FR2727209A1

FR2727209A1 - Detecteur de courant alternatif a geometrie de plaques paralleles et auto-alimentation

Info

Publication number: FR2727209A1
Application number: FR9513626A
Authority: FR
Inventors: Ertugrul Berkcan; Raymond Kelsey Seymour
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1994-11-21
Filing date: 1995-11-17
Publication date: 1996-05-24
Anticipated expiration: 2015-11-17
Also published as: FR2727209B1; US5587651A

Abstract

Ce détecteur de courant alternatif comprend une première plaque conductrice (12); une seconde plaque conductrice (16) située à distance et en face de la première plaque conductrice; une troisième plaque conductrice (18) interconnectant lesdites première et seconde plaques de manière à former un chemin conducteur le long des première et seconde plaques; les première et seconde plaques étant configurées de manière à former des composantes respectives de champ magnétique sensiblement autour de chacune des première et seconde plaques pendant la circulation du courant le long des chemins conducteurs; un moyen de détection (50) pour détecter les variations de champ magnétique dans une région de détection prédéterminée; et un moyen formant conducteur (100) transportant sensiblement tout le courant qui circule le long du chemin conducteur pour produire un champ magnétique sur une région conductrice, la région de détection et la région conductrice ne se recouvrant sensiblement pas l'une l'autre.

Description

"Détecteur de courant alternatif à géométrie
de plaques parallèles et auto-alimentation"
La présente invention concerne des détecteurs de courant et elle a trait, plus particulièrement, à un détecteur de courant alternatif utilisant une géométrie de plaques paral lèles et comportant un conducteur pour assurer une autoalimentation séparée.

Des détecteurs de courant, tels que celui décrit dans le brevet US-5 066 904 sont connus dans la technique. Ces détecteurs, bien qu'utiles, présentent certains inconvénients comprenant la nécessité d'utiliser un shunt ou dérivation de courant précis qui est conçu de façon méticuleuse pour fournir une mesure de courant extrêmement précise. Par exemple, l'utilisation d'un tel shunt précis contribue quelque peu à réduire les dimensions, le poids et le prix de revient du détecteur de courant en diminuant le nombre d'ampère-tours dans la partie active du détecteur de courant.Toutefois, même l'utilisation d'un shunt de courant précis introduit, de façon typique, certaines dépenses entraînées par les matériaux du détecteur de courant, tels que les matériaux à faible coefficient de température, par le grand nombre de spires d'enrou lement dans les bobines de détection et de rétroaction sur le shunt de courant, ainsi que par le soin nécessaire pour fabriquer le détecteur de courant. I1 existe donc une demande pour un détecteur de courant qui apporte une solution à ces problemes, c'est-à-dire un détecteur de courant qui évite, de façon appropriée, la nécessité d'un shunt de courant pour obtenir une mesure précise de courant.

En outre, du fait que le détecteur de courant comporte, de façon caractéristique, des circuits associés tels que des circuits de conditionnement de signaux, des circuits de traitement de signaux, des circuits de commande et d'autres circuits analogues, il est également souhaitable que le détecteur de courant présente une aptitude à une autoalimentation qui permette l'alimentation électrique de tels circuits associés d'une manière qui est essentiellement indépendante ou séparée de toute opération de mesure de courant ou de détection de courant en cours d'exécution dans le détecteur de courant.Ceci est particulièrement souhaitable étant donné que les exigences respectives relatives à la conception et à la précision de tout shunt de courant et de tout transformateur associé que l'on utilise à la fois pour détecter le courant et pour une auto-alimentation sont, de façon caractéristique, beaucoup plus contraignantes, c'est-adire restrictives, que ne le seraient les exigences respectives concernant la restriction et la précision d'un conducteur individuel non compliqué et un transformateur associé qui seraient exclusivement réservés à une auto-alimentation.Par exemple, cette disposition permettrait, avantageusement, de réduire davantage les dimensions, le poids et le prix de revient du détecteur de courant par suite de la souplesse plus grande de conception et des dépenses plus faibles qu'entraîne un conducteur et un transformateur individuels servant exclusivement à une auto-alimentation par rapport à un transformateur et un shunt de courant devant également fournir des mesures de courant extrêmement précises. En outre, les disjoncteurs de forte intensite exigent en général des détecteurs de courant présentant une plage dynamique et une précision élevées tout en conservant un prix de revient relativement bas et des dimensions relativement faibles.

