Brevet FR2783346A1 — publié le 20000317

CAPTEUR DE COURANT ET DISJONCTEUR COMPORTANT UN TEL CAPTEUR L'invention concerne un capteur de courant comportant un support de forme torique destiné à être disposé autour d'un conducteur primaire et au moins un enroulement secondaire enroulé sur le support et destiné à fournir un signal secondaire représentatif d'un courant circulant dans ledit conducteur primaire. L'invention concerne aussi un disjoncteur comportant un tel capteur. Les capteurs de courant à tore de Rogowski comportent de manière connue un support en forme de tore de section circulaire. Un enroulement secondaire enroulé sur le support fournit un signal représentatif d'un courant circulant dans le conducteur primaire traversant l'intérieur du tore. Le signal fourni par le tore est généralement faible, il dépend de la section du support. De plus, la précision du signal est difficile à assurer avec les moyens de fabrication connus. Pour des applications ayant besoin d'une grande précision il est souvent nécessaire d'ajuster le signal. Cet ajustement s'effectue généralement par le réglage d'une résistance ou le gain d'un amplificateur. Les capteurs connus sont également sensibles à l'environnement, notamment aux variations de température et aux champs électromagnétiques externes aux tores. Un tel environnement est présent en particulier dans les disjoncteurs qui sont traversés par des courants de forte intensité. Dans ce type de disjoncteur les capteurs de courant à tore de Rogowski sont associés à des déclencheurs électroniques. L'invention a pour but un capteur de courant ayant des caractéristiques améliorées. Dans un capteur selon l'invention, le support a une section comportant quatre cotés formant des angles arrondis, lesdits angles ayant un rayon de raccordement supérieur à un demi- millimètre. 2 2783346 Selon un mode de réalisation préférentiel, des cotés de la section du support ont des parties rabattues formant un angle supérieur à 1 degré par rapport à une ligne moyenne sensiblement perpendiculaire à un axe de symétrie médian desdits cotés. Ledit angle peut être compris entre 1 et 10 degrés. Avantageusement, le support a une surface granulée. De préférence, le support est en matériau thermoplastique comportant une partie creuse. Selon un mode de réalisation particulier, le rapport entre la section du capteur avec l'enroulement secondaire bobiné et la section du support sans l'enroulement secondaire est compris entre 1,05 et 1,2. Avantageusement, l'enroulement secondaire est bobiné à spires jointives sur toute la circonférence du support. Selon un développement de l'invention, le capteur de courant a un support fabriqué par un procédé comportant une étape d'injection de matière plastique dans un moule, une étape d'injection de gaz sous pression pour pousser la matière plastique vers une surface interne dudit moule, et une étape de maintien pour maintenir momentanément le gaz sous pression. Un disjoncteur selon un mode réalisation de l'invention comporte au moins un conducteur primaire en série avec au moins un contact, une unité de traitement pouvant commander l'ouverture dudit contact et au moins un capteur de courant tel que défini ci-dessus disposé sur le conducteur primaire et fournissant à l'unité de traitement le signal secondaire. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés aux dessins annexés sur lesquels: 3 2783346 - la figure I représente un capteur connu; - la figure 2 représente une modélisation d'un capteur connu; - la figure 3 représente une section d'un support d'un capteur selon un mode particulier de réalisation de l'invention en vue de dessus et vue de face en coupe; - les figures 4a et 4b représentent une section d'un support selon la figure 3 respectivement sans enroulement et avec un enroulement secondaire bobiné; - les figures Sa à 5c montrent des étapes de fabrication d'un capteur selon un mode de réalisation de l'invention - les figures 6 et 7 montrent des schémas de disjoncteurs pouvant comporter des capteurs selon des modes de réalisation de l'invention. Le capteur de courant de la figure I comporte un support I en forme de tore sur lequel est bobiné un enroulement secondaire 2. Un conducteur primaire 3 situé à l'intérieur du tore est traversé par un courant primaire Ip à mesurer. L'enroulement secondaire fournit sur des bornes de sorties 4 un signal Vs représentatif du courant primaire Ip. Une modélisation du capteur de courant à tore de Rogowski est représentée sur la figure 2. Le signal fourni par le capteur sans charge peut-être exprimé par l'équation suivante V - N-S-go d(ip) Vs = [F * (y I dt O N correspond au nombre de spires, S correspond