[0001] L'invention est relative à un capteur de courant selon le préambule de la revendication
1. Un tel dispositif de l'art antérieur est décrit dans le document DE-B-1281545,
dans lequel l'enroulement secondaire délivre une tension de sortie proportionnelle
à dl
1/dt, c'est-à-dire à la variation du courant primaire 1
1 pendant le temps t. La constante de temps secondaire d'un tel capteur amagnétique
ou à circuit magnétique à entrefer est inférieure à 10 microsecondes. La tension de
sortie est appliquée à un circuit intégrateur RC du type à résistance et condensateur
série, destiné à délivrer un signal plus ou moins proportionnel au courant primaire
l
1. Un tel capteur ne provoque pas d'échauffement mais n'est pas adapté pour produire
un signal de puissance.
[0002] Les capteurs conventionnels utilisent d'autre part des transformateurs de courant
à noyaux magnétiques sans entrefer dont l'enroulement secondaire délivre un signal
de mesure proportionnel au courant primaire, le facteur de proportionnalité correspondant
au rapport de transformation du transformateur. La constante de temps secondaire est
supérieure à 100 millisecondes. Ce type de transformateur est capable de délivrer
un signal de mesure et de puissance, mais la section du circuit magnétique doit être
assez importante pour éviter la saturation du circuit magnétique lors du passage de
courants importants dans la ligne. Il en résulte un encombrement important et un coût
de fabrication élevé.
[0003] L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de réaliser un capteur
de courant inductif perfectionné capable de délivrer une puissance secondaire prédéterminée,
avec un échauffement réduit et sans aucune source auxiliaire d'alimentation pour le
fonctionnement de l'appareillage électronique.
[0004] Le capteur inductif selon l'invention est caractérisé par les caractéristiques de
la partie carac- térisante de la revendication 1.
[0005] D'autres avantages ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivre de divers
modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés
aux dessins annexés, dans lesquels:
la figure 1 est une vue schématique d'un capteur de courant hybride à tore selon l'invention;
la figure 2 illustre deux courbes représentatives du module (en traits forts) et du
déphasage (en traits pointillés) du courant de sortie 12, en fonction de la constante de temps secondaire t2 du capteur selon la fig. 1, la
fréquence f du courant primaire 11 étant de 50 Hz;
les figures 3 et 4 sont deux variantes de réalisation du capteur de courant selon
la fig. 1;
la figure 5 représente le schéma équivalent d'un capteur hybride selon les fig. 2
à 4, équipé d'un circuit de compensation de fréquence;
la figure 6 est une vue partielle de la fig. 5 et montre une variante du circuit de
compensation de fréquence;
la figure 7 montre les diagrammes représentatifs des amplitudes des tensios de sortie
U2 et Uc du capteur respectivement avant et après la compensation, en fonction de la fréquence
f du courant primaire h à mesurer;
la figure 8 représente l'application d'un capteur hybride compensé selon l'invention
à un dispositif électronique de commande d'un disjoncteur de protection.
[0006] Sur la figure 1, le capteur de courant hybride 10 comporte un circuit magnétique
CM en forme de tore doté d'un ou de plusieurs entrefers 12 de longueur totale e. Le
circuit magnétique CM est traversé par une ligne 14 d'un réseau d'alimentation en
courant alternatif, la ligne 14 jouant le rôle d'enroulement primaire parcouru par
un courant l
1 à contrôler. Un enroulement secondaire 16 est bobiné sur le tore et comprend n spires
de résistance ohmique R
1. Une résistance de charge R
2 est connectée aux bornes de sortie de l'enroulement secondaire. La constante de temps
secondaire t
2 du capteur hybride est définie par la relation n
2/Re(R,+R
2). Re étant la réluctance totale du circuit magnétique CM.
