FR2608283A1 - Dispositif capteur de courant electrique - Google Patents
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Abstract
LE PRESENT DISPOSITIF COMPORTE UN CIRCUIT MAGNETIQUE 22 COUPLE AVEC UN CONDUCTEUR PRIMAIRE 1 ET AVEC UNE BOBINE DE MESURE 2 CONNECTEE A UNE SOURCE DE COURANT PAR L'INTERMEDIAIRE D'UN CIRCUIT DE COMMANDE CORRESPONDANT. LE CIRCUIT MAGNETIQUE PRESENTE UN ENTREFER 23 DANS LEQUEL EST DISPOSE UN DISPOSITIF DETECTEUR DE CHAMP MAGNETIQUE 3 CONNECTE ELECTRIQUEMENT A L'ENTREE DUDIT CIRCUIT DE COMMANDE POUR L'ASSERVISSEMENT D'UN COURANT DE COMPENSATION DU CHAMP MAGNETIQUE, FOURNI A LADITE BOBINE DE MESURE. LE DISPOSITIF COMPORTE UN CIRCUIT IMPRIME AGENCE POUR MINIMISER L'INTERACTION ENTRE LE CIRCUIT DU COURANT DE MESURE ET L'ENTREE DU CIRCUIT DE COMMANDE, POUR REDUIRE L'INTERACTION ENTRE LE CONDUCTEUR PRIMAIRE ET LA BOBINE DE MESURE PAR RAYONNEMENT ELECTRO-MAGNETIQUE ET POUR AMELIORER LA DISSIPATION DE CHALEUR DU CIRCUIT IMPRIME. L'INVENTION S'APPLIQUE A LA MESURE D'UN COURANT PRIMAIRE D'INTENSITE RELATIVEMENT ELEVEE ET PERMET DE REDUIRE L'ENCOMBREMENT TOUT EN AMELIORANT LES PERFORMANCES DES DISPOSITIFS CONNUS.
Description
La présente invention concerne un dispositif capteur de courant électrique
destiné à mesurer un courant relativement fort passant dans un conducteur et/ou à produire une image de ce courant. Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif capteur de courant comportant au moins un circuit magnétique agencé de façon à pouvoir être couplé avec le conducteur primaire dans lequel passe le courant à détecter, le circuit magnétique présentant au moins un entrefer et au moins une bobine de mesure étant couplé avec ce circuit. Un dispositif détecteur de champ magnétique est disposé dans ledit entrefer. Une source de courant et un circuit de commande correspondant ont des bornes d'entrée reliées audit dispositif détecteur de champ magnétique, un dispositif de mesure et/ou d'affichage du courant est monté en série avec cette bobine de mesure et ledit circuit de commande comporte des bornes de sortie connectées audit montage en série. Un but de la présente invention est de fournir un dispositif capteur du type décrit ci-dessus qui puisse être réalisé dans des dimensions réduites de manière à accroître le rapport entre le courant primaire maximal acceptable et
le volume ainsi que le coût de fabrication du dispositif.
Un autre but de l'invention est d'augmenter la précision du dispositif de mesure en réduisant les interactions entre
différentes parties du dispositif.
Selon l'invention, la bobine de mesure, le dispositif détecteur de champ magnétique, le dispositif de mesure et/ou d'affichage du courant et la source de courant susmentionnés sont connectés à un circuit imprimé réalisé sur une plaquette de circuit imprimé de telle façon qu'une première borne de sortie du circuit de commande, qui est connectée à la bobine de mesure, ainsi que les parties du circuit imprimé qui sont directement connectées à ladite première borne de sortie et sont donc au même potentiel que celle-ci, sont disposées dans une zone de la plaquette du circuit qui est sensiblement éloignée de la zone dans laquelle se trouvent lesdites bornes d'entrée du circuit de commande. D'autre part, conformément à l'invention, la bobine de mesure, le dispositif détecteur de champ magnétique, le dispositif de mesure et/ou d'affichage du courant et la source de courant susmentionnés sont connectés à un circuit imprimé réalisé sur une plaquette de circuit imprimé comportant une ouverture pour recevoir ledit conducteur primaire, cette ouverture étant munie sur au moins une face de la plaquette et sur la majeure partie mais pas sur la totalité de son périmètre, de parties conductrices à un
potentiel constant.