à la surface de la section du tore, go correspond à la perméabilité de l'air, L correspond à la longueur moyenne de la circonférence du tore, et (d(ip)/dt) est la dérivée du courant primaire Ip par rapport au temps représenté par la variable t. Le capteur peut être modélisé par un générateur de courant fournissant un courant Ip/N sur une inductance L dont la valeur peut être définie par l'équation suivante: 4 2783346 L = N2 S ^o (2) L'expression du signal Vs est alors la suivante L d(ip) Vs = - * ()(3) N dt Lorsque le capteur est connecté à une charge, par exemple des circuits électroniques d'une unité de traitement, il est nécessaire de tenir compte de la résistance électrique de l'enroulement. Ainsi, sur la figure 2, une résistance 7 est connectée en série avec l'ensemble constitué par le générateur 5 et l'inductance 6 connectés en parallèle. La charge du capteur est représentée par une impédance 8 connectée aux bornes de sortie 4. Pour ne pas atténuer le signal Vs de sortie, l'impédance 8 est très élevée et comporte essentiellement une composante résistive. Elle peut aussi être constituée d'un intégrateur afin d'obtenir un signal Vs proportionnel à Ip indépendant de la fréquence. D'après les équations 1 à 3, le signal de sortie augmente lorsque la section du tore augmente. Généralement, les supports des capteurs connus ont des sections de forme circulaire. Cependant, une telle forme ne permet pas d'avoir une section maximale lorsque l'espace ou le volume alloués aux capteurs sont limités. Pour avoir une réponse en signal élevée dans un volume réduit, un capteur selon un mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 3, a un support avec une section 9 de forme sensiblement rectangulaire. Avantageusement, cette section comporte quatre côtés 10 reliés deux à deux par des angles arrondis 11. Les angles arrondis permettent un bobinage correct du fil constituant l'enroulement secondaire 2. L'angle arrondi a de préférence un rayon supérieur à un demi millimètre. Avantageusement, le rayon des angles 1 1 est sensiblement égal à deux millimètres. 2783346 Le signal fourni par le capteur doit être précis et insensible à l'environnement électromagnétique. Pour garantir de telles caractéristiques, des éléments du capteur doivent avoir une disposition fixe. Dans le support d'un capteur selon un mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 4a, des côtés 10 comportent deux parties 12 rabattues vers l'angle de raccordement 11. Ces parties 12 forment avec une ligne moyenne 13 des côtés un angle 14 de rabattement permettant de plaquer le fil de l'enroulement 2 contre le support 1. De préférence, l'angle 14 est compris entre I et 10 degrés. Avantageusement, les quatre côtés comportent des parties rabattues. La ligne moyenne 13 de chaque côté est de préférence sensiblement perpendiculaire ou parallèle à des axes 30 de symétrie passant par des lignes médianes de la section du capteur. Une telle forme de la section du support permet au fil de l'enroulement d'être plaqué et d'avoir une surface de la section de l'enroulement stable et peu sensible aux variations de température. Sur la figure 4b, un fil 15 de l'enroulement secondaire 2 est enroulé sur le support I de la figure 4a représenté en coupe. Ainsi, cette figure montre que le fil est parfaitement plaqué contre la surface externe du support 1. La surface extérieure du support est de préférence granulée de manière à permettre un meilleur maintien du fil 15 de l'enroulement secondaire. De préférence, la section du capteur avec du fil enroulé, par exemple tel que représenté sur la figure 4b, est comprise entre 1,05 et 1,2 fois la section du support seule sans enroulement, par exemple, tel que représenté sur la figure 4a. Ainsi, le rapport entre la section du capteur avec l'enroulement secondaire bobiné et la section du support sans l'enroulement secondaire est compris entre 1,05 et 1,2. Un tel rapport permet de rendre le capteur moins sensible aux variations du température. Avantageusement le support du capteur a une partie creuse 16 à l'intérieur. 