[0007] L'enroulement secondaire 16 délivre un courant de sortie 12 représentant une grandeur
vectorielle dont le module et le déphasage ϕ par rapport au courant primaire sont
illustrés par les diagrammes de la figure 2 en fonction de la constante de temps secondaire
t
2 et pour une fréquence f donnée du courant primaire l
1. Le module exprimé par le rapport nl
2/l
1 varie entre 0 et 1 lorsque la constante de temps t
2 croît. Pour des constantes de temps t
2 supérieures à 100 millisecondes, le capteur est un transformateur de courant conventionnel.
Pour des constantes de temps t
2 inférieures à 10 microsecondes, le capteur est du type amagnétique. Le capteur hybride
occupe la zone intermédiaire. La section de l'enroulement secondaire d'un capteur
inductif étant proportionnelle au produit n1
2, on remarque sur la figure 2 que c'est le transformateur de courant où n1
2 est voisin de l
1, qui exige le volume de bobinage le plus important et qui est donc le plus coûteux.
[0008] Un capteur hybride dont la constante de temps t
2 est comprise entre 10 microsecondes et 100 millisecondes, nécessite un enroulement
secondaire considérablement réduit par rapport à un transformateur de courant équivalent.
Ou encore dans un encombrement donné, entre un transformateur de courant conventionnel
et un capteur hybride d'intensités nominales primaires identiques, c'est ce dernier
qui est le siège de l'échauffement le plus réduit. Il suffira par conséquent de choisir
les valeurs de la résistance de charge R
2, de la section S du circuit magnétique CM et de la longueur de l'entrefer e pour
déterminer la valeur de t
2. Des essais ont montré que la longueur totale de l'entrefer e devait être comprise
entre 0,5 et 20 millimètres, et la résistance de charge R
2 était comprise entre 10 et 1 000 Ohms selon l'intensité du courant nominal 1
1 à contrôler circulant dans la ligne 14.
[0009] Sur la figure 3, le tore à un entrefer 12 de la fig. 1 a été remplacé par un circuit
magnétique CM
[0010] rectangulaire à deux entrefers 12a, 12b, comprenant deux parties élémentaires en
U situées en regard l'une de l'autre, de manière à confiner une fenêtre traversée
par la ligne 14. Un enroulement secondaire 16 unique est bobiné sur le circuit magnétique
CM.
[0011] Selon la figure 4, l'enroulement secondaire est formé par deux bobines 16a, 16b connectées
en série ou en parallèle, le reste étant identique au capteur de la fig. 3. La position
relative des bobines 16a, 16b par rapport aux entrefers peut être quelconque. Les
caractéristiques du capteur hybride 10 selon les figures 1 à 3 dépendent néanmoins
de la variation de fréquence du courant à à mesurer. L'amplitude et la phase de la
tension de sortie U
2 aux bornes de l'enroulement secondaire 16 varient en effet avec la fréquence. C'est
pourquoi un circuit de compensation 18 (fig. 5) de fréquence est associé au capteur
hybride.
[0012] Le circuit de compensation de fréquence 18 (fig. 5) est formé par un circuit série
RC branché en parallèle aux bornes de la résistance de charge R
2. Le signal image du courant l
1 à mesurer est la tension U
c aux bornes du condensateur C. Les valeurs de R et C du circuit 18 sont définies par
la relation suivante:
où f
o est la fréquence centrale de compensation (55 Hz par exemple).
[0013] Sur la figure 6, le circuit de compensation 18 est constitué par un circuit série
à inductance L et résistance R, branché en parallèle aux bornes de R
2, le signal image de mesure du courant l
1 étant dans ce cas la tension U
R aux bornes de la résistance R.
[0014] La figure 7 compare les amplitudes des tensions de sorties U
2 et U
c avant et après la compensation en fonction de la fréquence f du courant l
1 à mesurer, les valeurs de la constante de temps t
2 et de l'intensité du courant l
1 étant données. On remarque que l'amplitude de la tension image U
c est sensiblement constante lorsque la fréquence f du courant l
1 est comprise dans une fourchette prédéterminée autour de la fréquence centrale f
o de compensation. Le courant l
1 à mesurer et la tension U
c sont en phase lorsque la fréquence du courant l
1 est égale à la fréquence f
o centrale.