Un autre aspect de l'invention consiste en un agencement dudit circuit imprimé de telle façon qu'il comporte des zones métallisées surdimensionnées, dans le plan de la plaquette, par rapport aux besoins de la conduction électrique de manière à améliorer la dissipation de chaleur. D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon la présente invention ressortiront plus clairement de la
description suivante, donnée à titre d'exemple, d'une forme
d'exécution préférée, illustrée dans le dessin annexé dans lequel la figure 1 est un schéma du circuit électrique de base d'un dispositif capteur auquel s'applique l'invention, la figure lA est une vue, partiellement en coupe, du circuit magnétique d'un dispositif capteur selon la figure 1, la figure 2 est une vue de l'une des faces d'une plaquette de circuit imprimé d'un dispositif selon l'invention, sur laquelle des parties seulement de la métallisation ont été représentées, et la figure 3 est une vue de la face opposée de la plaquette selon la figure 2 sur laquelle également seulement certaines parties de l'ensemble de la métallisation ont été représentées. Selon le schéma de la figure 1, un conducteur primaire 1 est couplé avec un circuit magnétique (non représenté à la
figure 1), dans lequel il produit un champ magnétique H1.
Ce circuit magnétique qui est représenté à la figure lA, est formé par un ensemble 22 de tôles en forme de C, superposées, en un matériau magnétiquement perméable, et il est agencé de manière à permettre le passage du conducteur primaire 1 essentiellement en son centre. Il est couplé, par ailleurs, avec une bobine de mesure 2 qui, lors du fonctionnement, est alimenté en un courant de mesure produisant un champ magnétique H2 dans le sens opposé au champ H1. Le circuit magnétique présente un entrefer 23 dans lequel est logé un détecteur de champ magnétique 3, de préférence un dispositif à effet Hall, le signal de sortie duquel est appliqué à des bornes 14, 15 d'un circuit de commande. Ce dernier comporte en particulier un amplificateur 4 et un circuit d'alimentation en courant de mesure 5 représenté par une paire de transistors 6, 7 connectés en série entre la borne positive 8 et la borne négative 9 d'une source de courant. La sortie de l'amplificateur 4 est connectée aux électrodes de commande des transistors 6, 7, dont les émetteurs sont connectés
ensemble à une première borne E de la bobine de mesure 2.
La deuxième borne M de cette bobine est connectée, par l'intermédiaire d'un dispositif de mesure du courant 10 et/ou une résistance de mesure 11 de faible valeur, à la masse du dispositif représentée par la borne O. Lors du passage d'un courant primaire dans le conducteur 1, le détecteur à effet Hall 3 détecte la différence entre les champs H1 et H2 et fournit un signal de commande servant à l'asservissement du courant de mesure dans la bobine 2, de manière à ramener cette différence à zéro. Le courant mesuré entre les bornes M et O représente donc à chaque instant la valeur du courant primaire, fournissant ainsi
une image de celui-ci.
Le terme mesurer utilisé ici, signifie généralement, dériver du courant à détecter une grandeur décrivant l'intensité de ce courant, en particulier l'intensité instantanée en fonction du temps, alors que produire une image est censé comprendre toutes les façons d'afficher ou de produire d'une autre manière- une représentation des
variations de courant dans le temps.
Le présent dispositif comporte une plaquette de circuit imprimé 12 représenté respectivement recto et verso aux figures 2 et 3. Cette plaquette de circuit imprimé comporte une ouverture centrale 13 à travers laquelle passe le conducteur primaire 1. Les métallisations formées sur chacune des deux faces de la plaquette de circuit imprimé sont seulement représentées en partie aux figures 2 et 3 et les composants montés sur la plaquette et d'autres parties du circuit connectées à celle-ci, à savoir la bobine de mesure 2, la source de courant électrique connectée aux bornes 8 et 9 et les dispositifs de mesure et/ou d'affichage de courant connectés à la borne M, ne sont pas
représentés dans les figures 2 et 3.
La face de la plaquette de circuit imprimé représentée à la figure 2 montre en particulier l'emplacement de la borne E de la bobine de mesure 2 et l'emplacement des bornes d'entrée 14, 15 de l'amplificateur 4. Il s'est avéré que le présent agencement de ces bornes, selon lequel la borne E et les parties de connexion qui sont au même potentiel, sont sensiblement éloignées des bornes d'entrée de l'amplificateur 4, permet de réduire considérablement des perturbations du circuit de commande, en particulier en ce
qui concerne les composantes à fréquence élevée.