6 2783346 Pour éviter des couplages électromagnétiques, le capteur a un enroulement 2 bobiné à spires jointives. Par exemple, le pas du bobinage sera défini selon l'équation suivante rr qbint pas = r in (4) qfil Nbspires (4) O Oint correspond au diamètre interne du capteur, cDfil correspond au diamètre du fil utilisé et Nb spires correspond au nombre de spires par couche. Un procédé de fabrication d'un support d'un capteur selon un mode de réalisation de l'invention est représenté sur les figures 5a, 5b et 5c. Dans une première étape 17 (figure 5a), de la matière thermoplastique 18 est injectée dans un moule 19. Ensuite, pendant une seconde étape 20 (figure 5b), un gaz 21 sous pression est injecté pour pousser la matière plastique 18 vers les parois du moule 19 et former la partie creuse 16 du support. Le gaz sous pression peut être notamment de l'azote. Lors d'une troisième étape 22 (figure 5c), le gaz est maintenu sous pression de manière à éviter des déformations du support pendant son refroidissement. L'injection de la matière plastique et du gaz peut se faire par un ou plusieurs orifices disposés sur le pourtour du moule 19. Lorsque le support est refroidi, le gaz est aspiré et les orifices peuvent être éventuellement rebouchés. De plus, avec une forme de section ayant des côtés comportant des parties rabattues, le retrait après moulage est facilité. Le maintien correct du fil de l'enroulement 2 est garanti puisque l'extension du support est toujours en contact avec ledit fil. Des capteurs selon l'invention sont avantageusement utilisés dans des relais de protection, des déclencheurs électroniques et/ou des disjoncteurs. 7 2783346 La figure 6, montre le schéma électrique d'un disjoncteur 23 ou d'un relais comportant de tels capteurs 24. Sur cette figure, le conducteur primaire 3 est connecté en série avec un contact 25. Dans ce cas, une unité de traitement 26 est connectée au capteur 24 pour recevoir le signal représentatif Vs d'un courant primaire Ip. Par exemple, si le courant dépasse un seuil pendant un temps prédéterminé, l'unité de traitement commande l'ouverture des contacts 25. La figure 7 montre la disposition des éléments de la figure 6 dans un disjoncteur 23. Dans ce cas, les contacts 25 sont actionnés à l'aide d'une poignée 27 et d'un mécanisme 28. L'unité de traitement commande l'ouverture des contacts 25 en déclenchant le mécanisme 28. Les relais ou les disjoncteurs peuvent avoir plusieurs pôles avec plusieurs contacts et plusieurs capteurs. La forme de section de support définie dans les figures 3, 4a et 4b est sensiblement rectangulaire, mais l'invention concerne aussi les formes sensiblement carrées ou les formes polygonales se rapprochant des formes rectangulaires ou carrées. 8 2783346 REVENDICATIONS 1. Capteur de courant comportant un support (1) de forme torique destiné à être disposé autour d'un conducteur (3) primaire et au moins un enroulement (2) secondaire enroulé sur le support et destiné à fournir un signal (Vs) secondaire représentatif d'un courant (Ip) circulant dans ledit conducteur primaire, capteur caractérisé en ce que le support (1) a une section (9) comportant quatre cotés (10) formant des angles ( 11) arrondis, lesdits angles ayant un rayon de raccordement supérieur à un demi-millimètre. 2. Capteur de courant selon la revendication 1 caractérisé en ce que des cotés (10) de la section du support (1) ont des parties rabattues (12) formant un angle supérieur à 1 degré par rapport à une ligne moyenne (13) sensiblement perpendiculaire à un axe de symétrie (30) médian desdits cotés. 3. Capteur de courant selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit angle est compris entre I et 10 degrés. 4. Capteur de courant selon l'une quelconque des revendications I à 3 caractérisé en ce que le support (1) a une surface granulée. 5. Capteur de courant selon l'une quelconque des revendications I à 4 caractérisé en ce que le support (1) est en matériau thermoplastique (18) comportant une partie creuse (16). 6. Capteur de courant selon l'une quelconque des revendications I à 5 caractérisé en ce que le rapport entre la section du capteur avec l'enroulement secondaire (2) bobiné et la section du support sans l'enroulement secondaire est compris entre 1,05 et 1,2. 7. Capteur de courant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que l'enroulement secondaire (2) est bobiné à spires jointives sur toute la circonférence du support (1). 9 2783346 8. Capteur de courant selon l'une quelconque des revendications I à 7 caractérisé en ce que le support est fabriqué par un procédé comportant une étape (17) d'injection de matière plastique (18) dans un moule (19), une étape (20) d'injection de gaz (21) sous pression pour pousser la matière plastique vers une surface interne dudit moule, et une étape (22) de maintien pour maintenir momentanément le gaz sous pression. 9. Disjoncteur comportant au moins un conducteur primaire (3) en série avec au moins un contact (25) et une unité (26) de traitement pouvant commander l'ouverture dudit contact caractérisé en ce qu'il comporte au moins un capteur de courant (24) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 disposé sur le conducteur primaire et fournissant à l'unité de traitement le signal secondaire (Vs).