[0015] La figure 8 représente l'application d'un capteur hybride compensé décrit en référence
à la fig. 5, et délivrant un signal secondaire combiné de mesure et d'alimentation
à un dispositif de commande électronique ou déclencheur statique d'un disjoncteur
à propre courant dont l'un des contacts 20 est inséré dans la ligne 14. Le signal
image de mesure U
c du circuit de compensation 18 est injecté dans un système de traitement 22 électronique
par l'intermédiaire d'un premier conducteur de liaison 24. La tension U
2 non compensée de l'enroulement secondaire 16 sera utilisée avantageusement pour l'alimentation
du système de traitement 22 grâce à un deuxième conducteur 26 de liaison. Lors de
l'apparition d'un défaut de surcharge ou de court-circuit sur la ligne 14, la sortie
du système de traitement 22 délivre un ordre de déclenchement à une bobine 28 de commande
qui provoque d'une manière classique le déverrouillage du mécanisme 30 et l'ouverture
des contacts 20 du disjoncteur de protection.
1. Capteur de courant (10) destiné à contrôler le courant dans une ligne (14) d'un
système d'alimentation en énergie électrique, ledit capteur inductif étant couplé
à la ligne et comprenant:
- un circuit magnétique ou noyau CM entourant la ligne (14) et étant doté d'au moins
un entrefer (12, 12a, 12b) amagnétique de longueur prédéterminée (e), ledit circuit
ayant une réluctance Re,
- un enroulement secondaire (16, 16a, 16b) bobiné sur le circuit magnétique CM, et
ayant un nombre de tours n et une résistance ohmique R1,
- une résistance de charge connectée électriquement aux bornes de sortie de l'enroulement
secondaire et ayant une résistance ohmique R2, caractérisé en ce que le capteur inductif (10) est associé à un déclencheur statique
d'un disjoncteur et est du type hybride ayant une constante de temps secondaire t2 définie par la relation n2/Re(R1+R2) dont la valeur est comprise entre 10 microsecondes et 100 millisecondes, et que
l'enroulement secondaire (16, 16a, 16b) dudit capteur hybride (10) coopère avec un
circuit de compensation (18) en fréquence connecté aux bornes de la résistance de
charge R2, pour délivrer un signal image de mesure dont l'amplitude est sensiblement constante
lorsque la fréquence f du courant primaire l1 circulant dans la ligne (14) est comprise dans une fourchette prédéterminée autour
d'une fréquence centrale fo de compensation, ledit signal image de mesure du circuit de compensation (18) étant
injecté dans un système de traitement (22) électronique dudit déclencheur délivrant
un ordre de déclenchement à une bobine (28) de commande du disjoncteur lorsque le
signal image dépasse un seuil prédéterminé, l'alimentation du système de traitement
(22) s'effectuant au moyen de la tension U2 non compensée prélevée aux bornes de la résistance de charge R2.
2. Capteur de courant selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit
circuit de compensation (18) en fréquence comporte un système déphaseur de mise en
phase du signal image de mesure avec le courant primaire l1 à contrôler lorsque la fréquence de ce dernier correspond à la fréquence centrale
fo.
3. Capteur de courant selon la revendicaiton 1 ou 2, caractérisé par le fait que le
circuit de compensation (18) en fréquence est formé par un circuit série à résistance
R et condensateur C, branché en parallèle aux bornes de la résistance de charge R2 tel que le signal image de mesure du courant l1 soit représenté par la tension Uc aux bornes du condensateur C, les valeurs de la résistance R et du condensateur C
du circuit série étant déterminées par la constante de temps RC définie par la relation
1/(2πfo)2t2, fo étant la fréquence centrale de compensation et t2 la constante de temps secondaire du capteur hybride (10).
4. Capteur de courant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le
circuit de compensation (18) en fréquence est constitué par un circuit série à inductance
L et résistance R, branché en parallèle aux bornes de la résistance de charge R2, le signal image de mesure du courant 11 étant la tension UR aux bornes de la résistance R.
