FR2507811A1 - AC current sensor with large measuring range - comprises series of coils which form polygon with central aperture for receiving conductor to be measured - Google Patents
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Abstract
Description
Capteur de courant sans fer à très grande plage de mesure.Iron-free current sensor with very large measuring range.
L'invention a pour objet un capteur de courant sans fer à très grande plage de mesure. Elle s'aplique plus particulièrement à la mesure industrielle des courants alternatifs pour une gamme très grande de courants. La mesure industrielle des courants alternatifs s'effectue généralement à l'aide de transformateurs de courant.The invention relates to an iron-free current sensor with a very large measuring range. It is applied more particularly to the industrial measurement of alternating currents for a very wide range of currents. The industrial measurement of alternating currents is generally carried out using current transformers.
Les transformateurs de courant sont bien connus : ils délivrent un courant secondaire proportionnel au courant primaire, avec une précision connue et peuvent fournir une puissance appréciable, mais ils ne peuvent pas couvrir une gamme de courants très grande dans de bonnes conditions ; la gamme est limitée d'une part par l'existence du courant magnétisant, qui limite-la valeur imférieure du courant mesurable, d'autre part par la saturation du circuit magnétique, qui limite la valeur supérieure du courant mesurable; leur volume et leur poids sont déterminés beaucoup plus par le courant à mesurer que par la puissance secondaire nécessaire. Par conséquent, il est difficile de réaliser des transformateurs de courant économique capables de couvrir une grande gamme de courant.Les boucles de mesure de la différence de potentiel magnétique autour d'un conducteur parcouru par un courant sont également connues. Elles délivrent une tension proportionnelle à la dérivée du courant, et cette tension peut être utilisée pour divers traitements électroniques ou électroniques et électromécaniques.
Cependant, les réalisations connues à ce jour sont le plus souvent des réalisations destinées à des mesures de laboratoire ou de plateforme d'essais : elles sont en général très précises et onéreuses.Current transformers are well known: they deliver a secondary current proportional to the primary current, with known precision and can provide appreciable power, but they cannot cover a very large range of currents under good conditions; the range is limited on the one hand by the existence of the magnetizing current, which limits the lower value of the measurable current, on the other hand by the saturation of the magnetic circuit, which limits the upper value of the measurable current; their volume and weight are determined much more by the current to be measured than by the secondary power required. Consequently, it is difficult to produce economical current transformers capable of covering a large range of current. The loops for measuring the difference in magnetic potential around a conductor through which a current flows are also known. They deliver a voltage proportional to the derivative of the current, and this voltage can be used for various electronic or electronic and electromechanical treatments.
However, the realizations known to date are most often realizations intended for laboratory measurements or testing platform: they are in general very precise and expensive.
Les boucles de mesure utilisant le principe de Rogowski, telles que décrites dans le brevet français nO 1 478 330, ont une forme de boucle ou de tore mais présentent l'inconvénient d'être encombrantes et il est difficile d'en diminuer le rayon de courbure de manière à réaliser un capteur de faible dimension facilement utilisable sur un appareil.Measuring loops using the Rogowski principle, as described in French patent No. 1 478 330, have the shape of a loop or torus but have the drawback of being bulky and it is difficult to reduce the radius of it. curvature so as to produce a small sensor easily usable on a device.
La présente invention a pour but de palier les inconvénients précédents et concerne des capteurs de courant mesurant la différence de potentiel magnétique engendrée par le passage d'un courant, délivrant une tension proportionnelle à la dérivée de ce courant, dans des conditions acceptables de précision pour une utilisation industrielle, c'est-à-dire de l'ordre de + 1 %, mais réalisés de façon économique. De cette façon, le calibre du capteur de mesure dépend uniquement de la section du conducteur traversant le capteur et aucunement du capteur lui-même. I1 est donc facile de réaliser des capteurs couvrant une grande plage.The present invention aims to overcome the above drawbacks and relates to current sensors measuring the difference in magnetic potential generated by the passage of a current, delivering a voltage proportional to the derivative of this current, under acceptable conditions of precision for industrial use, that is to say of the order of + 1%, but produced economically. In this way, the gauge of the measurement sensor depends solely on the section of the conductor passing through the sensor and in no way on the sensor itself. It is therefore easy to produce sensors covering a large range.
Suivant l'invention, le capteur comprend une succession de bobinages adjacents en fil conducteur dont les axes de symétrie sont disposés suivant un contour polygonal.According to the invention, the sensor comprises a succession of adjacent windings in conductive wire whose axes of symmetry are arranged along a polygonal contour.
Suivant l'invention, le procédé de fabrication du capteur comprend les opérations suivantes - fabrication en une seule opération d'une succession de
bobinages rigides et adjacents, - pliage de façon que les axes de symétrie des bobinages
forment un contour polygonal. According to the invention, the method of manufacturing the sensor comprises the following operations - manufacturing in a single operation of a succession of
rigid and adjacent windings, - folding so that the axes of symmetry of the windings
form a polygonal outline.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparateront clairement à la lumière de la description ci-après.Other features and advantages of the invention will become apparent in the light of the description below.