De façon générale, la présente invention répond aux besoins précités en fournissant un détecteur de courant alternatif qui comprend une première plaque conductrice, une seconde plaque conductrice espacée de la première plaque conductrice et située sensiblement en face de la première plaque conductrice, et une troisième plaque conductrice destinée à relier electriquement l'une à l'autre les première et seconde plaques conductrices de manière à former, le long des première et seconde plaques conductrices, un chemin conducteur connecté. Les première et seconde plaques conductrices sont profilées de manière à former des composantes respectives des champs magnétiques sensiblement autour de chacune des première et seconde plaques conductrices pendant que le courant circule le long du chemin conducteur.Un moyen de détection, tel qu'une ou plusieurs bobines à noyau d'air, est prévu pour détecter les variations du flux magnétique à l'intérieur d'une région de détection prédéterminée, telle que dans un passage compris entre les première et seconde plaques conductrices et/ou au voisinage des surfaces extérieures respectives des première et seconde plaques conductrices. Un moyen formant conducteur, tel qu'une plaque rectangulaire d'une façon générale, ou une structure conductrice configuree de façon appropriée, est en outre prévue pour transporter sensiblement tout le courant qui circule le long du chemin conducteur de manière à produire un champ magnétique sur une région conductrice. De préférence, la région de détection et la région conductrice ne se recouvrent sensiblement pas l'une l'autre.Un moyen transformateur, tel qu'un transformateur de courant, est couplé magnétiquement au moyen formant conducteur de manière à fournir un niveau prédéterminé de courant electrique qui, par exemple, peut être utilisé commodément pour alimenter en électricité les divers circuits associés aux détecteurs de courant.

Le détecteur de courant alternatif selon la présente invention comprend: - une première plaque conductrice ; - une seconde plaque conductrice, espacée de ladite
première plaque conductrice et disposée sensiblement en
face de cette première plaque conductrice ; - une troisième plaque conductrice pour interconnecter
électriquement lesdites première et seconde plaques
conductrices de manière à former, le long desdites
première et seconde plaques conductrices, un chemin
conducteur connecté
lesdites première et seconde plaques conductrices étant
configurées de manière à former des composantes res
pectives de champ magnétique sensiblement autour de
chacune des première et seconde plaques conductrices
pendant la circulation du courant le long du chemin
conducteur ; ; - un moyen de conduction pour détecter les variations du
flux magnétique dans une région de détection pré
déterminée ; et - un moyen formant conducteur transportant sensiblement
tout le courant qui circule le long du chemin conducteur
afin de produire un champ magnétique dans une région
conductrice, ladite région de détection et ladite région
condutrice ne se recouvrant sensiblement pas l'une
l'autre.

Le détecteur présente en outre les caractéristiques suivantes prises isolement ou en combinaison: - lesdites première et seconde plaques conductrices sont
sensiblement parallèles l'une à l'autre - ledit moyen formant conducteur comprend une plaque
rectangulaire dans son ensemble, connectée élec
triquement à une plaque conductrice choisie parmi les
groupes constitues des premières et secondes plaques
conductrices.

- ladite plaque rectangulaire dans son ensemble et ladite
première plaque conductrice constituent une structure
monobloc ; - ladite plaque rectangulaire dans son ensemble et ladite
seconde plaque conductrice constituent une structure
monobloc - lesdits moyens formant conducteurs constituent une
structure en forme de H dans son ensemble - ladite structure en forme de H dans son ensemble est
connectée électriquement à une plaque conductrice
choisie parmi le groupe comprenant les première et
seconde plaques conductrices - ladite structure en forme de H dans son ensemble et
ladite première plaque conductrice constituent une
structure monobloc - ladite structure en forme de H dans son ensemble et
ladite seconde plaque conductrice constituent une
structure monobloc ;; ladite troisième plaque conductrice constitue ledit
moyen formant conducteur destine à produire le champ
magnétique dans la région conductrice.