5. Capteur de courant selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait
que le matériau du noyau CM est ferromagnétique ou fritté, et que le noyau CM comporte
deux parties élémentaires en U séparées l'une de l'autre par deux entrefers (12a,
12b) disposés de part et d'autre de la ligne (14) jouant le rôle d'enroulement primaire.
6. Capteur de courant selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait
que la longueur totale e de ou des entrefers (12, 12a, 12b) amagnétiques du noyau
CM est comprise entre 0,5 et 20 millimètres, et que la valeur de la résistance de
charge R2 est comprise entre 10 et 1000 Ohms.
1. Stromwandler (10) zum Kontrollieren des Stromes in einer Leitung (14) eines elektrischen
Energieversorgungssystems, wobei der induktive Stromwandler mit der Leitung gekuppelt
ist und aufweist:
- einen Magnetkreis oder Kern CM, der die Leitung (14) umgibt, und der mit mindestens
einem unmagnetischen Luftspalt (12, 12a, 12b) von vorbestimmter Länge a versehen ist,
wobei der genannte Kreis einen magnetischen Widerstand Re besitzt,
- eine auf den Magnetkreis CM gewickelte Sekundärwicklung (16, 16a, 16b) mit n Wicklungen
und einem ohmschen Widerstand R1,
- einen Belastungswiderstand, der elektrisch mit den Ausgangsklemmen der Sekundärwicklung
verbunden ist und einen ohmschen Widerstand R2 besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass der induktive Stromwandler (10) mit einem statischen
Auslöser eines Schalters verbunden ist und von hybrider Art ist, mit einer durch die
Gleichung n2/Re(R,+R2) bestimmte Sekundärzeitkonstante t2, deren Wert zwischen 10 Mikrosekunden und 100 Millisekunden liegt, und dass die Sekundärwicklung
(16, 16a, 16b) des genannten hybriden Stromwandlers (10) mit einer Frequenz-Kompensationsschaltung
(18) zusammenarbeitet, die mit den Klemmen des Belastungswiderstandes R2 verbunden ist, um ein Mess-Bildsignal abzugeben, dessen Amplitude ziemlich konstant
ist, wenn die Frequenz f des in der Leitung (14) fliessenden Primärstromes 11 in einem vorbestimmten Bereich liegt, nahe einer zentralen Kompensationsfrequenz fo, wobei das genannte Mess-Bildsignal der Kompensationsschaltung (18) in ein elektronisches
Verarbeitungssystem (22) des genannten Auslösers eingegeben wird, das einen Auslösebefehl
an eine Spule (28) abgibt zur Steuerung des Leistungsschalters, wenn das Bildsignal
eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, wobei die Versorgung des Verarbeitungssystems
(22) durch die nicht kompensierte Spannung U2 geschieht, die an den Klemmen des Belastungswiderstandes R2 abgenommen wird.
2. Stromwandler gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz-Kompensationsschaltung
(18) ein Phasenschiebersystem aufweist zur Phasenregelung des Mess-Bildsignals mit
dem zu kontrollierenden Primärstrom 11, wenn die Frequenz des letztgenannten der zentralen Frequenz f entspricht.
3. Stromwandler gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz-Kompensationsschaltung
(18) von einer Serienschaltung mit Widerstand R und Kondensator C gebildet wird, parallel
zu den Klemmen des Belastungswiderstandes R2 geschaltet, so dass das Mess-Bildsignal des Stromes 11 durch die Spannung Uc an den Klemmen des Kondensators C dargestellt wird, wobei die Werte des Widerstandes
R und des Kondensators C der Serienschaltung von der Zeitkonstante RC bestimmt werden,
welche durch die Gleichung 1/(2nf.)2t2 definiert wird, wobei fo die zentrale Kompensationsfrequenz und t2 die Sekundär-Zeitkonstante des hybriden Stromwandlers (10) darstellt.