Au dessin annexé
La figure 1 représente une vue en perspective d'une succession de bobinages adjacents montés sur un mandrin,
La figure 2 représente une vue en perspective d'un contour préférentiel donné à la succession de bobinages dans le but de constituer un capteur de courant,
Les figures 3 et 4 représentent chacune une vue latérale d'une autre forme de contour à donner au capteur,
La figure 5 représente une vue latérale d'un bobinage monté dans un boîtier à charnière,
La figure 6 représente une vue latérale dtun capteur comportant dans sa partie centrale un bloc de cuivre,
La figure 7 est une vue en coupe du même capteur montrant les fonctions de connexion et de fixation du bloc de cuivre
Les figures 8 et 9 sont respectivement une vue en coupe et une vue latérale d'un capteur muni d'un blindage, et
Les figures 10 et 11 sont deux vues en perspective de dispositifs de montage des capteurs.In the attached drawing
FIG. 1 represents a perspective view of a succession of adjacent windings mounted on a mandrel,
FIG. 2 represents a perspective view of a preferential contour given to the succession of windings in order to constitute a current sensor,
FIGS. 3 and 4 each represent a side view of another shape of contour to be given to the sensor,
FIG. 5 represents a side view of a winding mounted in a hinged housing,
FIG. 6 represents a side view of a sensor comprising in its central part a copper block,
Figure 7 is a sectional view of the same sensor showing the connection and attachment functions of the copper block
FIGS. 8 and 9 are respectively a sectional view and a side view of a sensor fitted with a shield, and
Figures 10 and 11 are two perspective views of sensor mounting devices.
La figure 1 représente un ensemble de bobinages 3 de section carrée, obtenu par le procédé consistant à enrouler en une ou plusieurs couches et de façon jointive, un fil conducteur émaillé thermo-adhérent ou non sur un mandrin démontable 1 de section carrée ou rectangulaire et comportant sur une de ses faces des proéminences 2 permettant de réaliser en une seule opération de bobinage et sans couper le fil conducteur, une succession de bobinages à spires jointives dont les longueurs sont déterminées par les espacements entre les différentes proéminences.FIG. 1 represents a set of windings 3 of square section, obtained by the process consisting in winding in one or more layers and in a joined manner, an enamelled conductive wire which is thermally adhered or not on a removable mandrel 1 of square or rectangular section and comprising on one of its faces prominences 2 making it possible to produce, in a single winding operation and without cutting the conductive wire, a succession of windings with contiguous turns, the lengths of which are determined by the spacings between the different prominences.
La succession de bobinages 3 est rendue rigide soit par imprégnation, dans le cas d'un fil conducteur non thermoadhérent, soit de manière préférentielle par un chauffage dans le cas de bobinages avec fil thermo-adhérent. Les bobinages ayant été rendus rigides, on démonte le mandrin et on plie le bobinage aux parties non jointives qui ont été ménagées par les proéminences de façon à donner au bobinage le contour de forme carrée ou rectangulaire que l'on désire, tel que représenté sur les figures 2 à 4.The succession of coils 3 is made rigid either by impregnation, in the case of a non-thermoadherent conductive wire, or preferably by heating in the case of coils with thermo-adherent wire. The windings having been made rigid, the mandrel is dismantled and the winding is folded to the non-contiguous parts which have been formed by the prominences so as to give the winding the contour of square or rectangular shape that is desired, as shown in Figures 2 to 4.
Un autre procédé de réalisation du capteur peut consister à utiliser une carcasse en matière plastique rectiligne, précassée ou pré-découpée, aux différents en-droits de pliage, à bobiner le fil émaillé sur la carcasse, à solidariser les spires entre elles par chauffage dans le cas d'un fil thermo-adhérent ou par imprégnation dans le cas d'un fil.non thermo-adhérent et enfin à plier de façon à former un carré ou un rectangle de dimension voulue, tel que représenté sur les figures 2 à 4. L'opération de solidarisation des spires par imprégnation ou par chauffage pouvant éventuellement être évitée, si la carcasse a une forme telle que les bobinages ne peuvent pas se défaire.Another method of producing the sensor may consist of using a rectilinear, pre-cut or pre-cut plastic carcass, with different bending rights, winding the enameled wire on the carcass, joining the turns together by heating in in the case of a thermo-adherent wire or by impregnation in the case of a non-thermo-adherent wire and finally to fold so as to form a square or a rectangle of desired size, as shown in FIGS. 2 to 4 The operation of joining the turns by impregnation or by heating can possibly be avoided, if the carcass has a shape such that the windings cannot be undone.
Un autre procédé de réalisation du capteur peut consister à utiliser quatre carcasses distinctes en matière plastique, à bobiner simultanément le fil émaillé sur les quatre carcasses selon les procédés habituels de bobinage, et à former un carré ou un rectangle en disposant les bobines dans un boîtier.Another method of producing the sensor may consist in using four separate plastic carcasses, simultaneously winding the enameled wire on the four carcasses according to the usual winding methods, and in forming a square or a rectangle by arranging the coils in a housing. .
