Brevet FR2719379A1 — publié le 19951103

I La présente invention concerne un procédé de mesure permettant d'obtenir de manière isolée des échantillons d'un courant de forte intensité circulant dans un fil électrique. Dans le domaine de l'électronique, il est tout à fait usuel de mesurer un courant circulant dans un fil. Si l'intensité du courant à mesurer est élevée (une centaine d'ampères, par exemple), si ce courant peut aussi bien être continu que alternatif, si le capteur de courant doit assurer l'isolation entre le fil parcouru par ledit courant et le circuit exploitant le signal de sortie dudit10 capteur, si le capteur doit pouvoir retrouver ses caractéristiques initiales après une surintensité transitoire plusieurs fois supérieure au courant maximal devant être mesuré (30 fois, par exemple), si une précision élevée doit être garantie pendant une longue durée (1.5% pendant 20 ans, par exemple) et s'il faut absolument atteindre le prix le plus bas pour la fonction recherchée, alors parmi15 la multitude de capteurs de courants existant actuellement il ne reste que les capteurs de courant utilisant un magnéto-élément (sonde à effet Hall, magnéto-résistance, film à couche mince, pour ne citer que les types les plus couramment employés). Tous les capteurs de courant utilisant un magnéto-élément exploitent le champ magnétique régnant au voisinage du fil lorsque celui-ci est parcouru par le courant à mesurer, garantissent l'isolation entre ledit fil et la sortie dudit capteur, sortent un signal analogique, sont robustes et peu chers. Ils peuvent être classés en deux familles selon que le principe de mesure est direct25 ou par annulation du flux magnétique. Un capteur de courant à magnéto-élément utilisé en mesure directe est généralement constitue d'un tore en matériau magnétique, fendu, entourant le fil parcouru par le courant à mesurer et comportant dans sa fente le30 magnéto-élément. Le champ magnétique régnant au voisinage du fil parcouru par le courant à mesurer induit dans le tore un flux magnétique traversant le magnéto-élément, celui-ci délivrant alors un signal dépendant du flux. Cet élément est toujours suivi d'un circuit électronique associé, destiné à amplifier le signal de sortie tout en corrigeant certains défauts (non linéarités, dérives thermiques, etc...). Un capteur de courant a magnéto-élément dont le fonctionnement repose sur l'annulation du flux magnétique ne diffère d'un modèle à mesure directe que par le fait que la sortie du circuit électronique associé est reliée à un bobinage supplémentaire réalisé sur le tore, dit bobinage de compensation. Le 5 circuit électronique associé ayant dans ce cas pour fonction d'annuler le signal fourni par le magnéto-élément, donc le flux magnétique total dans le tore, en contrôlant le courant circulant dans le bobinage de compensation. Toute variation du flux magnétique total, due au courant à mesurer, étant constamment annulée par le courant de compensation, celui-ci est alors une image du courant10 à mesurer. Avec les capteurs de courant à magnéto-élément, quel que soit le principe de mesure retenu, direct ou a compensation, le fait d'avoir ne serait-ce qu'un très court instant un courant ne pouvant être mesuré (surintensité15 transitoire ou fréquence trop élevée, par exemple), modifie inévitablement le champ magnétique rémanent dans le tore fendu. Cette modification est alors interprété par le magnéto-élément comme étant un courant continu à mesurer. Le capteur indiquera alors la présence d'un courant continu qui est en réalité inexistant. Ce défaut est difficilement admissible dans le cas de la mesure précise20 de courants continus. Cette analyse montre que dans l'état actuel de la technique il n'y a pas de solution économique permettant de mesurer de manière isolée, avec précision, sur une longue durée, un courant de forte intensité, continu ou25 alternatif et capable de retrouver son fonctionnement initial après une surintensité transitoire plusieurs fois supérieure au courant maximal devant être mesuré (30 fois, par exemple). L'objet de la présente invention est de fournir un procédé de mesure permettant d'obtenir de manière isolée des échantillons d'un courant de forte intensité pouvant aussi bien être continu que alternatif, garantissant une bonne précision sur une longue période, économique et insensible à des surintensités transitoires plusieurs fois supérieure au courant maximal devant être35 mesuré (30 fois, par exemple). Le procédé de mesure selon la présente invention consiste à: * générer une tension alternative ayant la forme d'une rampe de tension invariable, revenant en son point de départ selon un parcours de forme quelconque et de durée variable. * reproduire cette tension en deux points distincts l'un de l'autre, l'une de ces deux tensions étant totalement isolée, les deux tensions étants rigoureusement identiques; * convertir le courant à mesurer en une tension-image représentative dudit courant, * comparer cette tension-image, éventuellement amplifiée, avec la rampe de tension isolée précitée, le changement