Brevet FR2689643A1 — publié le 19931008

Transducteur de mesure de courant fonctionnant sur le principe de compensation. Cette invention concerne un transducteur de mesure de courant fonctionnant sur le principe de compensation, comprenant un premier noyau magnétique avec une fenêtre, un premier enroulement pour un courant à mesurer et un second enroulement pour un courant de compensation enroulé sur ce noyau magnétique; un second noyau magnétique avec une fenêtre, le premier enroulement et le second enroulement étant également enroulés autour de ce second noyau magnétique; un moyen pour produire le courant de compensation et régler son intensité de telle sorte qu'un flux magnétique produit dans le premier noyau magnétique par le courant de compensation compense un flux magnétique produit dans le premier noyau magnétique par le courant à mesurer, ce moyen pour produire et régler le courant de compensation comprenant un troisième enroulement prévu pour magnétiser le premier noyau par un courant magnétisant; un quatrième enroulement enroulé sur le premier noyau magnétique et un cinquième enroulement enroulé sur le second noyau magnétique, le quatrième et le cinquième enroulements ayant un nombre égal de tours et étant montés en série en boucle fermée par une impédance dont la valeur à la fréquence du courant magnétisant est si basse que le flux magnétique provoqué par le cinquième enroulement sur le second noyau magnétique est au moins sensiblement égal mais de sens opposé au flux magnétique agissant dans le premier noyau magnétique. Les transducteurs de courant pour mesurer le courant continu 2 - et alternatif emploient souvent le principe de compensation, c'est-à-dire que le flux provoqué dans le noyau magnétique par le courant passant dans l'enroulement primaire est compensé par le courant fourni à l'enroulement secondaire Pour contrôler5 le courant secondaire, un capteur ou autre détecteur est placé dans le circuit magnétique pour contrôler le point zéro du flux du noyau Un flux zéro est établi dans le noyau lorsque le courant fourni à l'enroulement secondaire compense le flux provoqué par le courant de l'enroulement primaire A des fréquences plus10 élevées, le transducteur de courant est à même de fonctionner comme un transformateur de courant passif de telle sorte que le courant passant dans l'enroulement secondaire soit directement proportionnel au courant à mesurer dans l'enroulement primaire sur une large plage de fréquence.15 Un transducteur de mesure du courant du type décrit dans le chapitre d'introduction est connu par exemple dans la spécification du brevet US 4 482 862 Le détecteur utilisé dans le transducteur est un noyau magnétique ayant une fenêtre et magnétisable par une fréquence élevée Le flux zéro est détecté20 en observant la forme d'onde du courant magnétisant du noyau. Cependant, le flux magnétique provoqué dans le noyau par le courant magnétisant haute fréquence tend à induire des tensions parasites tant dans l'enroulement destiné au courant à mesurer que dans l'enroulement destiné au courant de compensation Pour compenser25 ces tensions parasites, le transducteur de courant comprend un second noyau magnétique avec une fenêtre, et un enroulement est prévu tant sur le second noyau magnétique que sur le premier, enroulements qui ont un nombre égal de tours et sont montés en série l'un avec l'autre en boucle fermée L'enroulement destiné30 au courant à mesurer et l'enroulement destiné au courant de compensation sont également disposés autour du second noyau magnétique Par conséquent, le flux magnétique provoqué dans le second noyau magnétique par l'enroulement enroulé autour du -3 - second noyau est égal, mais de sens opposé au flux magnétique agissant dans le premier noyau magnétique, et donc le courant magnétisant ne provoquera pas de tensions parasites Cependant, à des fréquences plus élevées, le courant passant dans les enroulements montés en boucle fermée augmente avec la fréquence du courant à mesurer, et donc le circuit magnétique formé par le premier et le second noyaux magnétiques, et les enroulements enroulés sur ceux-ci pour le courant à mesurer et pour le courant de compensation n'est pas en mesure de fonctionner comme un transformateur de courant passif Afin que le transducteur de courant soit actif même à des fréquences élevées, il comprend de plus un troisième noyau magnétique avec une fenêtre Le troisième noyau magnétique produit un signal d'erreur de fréquence moyenne à ajouter à un signal d'erreur représentant les basses fréquences De cette façon, le courant de compensation sera réglé à un niveau approprié même dans les cas o le courant à mesurer comprend des composants de fréquence moyenne. L'objet de la présente