Brevet FR2743423A1 — publié le 19970711

CAPTEUR DE COURANT A LARGE GAMME DE FONCTIONNEMENT L'invention concerne un capteur de courant à large gamme de fonctionnement, et plus particulièrement un capteur de courant pour la protection et la commande d'un moteur. Pour contrôler le courant absorbé par un moteur, il est nécessaire de disposer d'un capteur qui puisse mesurer avec précision le courant nominal relativement faible du moteur, mais aussi le courant de démarrage du moteur, qui peut atteindre dix fois la valeur du courant nominal. Les capteurs de courant généralement utilisés comportent un tore ferromagnétique dans l'entrefer duquel est disposée une sonde à effet Hall. Cette sonde délivre une tension proportionnelle à l'induction magnétique créée par le courant à mesurer, ou courant primaire. Un premier type de capteur de courant effectue la mesure du courant en boucle ouverte, et délivre une tension de sortie proportionnelle au courant primaire. Pour assurer cette proportionnalité, le circuit magnétique doit être très bien défini, et la sonde doit être très linéaire et doit pouvoir mesurer des inductions élevées. Un deuxième type de capteur de courant effectue la mesure du courant en boucle fermée, et délivre un courant secondaire proportionnel au courant primaire à mesurer. Lorsque le courant primaire augmente, une saturation du circuit électronique entraîne une perte de linéarité de la mesure. Un but de l'invention est d'éviter les inconvénients des capteurs connus en proposant un capteur susceptible d'assurer une mesure linéaire dans une gamme étendue de courants primaires. Un autre but de l'invention est de proposer un capteur utilisable pour la protection et la commande de moteurs, aussi bien en fonctionnement normal que pendant la période de démarrage. L'invention a pour objet un capteur de courant à large gamme de fonctionnement, comportant un tore ferromagnétique disposé autour du conducteur parcouru par l'intensité Ip du courant primaire à mesurer, une sonde de Hall disposée dans l'entrefer du tore et une boucle d'asservissement fermée fournissant une mesure de la tension V., représentative de l'intensité Ip du courant primaire, caractérisé en ce qu'il comporte d'une part aux bornes de la sonde de Hall et en dérivation sur la boucle d'asservissement, un amplificateur délivrant une tension VIO représentative de l'induction magnétique dans l'entrefer, et d'autre part un additionneur dans lequel sont additionnées lesdites tensions V.o et V., pour constituer une tension de sortie Vs proportionnelle à l'intensité Ip du courant primaire. Selon l'invention, le gain de l'amplificateur est déterminé pour que la tension de sortie V. soit proportionnelle à l'intensité IF du courant primaire, avec le même coefficient de proportionnalité, aussi bien pour les faibles valeurs du courant primaire, pour lesquelles la tension Vo.. délivrée par l'amplificateur est pratiquement nulle, que pour les fortes valeurs du courant primaire. D'autres caractéristiques ressortent de la description qui suit faite avec référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma simplifié d'un capteur de courant de type à boucle ouverte; - la figure 2 est un schéma simplifié d'un capteur de courant de type à boucle fermée; - la figure 3 est un schéma simplifié d'un exemple de réalisation d'un capteur de courant selon l'invention. Sur la figure 1, un tore ferromagnétique 1 est disposé autour d'un conducteur 2 parcouru par un courant primaire Ip. Dans l'entrefer du tore est disposée une sonde de Hall 3, reliée à un amplificateur 4. Le courant primaire Ip crée une induction magnétique B proportionnelle au courant primaire Ip. Sous l'effet de cette induction, la sonde de Hall délivre une tension V. proportionnelle à l'induction magnétique B. La tension VH est amplifiée par l'amplificateur 4 qui délivre en sortie une tension Vo proportionnelle au courant primaire Ip. Le capteur à boucle ouverte (BO) de la figure 1 assure une bonne linéarité de réponse entre la tension de sortie VBo0 et l'intensité du courant d'entrée Ip, il fonctionne bien pour les intensités élevées, mais ne peut guère couvrir qu'une gamme d'intensités primaires dans un rapport inférieur à 20: 1. Sur la figure 2, un tore ferromagnétique 1 est disposé autour d'un conducteur 2 parcouru par un courant primaire Ip. Dans l'entrefer du tore est disposée une sonde de Hall 3 reliée à un circuit électronique 5. Ce circuit électronique 5 comprend un amplificateur 6, un circuit générateur de courant 7, et un condensateur 8 de contre- réaction. La sortie du circuit électronique 5 est reliée à une bobine 9 enroulée autour du tore 1 et montée en série avec une résistance 10 reliée à la masse. Le circuit électronique 5 délivre un courant secondaire Is. Ce courant Is en circulant dans la bobine 9 crée une induction magnétique Bs de sens opposé à l'induction B créée par le courant primaire Ip, et de même amplitude que l'induction B. Le courant secondaire Is est alors proportionnel au courant primaire Ip. Le capteur à boucle d'asservissement fermée (BF) de la