4. Stromwandler gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz-Kompensationsschaltung
(18) von einer Serienschaltung mit einer Induktanz L und einem Widerstand R gebildet
wird, die parallel zu den Klemmen des Belastungswiderstandes R2 geschaltet sind, wobei das Mess-Bildsignal des Stromes l1 die Spannung UR an den Klemmen des Widerstandes R darstellt.
5. Stromwandler gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass das Material des Kernes CM ferromagnetisch oder gesintert ist, und dass der Kern
CM zwei U-förmige Grundteile aufweist, die voneinander durch zwei Luftspalte (12a,
12b) getrennt sind, welche diesseits und jenseits der Leitung
(14), die die Rolle einer Primärwicklung spielt, angeordnet sind.
6. Stromwandler gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Gesamtlänge e des oder der unmagnetischen Luftspalte (12, 12a, 12b) des Kerns CM zwischen
0,5 und 20 Millimetern liegt, und dass der Wert des Belastungswiderstandes R2 zwischen 10 und 1000 Ohms liegt.
1. Current sensor (10) intended to control the current in a line (14) of an electrical
energy supply system, said inductive sensor coupled with the line and comprising:
- a magnetic circuit or core CM enclosing the line (14) and equipped with at least
one amagnetic air-gap (12, 12a, 12b) of predetermined length e, said circuit having
a reluctance Re,
- a secondary winding (16, 16a, 16b) wound about the magnetic circuit CM and having
a number of winding turns n and an ohmic resistance Ri,
- a load resistance connected electrically to the output terminals of the secondary
winding and having an ohmic resistance R2, characterized in that the inductive sensor (10) is associated with a trip device
of a circuit breaker and is of hybrid type with a secondary time constant t2 defined by the relation n2/Re(R1+R2), the value of which is comprised between 10 microseconds and 100 milliseconds, and
that the secondary winding (16, 16a, 16b) of said hybrid sensor (10) cooperates with
a frequency compensating circuit (18) connected to the load resistance R2 terminals, in order to generate a measuring image signal of which the amplitude is
almost constant when the primary current 11 frequency f flowing in the line
(14) is comprised in a predetermined bracket about a compensation central frequency
f
o, the image signal of the compensation circuit (18) measurement being injected into
an electronic processing system (22) of said trip device generating a tripping order
to said circuit breaker operation coil (28) when the image signal exceeds a predetermined
threshold, the processing system (22) supply being carried out by means of the non-compensated
voltage U
2 taken between the load resistance R
2 terminals.
2. Current sensor according to claim 1, characterized in that siad frequency compensating
circuit (18) comprises a phase-shifter system of phasing the measuring image signal
with the primary current 11 to control when the frequency of this last one corresponds to the central frequency
fo.
3. Current sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the frequency compensating
circuit (18) consists of a series circuit comprising a resistance R and a capacitor
C, connected in parallel to the load resistance R2 terminals as the image signal of current 11 measurement is represented by the voltage Uc between the capacitor C terminals, the values of the series circuit resistance R
and capacitor C being determined by the time constant RC defined by the relation 1/(2πfo)2t2, fo being the compensation central frequency and t2 the secondary time constant of the hybrid sensor (10).
4. Current sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the frequency compensating
circuit (18) comprises a series circuit with inductance L and resistance R, connected
in parallel to the load resistance R2 terminals, the image signal of current 11 measurement being the voltage UR between the resistance R terminals.
5. Current sensor according to any of the former claims 1 to 4, characterized in that
the core CM material is ferromagnetic or sintered, and that the core CM comprises
two U-shaped elementary portions separated from each other by two air-gaps (12a, 12b)
disposed on both sides of the line (14) acting as primary winding.
6. Current sensor according to any of the claims 1 to 5, characterized in that the
total length e of one or several amagnetic air-gaps (12, 12a, 12b) of core CM is advantageously
comprised between 0.5 and 20 millimeters, and the load resistance R2 value in the neighbourhood of 10 to 1000 ohms.