invention est de produire un transducteur de mesure de courant fonctionnant sur le principe de compensation et éliminant les problèmes liés à l'arrangement décrit ci-dessus Le transducteur de courant à prévoir a une haute précision et une grande largeur de bande bien que sa structure soit simple. L'objet ci-dessus est atteint au moyen d'un transducteur de mesure de courant conforme à l'invention qui est caractérisée en ce que l'impédance incluse dans la boucle formée par les quatrième et cinquième enroulements dépend de la fréquence et a une valeur élevée telle à la fréquence du composant AC du courant à mesurer qu'elle empêche le passage d'un courant excessif de cette fréquence dans les quatrième et cinquième enroulements. Par conséquent, le courant passant par le quatrième et le cinquième enroulements n'est pas autorisé à augmenter à un niveau si élevé que la puissance en découlant du circuit magnétique formé par 4 - le premier et le second noyaux magnétiques et les enroulements pour le courant à mesurer et pour le courant de compensation empêche le circuit magnétique de fonctionner comme transformateur de courant passif Le transducteur de courant conforme à l'invention a donc une grande largeur de bande bien qu'il ne comporte pas le troisième noyau magnétique et le circuit associé conformément à la spécification de brevet US 4 482 862. Par la suite, le transducteur de mesure de courant conforme à l'invention sera décrit de façon plus détaillée suivant la disposition structurelle illustrée en se référant au plan ci- joint o: La Figure 1 est un schéma de principe de montage d'un transducteur de mesure de courant; et La Figure 2 illustre la forme d'onde d'une tension Um à appliquer à un enroulement magnétisant et un courant magnétisant Im induit dans l'enroulement magnétisant par la tension. Le transducteur de courant représenté à la Figure 1 comprend deux noyaux magnétiques CI et C 2; cinq enroulements enroulés sur ceux-ci à des fins différentes; et l'équipement électronique20 associé, comme ceci sera décrit plus en détail par la suite. Le noyau magnétique Cl est saturable tandis que le noyau C 2 fonctionne dans sa plage linéaire. Le noyau magnétique Ci est magnétisé jusqu'à saturation en appliquant une tension alternative Um à partir d'une source de tension alternative AC à un roulement magnétisant Nm enroulé sur le noyau Ci, les intégrales de temps du demi-cycle positif et négatif de tension alternative Um étant égales Si la tension Um a une forme d'onde rectangulaire, la forme d'onde de la tension et celle du courant magnétisant Im produit par celle-ci dans30 l'enroulement magnétisant Nm sont telles que ceci est illustré à la Figure 2 Le courant magnétisant Im est mesuré par une résistance Ri ayant son pâle relié au potentiel de terre, la tension développée dans la résistance Ri étant appliquée à un - détecteur D La tension de sortie Ue du détecteur D est proportionnelle à l'asymétrie des valeurs de crête de la tension développée dans la résistance Rl La tension Ue à son tour contrôle un amplificateur de gain variable intégrateur IA qui applique un courant Is à un enroulement de compensation Ns enroulé sur les deux noyaux magnétiques Cl et C 2 Un courant Ip à mesurer passe dans un enroulement Np enroulé sur les deux noyaux magnétiques Cl et C 2. Lorsque les ampères-tours Np Ip et Ns Is magnétisant le noyau magnétique Cl (o Np et Ns correspondent également au nombre de tours des enroulements) sont égaux, une tension Uout agissant sur une résistance R 2 par laquelle passe le courant de compensation Is, peut être exprimée par l'équation Uout = R 2 Ip Np/Ns Ip est facile à résoudre d'après l'équation. Si les ampères-tours Np Ip et Ns Is sont inégaux, la magnétisation du noyau magnétique Cl dévie de zéro à la fréquence du courant Ip à mesurer, et donc un flux magnétique résiduel passe dans le noyau magnétique Cl et déforme la forme d'onde du courant magnétisant Im de telle sorte qu'elle devienne asymétrique Puisque le détecteur D est prévu pour contrôler l'asymétrie des valeurs de crête de la tension développée dans la résistance Rl par le courant Im, la sortie Ue du détecteur D a une valeur proportionnelle à la fois au degré et au sens d'asymétrie dans une situation asymétrique La valeur Ue indique donc également celui des ampères-tours Np Ip et Ns Is qui est le plus grand Au moyen de cette entrée de commande Ue, l'amplificateur de gain variable intégrateur IA est maintenant à même de modifier le courant Is de telle sorte que le courant magnétisant Im soit à nouveau symétrique. Le flux magnétique produit dans le noyau magnétique CI par le courant magnétisant haute fréquence Im tend à induire une tension parasite dans les enroulements Np et Ns