Figure 2 assure une bonne linéarité de réponse entre l'intensité du courant de sortie Is et l'intensité du courant d'entrée Ip. Il fonctionne bien pour les intensités faibles du courant primaire. Le circuit électronique 5 est alimenté en courant continu sous quelques volts. De ce fait, lorsque l'intensité du courant primaire Ip augmente, le circuit électronique 5 ne peut plus fournir l'intensité du courant secondaire Is suffisante pour que l'amplitude de l'induction Bs créée par la bobine 9 soit égale à celle de l'induction B créée par le courant primaire Ip. Il en résulte une saturation du circuit électronique et une perte de la linéarité de réponse. Le capteur de courant à boucle fermée de la figure 2 fonctionne bien pour les intensités faibles, mais ne peut guère couvrir qu'une gamme d'intensités primaires dans un rapport inférieur à 20: 1. Sur la figure 3, le tore ferromagnétique 1 est disposé autour d'un conducteur 2 parcouru par le courant primaire Ip. Dans l'entrefer du tore 1, est disposée une sonde de Hall 3. Cette sonde de Hall 3 est reliée en dérivation, d'une part à un amplificateur 4 comme celui de la figure 1, d'autre part à un circuit électronique 5 comme celui de la figure 2. La sortie du circuit électronique 5 alimente une bobine 9 montée en série avec une résistance reliée à la masse. Le courant secondaire Is traverse la résistance 10, et la tension VBF mesurée aux bornes de la résistance 10 est proportionnelle au courant secondaire. Cette tension V, est additionnée, dans un additionneur 11, à la tension V"O de sortie de l'amplificateur 4. Cette tension V.o correspond à la tension de sortie de la sonde à effet Hall, amplifiée par le gain de l'amplificateur 4. La tension de sortie Vs de l'additionneur 11 est la somme des deux tensions V.o, représentative de l'induction dans l'entrefer, et VBFr, représentative du courant primaire. Le fonctionnement du capteur de courant selon l'invention s'analyse de la manière suivante: Pour de faibles valeurs de courant primaire Ip, la boucle d'asservissement comprenant le circuit électronique et la bobine 9 fonctionne efficacement. L'induction résultante dans le tore 1 est nulle et, en conséquence, la tension aux bornes de la sonde de Hall 3 est nulle. Il en résulte que la tension de sortie VBo de l'amplificateur 4 est nulle et que la tension de sortie V. est égale à la tension V., aux bornes de la résistance 10. Le capteur fonctionne en boucle fermée. Si le courant primaire Ip augmente, le circuit électronique 5 est soumis à saturation, la boucle d'asservissement ne parvient à compenser que partiellement l'induction dans le tore 1. La tension aux bornes de la sonde de Hall 3 n'est plus nulle mais proportionnelle à l'induction magnétique résultante. L'amplificateur 4 joue alors un rôle et délivre une tension V"O. Selon l'invention, le gain A de l'amplificateur 4 est déterminé pour que la tension Vo,, en s'ajoutant à la tension VBF dans l'additionneur 11, reconstitue la tension de sortie Vs sous une forme proportionnelle au courant primaire Ip, avec le même coefficient de proportionnalité que pour les courants primaires de faible intensité. De cette manière, pour un courant primaire Ip faible, le capteur fonctionne en boucle fermée et sa tension de sortie est: Vs = V., avec Vs = K Ip (K = coefficient de proportionnalité) Et lorsque le courant primaire augmente, la tension de sortie devient: Vs = VMF + VMo avec toujours Vs = K Ip le coefficient de proportionnalité étant le même. La tension de sortie Vs représentative de l'intensité du courant primaire Ip est alors constituée de deux composantes VBF et VBo qui s'additionnent pour reconstituer une tension de sortie Vs proportionnelle au courant primaire. Cette disposition permet de mesurer des intensités de courant primaire avec une bonne linéarité, dans un rapport voisin de 100: 1. REVENDICATIONS 1. Capteur de courant à large gamme de fonctionnement, comportant un tore ferromagnétique disposé autour du conducteur parcouru par l'intensité Ip du courant primaire à mesurer, une sonde de Hall disposée dans l'entrefer du tore et une boucle d'asservissement fermée fournissant une mesure de la tension V., représentative de l'intensité Ip du courant primaire, caractérisé en ce qu'il comporte d'une part aux bornes de la sonde de Hall (3) et en dérivation sur la boucle d'asservissement (5, 9), un amplificateur (4) délivrant une tension V.o représentative de l'induction magnétique dans l'entrefer, et d'autre part un additionneur (11) dans lequel sont additionnées lesdites tensions VO0 et VBF pour constituer une tension de sortie Vs proportionnelle à l'intensité Ip du courant primaire. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gain dudit amplificateur (4) est déterminé pour que la tension de sortie V. soit proportionnelle à l'intensité Ip du courant primaire, avec le même coefficient de proportionnalité, aussi bien pour les faibles valeurs du courant primaire, pour lesquelles la tension V.o délivrée par l'amplificateur (4) est pratiquement nulle, que pour les fortes valeurs du courant primaire.