de résultat de la comparaison servant à déclencher la génération d'un échantillon; * transmettre de manière isolée à un générateur d'échantillons l'ordre déclenchant la génération d'un échantillon; * produire avec ledit générateur d'échantillons un échantillon de tension à partir de la rampe de la seconde tension précitée, cet échantillon étant représentatif de la tension-image à un instant donné; * obtenir un retard négligeable ou variant lentement entre le moment o le résultat de la comparaison change et le moment o l'échantillon est effectivement généré; * substituer régulièrement après N échantillons de la tension- image du courant à mesurer, représentatifs du courant à mesurer, pour la durée d'un échantillon, la tension-image du courant à mesurer par une tension- image25 correspondant à un courant à mesurer nul (échantillonnage du "zéro"); * fournir un moyen permettant d'identifier l'échantillon généré (échantillon de la tension-image d'un courant ou échantillon du "zéro"); * changer de façon pseudo aléatoire le temps séparant deux rampes consécutives, donc la fréquence de la tension alternative générée, afin de permettre une exploitation juste des mesures en cas de sous échantillonnage; Le procédé de mesure selon la présente invention génère des échantillons entachés d'une erreur sur le "zéro" due aux différents offsets des circuits et au retard préciteé. La comparaison se faisant avec une rampe invariable, le retard va donc produire un décalage de "zéro" supplémentaire Le décalage de "zéro" total variant lentement, le procédé de mesure selon la présente invention fournit des moyens permettants de corriger les échantillons représentatifs du courant mesuré. La correction consistant à soustraire à chaque échantillon représentatif du courant mesure une copie du 5 dernier échantillon du "zéro" obtenu. La précision des échantillons obtenus par le procédé selon la présente invention reste tributaire du moyen permettant de convertir le courant à mesurer en une tension-image dudit courant. Or les multiples moyens existants10 effectuants cette conversion sont parfaitement connus de l'homme du métier, celui-ci n'ayant qu'à choisir en fonction des performances désirées. Le procédé selon la présente invention permet d'obtenir de manière isolée des échantillons d'un courant de forte intensité pouvant aussi bien être continu que alternatif De plus le procédé selon la présente invention est économique, précis même a long terme et insensible à des surintensités transitoires pouvant être plusieurs fois supérieure au courant maximal devant être mesuré, à condition que le moyen assurant la conversion du courant à mesurer en une tension-image dudit courant permette cela. D'autres caractéristiques et avantages du procédé de mesure de la présente invention ressortirons de la description donnée ci-après faisant référence au dessin annexe o: * la figure I représente un schéma-bloc illustrant les connexions entre les différents moyens nécessaires pour pouvoir mesurer selon le procédé de mesure de la présente invention. En se référant à la figure I on voit que le procédé de mesure de la présente invention permet à l'utilisateur 9 d'obtenir de manière isolée des échantillons du courant I circulant dans le fil 1, l'isolation se faisant au niveau des blocs d'isolation 4 et 5. Un signal électrique constitué d'une rampe de tension invariable, revenant à son point de départ selon un parcours de forme quelconque et de durée variable est fourni par le générateur 8. Ce signal est reproduit en deux points distincts par le bloc d'isolation 5, ces deux copies étants rigoureusement identiques entre elles, l'une d'elle étant complètement isolée et reliée à l'une des entrée du comparateur codeur 3 tandis que l'autre copie se trouve reliée à l'entrée analogique d'un 5 générateur d'échantillons 7. Le convertisseur 2 fournit une tension-image représentative du courant à mesurer I circulant dans le fil 1, ladite tension-image étant appliquée à l'entre entrée du comparateur codeur 3.10 Le comparateur codeur 3 compare la tension provenant du convertisseur 2, éventuellement amplifiée, avec la rampe de tension provenant du bloc d'isolation 5. A l'instant même o le résultat de la comparaison change, un signal est transmis au bloc d'isolation 4. Cycliquement après N transmissions d'un15 signal relatif à la tension fournie par le convertisseur 2 et pour la durée d'une seule nouvelle transmission, le comparateur codeur 3 simule sur l'entrée reliée au convertisseur 2 la présence d'une tension correspondant à celle fournie par le convertisseur 2 lorsque le courant a mesurer est nul. Le signal transmis par le comparateur codeur 3 vers le bloc d'isolation 4 est codé afin de permettre l'identification de la tension venant d'être comparée avec la rampe (tension fournie par le convertisseur 2 correspondant à un courant à mesurer ou tension correspondant à celle fournie par le convertisseur 2 lorsque le courant à mesurer est nul).25 Le bloc d'isolation 4 à pour fonction de transmettre de manière isolée les signaux codés provenants du comparateur