Pour compenser 6 - la tension parasite, les enroulements Ncl et Nc 2 sont disposés autour des noyaux magnétiques Cl et C 2 L'enroulement Ncl est enroulé sur le noyau magnétique Cl, et l'enroulement Nc 2 est enroulé sur le noyau magnétique C 2 Les enroulements Ncl et Nc 2 ont un nombre égal de tours Puisque le noyau magnétique C 2 est dismensionné de façon à fonctionner dans sa plage linéaire, il n'affecte pas sensiblement la magnétisation du noyau magnétique CI Les enroulements Ncl et Nc 2 sont interconnectés à leurs pôles opposés par une impédance Z alors que leurs autres pôles opposés10 sont interconnectés directement En conséquence, on peut dire que les enroulements Ncl et Nc 2 sont montés en série en boucle fermée englobant l'impédance Z L'impédance Z est réalisée de telle sorte que sa valeur à la fréquence du courant magnétisant Im soit si basse que le flux magnétique produit par l'enroulement15 Nc 2 dans le noyau magnétique C 2 soit sensiblement égal mais de sens opposé au flux magnétique produit par le courant magnétisant Im dans le noyau magnétique CI par l'enroulement Nm Le flux total pénétrant dans les enroulements Np et Ns est donc près de zéro, et l'apparition de tensions parasites excessives est20 empêchée. Le composant AC du courant Ip à mesurer dans l'enroulement Np tend cependant également à induire un courant dans les enroulements Ncl et Nc 2 Si le passage du courant n'est pas limité, le circuit magnétique formé par les noyaux Cl et C 2 et les25 enroulements Np et Ns ne peut pas fonctionner comme un transformateur de courant passif à des fréquences plus élevées, de telle sorte que la fréquence de seuil supérieure du transducteur de courant reste basse Cette fréquence de seuil supérieure peut cependant être augmentée de telle sorte que l'impédance Z qui30 est montée en série avec les enroulements Ncl et Nc 2 recoive, à la fréquence du composant AC du courant Ip à mesurer, une valeur suffisamment élevée pour empêcher le passage d'un courant excessif de même fréquence que-celle du composant AC dans les enroulements 7 - Ncl et Nc 2 En pratique, la façon la plus simple de réaliser une impédance souhaitée Z dépendant de la fréquence est d'employer un condensateur de dimension appropriée. Le transducteur de mesure de courant conforme à l'invention a été décrit ci-dessus au moyen d'une seule variante illustrative, et il est bien entendu que beaucoup de composants structurels peuvent être réalisés par un homme du métier d'une façon différente de celle décrite dans l'exemple ci-dessus sans, cependant, s'écarter du domaine de protection de l'invention défini dans la revendication jointe Par conséquent, en particulier le moyen de réglage de l'intensité du courant de compensation, c'est-à- dire la source de tension Um, le détecteur D et l'amplificateur de gain variable IA peuvent différer de ceux décrits ci-dessus. 8 - Revendication -1 Transducteur de mesure de courant fonctionnant sur le principe de compensation, comprenant: un premier noyau magnétique (Cl) avec une fenêtre, un premier enroulement (Np) pour un courant (Ip) à mesurer et un second enroulement (Ns) pour un courant de compensation (Is) enroulé sur ce noyau magnétique; un second noyau magnétique (C 2) avec une fenêtre, le premier enroulement (Np) et le second enroulement (Ns) étant également enroulés sur ce second noyau magnétique;10 des moyens (AC, Nm, D, IA) pour produire le courant de compensation et en régler l'intensité de telle sorte qu'un flux magnétique produit dans le premier noyau magnétique (CI) par le courant de compensation compense un flux magnétique produit dans le premier noyau magnétique par le courant (Ip) à mesurer,15 ce moyen pour produire et régler le courant de compensation (Is) comprenant un troisième enroulement (Nm) prévu pour magnétiser le premier noyau par un courant magnétisant (Im); un quatrième enroulement (Ncl) enroulé sur le premier noyau magnétique (Cl); et un cinquième enroulement (Nc 2) enroulé sur le second noyau magnétique (C 2), le quatrième et le cinquième enroulements (Ncl, Nc 2) ayant un nombre égal de tours et étant montés en série en boucle fermée par une impédance (Z) dont la valeur à la fréquence du courant magnétisant (Im) est si basse que le flux magnétique25 provoqué par le cinquième enroulement (Nc 2) dans le second noyau magnétique (C 2)est au moins sensiblement égal, mais de sens opposé au flux magnétique agissant dans le premier noyau magnétique (Cl), caractérisé en ce que l'impédance (Z) est dépendante de la fréquence et a une valeur élevée telle à la fréquence du composant AC du courant (Ip) à mesurer, qu'elle empêche le passage 9 - d'un courant excessif de cette fréquence dans le quatrième et le cinquième enroulements (Ncl, Nc 2).