Un autre agencement qui conduit à une amélioration sensible des performances du présent dispositif et qui permet de réaliser celui-ci sous une forme très compacte, est également montré dans les figures 2 et 3. Cet agencement consiste en des portions métallisées entourant la majeure partie de l'ouverture 13 sur au moins une face, et de préférence sur les deux faces de la plaquette de circuit imprimé. Ces portions comportent essentiellement les portions connectées à la borne 9 de la source de courant et qui sont donc maintenues à un potentiel constant. Ces portions qui ne forment pas une boucle entièrement fermée autour de l'ouverture 13, constituent un écran efficace vis-à-vis du rayonnement électromagnétique émanant du conducteur primaire 1. Ceci évite en particulier des perturbations dûes au courant dans le conducteur primaire 1, plus particulièrement lors de fortes variations de
l'intensité du courant primaire.
Une autre caractéristique de la plaquette de circuit imprimé du présent dispositif est également montrée dans les figures 2 et 3 en rapport avec les parties de connexion métallisées du circuit imprimé. Ces métallisations comportent des zones étendues qui sont sensiblement surdimensionnées, dans le plan de la plaquette, par rapport aux besoins de la conduction électrique entre les différents points à connecter, l'agencement représenté permettant de réaliser une amélioration de la dissipation de chaleur de la plaquette 12. De telles portions étendues sont en particulier les zones 16 à 21 représentées dans les figures 2 et 3. Cette caractéristique contribue également à l'amélioration du fonctionnement du présent dispositif et permet de réduire la taille de celui-ci à un minimum essentiellement défini par les dimensions extérieures du
circuit magnétique.
Claims (3)
1. Dispositif capteur de courant Ilectrique pour mesurer un courant passant dans un conducteur primaire et/ou pour produire une image de ce courant, comportant au moins un circuit magnétique agencé de façon à pouvoir être couplé magnétiquement avec ledit conducteur primaire et présentant au moins un entrefer, au moins une bobine de mesure couplée avec ledit circuit magnétique, un dispositif de détection de champ magnétique disposé dans ledit entrefer, une source de courant et un circuit de commande associé à celle-ci ayant des bornes d'entrée reliées audit dispositif détecteur de champ magnétique, un dispositif de mesure et/ou d'affichage du courant monté en série avec ladite bobine de mesure, ce circuit de commande ayant des bornes de sortie connectées à ce montage en série, caractérisé en ce qu'il comporte une plaquette de circuit imprimé (12) à laquelle sont connectées ladite bobine de mesure (2), ledit dispositif détecteur de champ magnétique (3), ledit dispositif de mesure et/ou d'affichage du courant (10, 11) et ladite source de courant, le circuit imprimé sur ladite plaquette étant agencé de telle façon qu'une première (E) desdites bornes de sortie du circuit de commande (4, 5) qui est connectée à ladite bobine de mesure (2), de même que les portions (19) du circuit imprimé (12) qui sont directement connectées à cette première borne de sortie (E) et qui sont donc au même potentiel que celle-ci, sont disposées dans une zone de ladite plaquette qui est sensiblement éloignée de la zone dans laquelle sont disposées lesdites bornes d'entrée (14, 15) du circuit de commande.
2. Dispositif capteur de courant électrique pour mesurer un courant passant dans un conducteur primaire et/ou pour produire une image de ce courant, comportant au moins un circuit magnétique agencé de façon à pouvoir être couplé magnétiquement avec ledit conducteur primaire et présentant au moins un entrefer, au moins une bobine de mesure couplée avec ledit circuit magnétique, un dispositif détecteur de champ magnétique disposé dans ledit entrefer, une source de courant et un circuit dé commande associé à celle-ci ayant des bornes d'entrée reliées audit dispositif détecteur de champ magnétique, un dispositif de mesure et/ou d'affichage du courant monté en série avec ladite bobine de mesure, ce circuit de commande ayant des bornes de sortie connectées à ce montage en série, caractérisé en ce qu'il comporte une plaquette de circuit imprimé (12) à laquelle sont connectés ladite bobine de mesure (2), ledit dispositif détecteur de champ magnétique (3), ledit dispositif de mesure et/ou d'affichage du courant (10, 11) et ladite source de courant, la plaquette de circuit imprimé comportant une ouverture (13) pour recevoir ledit conducteur primaire (1), cette ouverture étant munie sur au moins une face de la plaquette et sur la majeure partie mais pas sur la totalité de son périmètre, de parties conductrices à un potentiel constant.
3. Dispositif capteur de courant selon l'une des
revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite
plaquette de circuit imprimé comporte des zones métallisées (16 à 21) qui sont surdimensionnées, dans le plan de la plaquette, par rapport aux besoins de conduction électrique, de manière à améliorer la dissipation de chaleur.
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