessaire pour réaliser cette compensation des champs, représente une mesure du courant passant dans le conducteur primaire. Les figures 1 et 2 montrent l'emplacement et la forme préférés d'une pièce d'armature 6 qui est, dans cet exemple, constitué par une feuille d'un matériau de très 4. bonne perméabilité magnétique, tel que le mumétal, disposé le long d'une surface des branches 7 et 8 formant l'entrefer. Bien entendu, d'autres formes peuvent être prévues pour cette pièce d'armature qui s'étend de préférence sur une longueur sensiblement égale à celle de la bobine dans laquelle elle est placée. Plus d'une seule pièce d'armature peuvent d'ailleurs être disposées dans la même bobine, tout en évitant la formation d'un circuit électrique fermé dans le sens transversal des branches 7 et 8 en raison des pertes qui en résulteraient. D'autre part, une isolation magnétique est prévue entre les surfaces latérales des branches 7 et 8 du circuit magnétique et la pièce d'armature, de manière à ne pas court-circuiter magnétiquement l'entrefer tout en réalisant un certain couplage magnétique entre le circuit 1 et la pièce 6. Cette isolation est constituée, par exemple, par la carcasse 9 de la bobine de mesure, cette carcasse étant fabriquée en un matériau amagnétique tel qu'une matière plastique appropriée. Une feuille d'isolation et de protection mécanique 10 est par ailleurs disposée entre la pièce d'armature et le bobinage. La pièce d'armature 6 dont l'épaisseur peut être très faible par rapport aux dimensions transversales du circuit magnétique 1 et qui s'étend, de préférence, sur une longueur sensiblement égale à celle de la bobine de mesure dans laquelle elle est placée, constitue un shunt magnétique couplé aux branches 7 et 8 parallèlement à l'entrefer 2. Il s'avère, de façon inattendue, que la présence de cette pièce d'armature améliore considérablement la précision du présent dispositif en réduisant notamment l'erreur représentée par la différence entre l'intensité du courant primaire et celle du courant de mesure multiplié par le nombre de spires de la bobine de mesure, plus particulièrement en ce qui concerne les composantes à fréquence élevée du courant à mesurer. L'amélioration obtenue par le présent dispositif se traduit 5. par une plus grande fidélité dans la reproduction du courant à mesurer, surtout en ce qui concerne la réponse aux transitions rapides qui peuvent intervenir dans le courant primaire. On observe notamment, dans l'image du courant primaire donnée par le courant de mesure, l'absence d'oscillations transitoires et de retards par rapport à des variations rapides du courant primaire. En ce qui concerne l'erreur de mesure susmentionnée, on constate qu'elle est sensiblement réduite dans l'ensemble du spectre des fréquences considérées s'étendant du courant continu à une fréquence supérieure à 100 kHz. Il s'avère de plus que cette erreur ne présente pas de changement de signe dans cette gamme de fréquences. On réalise ainsi un dispositif capteur ayant une très large bande passante, s'étendant de 0 à plus de 100 kHz, avec une excellente précision de mesure. Les performances du présent dispositif capteur sont d'une importance particulière dans toutes les applications dans lesquelles le spectre de fréquence du courant primaire est riche en harmoniques et dans lesquelles le courant de mesure intervient dans un circuit de réglage ou d'asservissement du courant primaire. 6. REVENDICATIONS 1. Dispositif capteur de courant électrique pour mesurer le courant passant dans un conducteur primaire et/ou pour produire une image de celui-ci, comportant au moins un circuit magnétique agencé pour pouvoir être couplé avec ledit conducteur primaire et présentant au moins un entrefer formé entre deux branches de ce circuit, au moins une bobine de mesure couplée avec ledit circuit magnétique et entourant ledit entrefer, un détecteur de champ magnétique disposé dans ledit entrefer, une source de courant et un circuit de commande associé à celle-ci ayant des bornes d'entrée reliées audit détecteur de champ magnétique et ayant des bornes de sortie connectées aux bornes d'un montage en série de la bobine de mesure et d'un dispositif de mesure et/ou d'affichage du courant passant dans la bobine, caractérisé en ce qu'au moins une pièce d'armature (6) en un matériau ayant une bonne perméabilité magnétique est disposée au voisinage dudit entrefer (2), à l'intérieur de la bobine de mesure (4), de façon à constituer un shunt magnétique entre les deux branches (7,8) du circuit magnétique (1) formant l'entrefer(2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pièce d'armature (6) est isolée d'au moins une desdites branches du circuit magnétique par une couche (9) d'un matériau amagnétique, disposée entre ladite pièce d'armature (6) et ladite branche du circuit magnétique (1). 3. Dipositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite pièce d'armature (6) s'étend sur une longueur sensiblement égale à celle de la bobine de mesure (4) dans laquelle elle est placée.