Le bobinage doit être réalisé régulièrement, de préférence avec un nombre pair de couches bobinées alternativement avec un pas de bobinage dans un sens et dans l'autre, pour neutraliser l'action des champs extérieurs. Par contre, si le nombre de couches est impair, les deux extrémités du bobinage sont ramenées du même côté par un fil disposé longitudinalement à l'intérieur de la bobine, comme représenté sur la figure 1, en pointillé.The winding must be carried out regularly, preferably with an even number of layers wound alternately with a winding pitch in one direction and in the other, to neutralize the action of the external fields. By cons, if the number of layers is odd, the two ends of the winding are brought to the same side by a wire disposed longitudinally inside the coil, as shown in Figure 1, in dotted lines.
La figure 4 représente une autre forme de capteur constitué par deux bobinages parallèles.FIG. 4 represents another form of sensor constituted by two parallel windings.
La figure 5 représente une forme de réalisation du capteur dans laquelle, après avoir réalisé le bobinage, le capteur est introduit dans un bottier 4 en matière plastique ou tout autre matériau adéquat obtenu par moulage, ou entouré par un surmoulage formant boîtier. Le boîtier ainsi formé pourra être articulé autour d'une charnière 7 constituée par un voile en matière plastique obtenu au moulage et situé à l'angle opposé des bornes de sortie ou connecteurs 5 et des moyens de verrouillage 6 permettant de refermer le capteur de façon à former un contour polygonal. La fermeture peut être obtenue par un verrouillage 6 à pression, réalisé par moulage ou par tout autre moyen équivalent. La charnière et le verrouillage permettant d'avoir un capteur qui puisse se monter sur une installation fixe sans avoir à toucher l'installation . Les extrémités du bobinage sont raccordées à des plages de sortie 5 constituées par des connecteurs à vis, ou à "fast-on", ou à souder, solidaires du bottier.FIG. 5 represents an embodiment of the sensor in which, after having carried out the winding, the sensor is introduced into a casing 4 made of plastic or any other suitable material obtained by molding, or surrounded by an overmolding forming a housing. The housing thus formed can be articulated around a hinge 7 constituted by a plastic veil obtained by molding and located at the opposite angle from the output terminals or connectors 5 and locking means 6 making it possible to close the sensor so to form a polygonal outline. The closure can be obtained by a pressure lock 6, produced by molding or by any other equivalent means. The hinge and the locking allowing a sensor which can be mounted on a fixed installation without having to touch the installation. The ends of the winding are connected to output pads 5 constituted by screw connectors, or "fast-on" connectors, or connectors to be welded, integral with the shoemaker.
Comme représenté sur la figure 6, la partie centrale du capteur peut être remplie par un bloc de cuivre 11 solidaire du bottier, pour assurer la connexion entre deux conducteurs plats du type à borne ou à cosse et pour permettre le montage du capteur entre ces deux conducteurs, comme on l'a représenté sur la figure 7.As shown in FIG. 6, the central part of the sensor can be filled with a copper block 11 secured to the case, to ensure the connection between two flat conductors of the terminal or lug type and to allow the sensor to be mounted between these two conductors, as shown in Figure 7.
La figure 8 représente un capteur dont le bobinage a été entouré d'un blindage 8. Ce blindage permet de diminuer l'influence des courants extérieurs et de rendre le capteur moins sensible à la position du fil conducteur dont on veut mesurer le courant à l'intérieur du capteur. FIG. 8 represents a sensor whose winding has been surrounded by a shielding 8. This shielding makes it possible to reduce the influence of external currents and to make the sensor less sensitive to the position of the conducting wire whose current we want to measure inside the sensor.
La figure 9 nous montre que le blindage n'est pas fermé sur lui-même de façon à éviter la saturation du métal le constituant.Figure 9 shows us that the shield is not closed on itself so as to avoid saturation of the metal constituting it.
La figure 10 nous montre un exemple de réalisation du capteur dans lequel une barre conductrice 9 est immobilisée par moulage à l'intérieur du capteur. Cette barre 9 sert à conduire le courant à mesurer, et d'élément de montage du capteur, ainsi que d'élément de liaison entre deux appareils ou deux éléments conducteurs. FIG. 10 shows an exemplary embodiment of the sensor in which a conductive bar 9 is immobilized by molding inside the sensor. This bar 9 is used to conduct the current to be measured, and as a sensor mounting element, as well as a connecting element between two devices or two conductive elements.
Une autre forme de montage du capteur est représentée figure 11, où l'on peut voir un moulage 10 placé à l'intérieur du capteur permettant d'enfiler celui-ci sur le ou les fils conducteurs dont on veut mesurer le courant.Another form of mounting of the sensor is shown in FIG. 11, where one can see a molding 10 placed inside the sensor allowing it to be threaded on the conductor wire or wires whose current is to be measured.
I1 va de soi que les réalisations représentées et décrites ne sont que des exemples et que diverses modifications pourront être apportées sans s'écarter de l'esprit de l'invention. It goes without saying that the embodiments shown and described are only examples and that various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
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