codeur 3 vers l'une des entrées du contrôleur 6. Le contrôleur 6 décode les signaux fournis par le comparateur codeur 3 au travers du bloc d'isolation 4, commande le générateur d'échantillons 7 et dialogue avec l'utilisateur 9. Dès l'arrivée d'un nouveau signal codé en provenance du comparateur codeur 3, le contrôleur 6 ordonne au générateur d'échantillons 7 de présenter sur sa sortie reliée à l'utilisateur 9 un échantillon de35 la rampe de tension présente à ce moment sur son entrée analogique. En même temps le contrôleur 6 informe l'utilisateur 9 de la nature et de la présence d'un nouvel échantillon en sortie du générateur d'échantillons 7. A partir de ce moment la, le contrôleur 6 interdit la génération de tout nouvel échantillon jusqu'à l'obtention de la part de l'utilisateur 9 d'un signal indiquant la fin du traitement du dernier échantillon présenté. Les échantillons fournis par le générateur d'échantillons 7 sont représentatifs de la tension ayant été comparée avec la rampe par le comparateur codeur 3. Le retard existant entre le moment o le résultat de la comparaison effectuée par le comparateur codeur 3 change jusqu'au moment o l'échantillon est effectivement généré fausse les échantillons obtenus. La comparaison effectuée par le comparateur codeur 3 se faisant entre la tension à15 échantillonner et une rampe, le retard précité aura donc pour effet de rajouter un offset de tension à l'échantillon généré. Ledit retard pouvant varier, ledit offset de tension sera donc un offset de tension dynamique pouvant varier dans le même rapport que le retard. Les échantillons fournis par le générateur d'échantillons 7 sont affectés d'un offset de tension égal à la somme des offsets de tension des divers circuits électroniques utilisés augmentée de l'offset de tension dynamique précité. La somme de tous ces offsets de tension est un offset de tension variant lentement dans le temps.25 Le procédé de mesure selon la présente invention permet de corriger cet offset de tension variant lentement. En effet, lorsque l'utilisateur 9 est informé de la présence d'un échantillon correspondant à la tension fournie par le convertisseur 2 lorsque le courant à mesurer est nul, ledit utilisateur 9 doit30 mémoriser cet échantillon et le soustraire aux N échantillons suivants (échantillons représentatifs du courant à mesurer). Le choix de N dépend de la vitesse à laquelle varie l'offset de tension total. Les échantillons fournis par le générateur d'échantillons 7 et ainsi corrigés sont représentatifs du courant à mesurer I. Dans le cas ou les échantillons représentatifs du courant à mesurer I risqueraient de donner lieu a un sous échantillonnage, l'utilisateur 9 a la possibilité de varier de façon pseudo aléatoire la fréquence du signal sortant du générateur 8. Ceci permet une exploitation juste des échantillons de courants 5 même en cas de sous échantillonnage. Le procédé de mesure selon la présente invention permet de réaliser de façon économique les capteurs de courant isolés et précis à long terme nécessaires pour la fabrication de compteurs électroniques d'énergie électrique polyphases. REVENDICATIONS 1) Procédé de mesure permettant d'obtenir de manière isolée des échantillons d'un courant de forte intensité circulant dans un fil électrique, caractérisé en ce qu'il consiste à: * générer une tension alternative ayant la forme d'une rampe de tension invariable, revenant en son point de départ selon un parcours de forme quelconque et de durée variable; * reproduire cette tension en deux points distincts l'un de l'autre, l'une de ces deux tensions étant totalement isolée, les deux tensions étants rigoureusement identiques; * convertir le courant à mesurer en une tension-image représentative dudit courant; * comparer cette tension-image, éventuellement amplifiée, avec la rampe de tension isolée précitée, le changement de résultat de la comparaison servant à déclencher la génération d'un échantillon; * transmettre de manière isolée à un générateur d'échantillons l'ordre déclenchant la génération d'un échantillon; * produire avec ledit générateur d'échantillons un échantillon de tension à partir de la rampe de la seconde tension précitée, cet échantillon étant représentatif de la tension-image a un instant donné; * obtenir un retard négligeable ou variant lentement entre le moment o le résultat de la comparaison change et le moment o l'échantillon est effectivement généré;25 * substituer régulièrement après N échantillons de la tension- image du courant à mesurer, représentatifs du courant à mesurer, pour la durée d'un échantillon, la tension-image du courant à mesurer par une tension-image correspondant à un courant à mesurer nul (échantillonnage du "zéro"); * fournir un moyen permettant d'identifier l'échantillon généré (échantillon de la tension- image d'un courant ou échantillon du "zéro"); * changer de façon pseudo aléatoire le temps séparant deux rampes consécutives, donc la fréquence de la tension alternative générée, afin de permettre une exploitation juste des mesures en cas de sous échantillonnage;