Le détecteur comprend, en outre un moyen formant trans
formateur couplé magnétiquement audit moyen formant
conducteur sensiblement à l'intérieur de la région
conductrice pour fournir un niveau prédéterminé de
courant électrique: - ledit moyen formant transformateur comprend un noyau
magnétique situé autour dudit moyen formant conducteur,
et un enroulement réagissant aux variations du flux
magnétique dans ledit noyau magnétique, de manière à
fournir ledit niveau prédéterminé de courant électri
que - ledit moyen formant conducteur a une structure en forme de H dans son ensemble ayant une section transversale suffisamment étroite et destinée à recevoir ledit moyen transformateur de manière réduire le volume global occupé par lesdits moyens formant transformateurs autour de ladite section transversale ledit moyen de détection comprend au moins un détecteur adapté pour être reçu dans un passage compris entre lesdites première et seconde plaques conductrices ;; lesdits détecteurs au nombre d'au moins un comprennent une bobine à noyau d'air ledit moyen de détection comprend, en outre, des détecteurs supplémentaires positionnés, respectivement, près des surfaces extérieures respectives desdites première et seconde plaques conductrices, lesdits détecteurs, au nombre d'au moins un, et lesdits détecteurs supplémentaires, étant couplés en série mutuellement toute paire de détecteurs successifs parmi les detecteurs au nombre d'au moins un et les détecteurs supplémentaires comporte des bobines adaptées pour présenter des polarités mutuellement opposées lesdites première et seconde plaques conductrices comprennent chacune une zone de surface rectangulaire prédétermichaque zone de surface prédéterminée desdites première et seconde plaques correspondent sensiblement l'une à l'autre la zone de surface rectangulaire d'une desdites première et seconde plaques conductrices a au moins une dimension ayant une valeur différente de la valeur de la dimension correspondante de l'autre desdites première et second plaques conductrices les trois plaques conductrices précitées constituent une structure monobloc ; et ladite structure mentionnée en dernier constitue une structure en forme de U dans son ensemble.

On va maintenant décrire la présente invention en se référant aux dessins annexés sur lesquels: - la figure la est une vue en perspective d'un exemple de
mode de réalisation d'un détecteur de courant utilisant
des plaques en parallèle et un conducteur conformément
à la présente invention - la figure lb est une vue de côté du détecteur de courant
représenté sur la figure la - la figure 2 montre un exemple de modèle de circuit
équivalent à un détecteur de courant selon la présente
invention ; - la figure 3a est une vue en perspective d'un autre
exemple de mode de réalisation d'un détecteur de courant
utilisant des plaques en parallèle et un conducteur
conformément à la présente invention ;; - la figure 3b est une vue de côté du détecteur de courant
représenté sur la figure 3a - la figure 4a est une vue en perspective d'un autre
exemple encore d'un mode de réalisation d'un détecteur
de courant utilisant des plaques en parallèle et un
conducteur conformément à la présente invention t - la figure 4b est une vue en plan de dessus du detecteur
de courant représente sur la figure 4a - la figure 5 montre, en vue en coupe respective, des
plaques parallèles utilisées dans un détecteur de
courant selon la présente invention, y compris une
distribution conceptuelle des composantes des compo
santes de champ magnétique - la figure 6a est une vue en perspective d'un exemple de
bobine de détecteur selon la présente invention t - les figures 6b et 6c sont, respectivement, une vue de
côté et une vue en élévation de la bobine de détecteur
représentée sur la figure 6a - la figure 7 est une vue schématique de bobines de
détecteur couplées en série conformement à un exemple de
schéma de détection par mutuelle induction convenant
pour le détecteur de courant selon la présente inven
tion ;; et - la figure 8 est une vue schématique de bobines de
détecteurs couplées magnétiquement conformément à un
exemple de schéma de détection par flux réduit convenant
pour le détecteur de courant selon la présente inven
tion.

La présente invention permet de réaliser avantageusement un détecteur perfectionné de courant alternatif possédant une aptitude à une auto-alimentation qui est essentiellement indépendante et séparée de toute opération de détection de courant ou de mesure de courant ayant lieu dans le détecteur de courant. En outre, la présente invention permet de réaliser un détecteur de courant convenant pour des applications qui demandent une précision élevee et une plage dynamique élevée, tout en permettant d'obtenir un détecteur de courant présentant des caractéristiques de consommation d'énergie faible et de compacité.

Comme on peut le voir sur les figures la et lb, un détecteur 10 de courant comprend une première plaque conductrice 12 qui reçoit un courant I par l'intermédiaire d'un moyen formant conducteur approprié 100, qui, dans ce mode de réalisation, est formé par une borne d' entrée 14. Du fait que le moyen formant conducteur transporte, c'est-à-dire conduit, tout le courant I, le courant traversant la borne d'entrée 14 produit un champ magnétique sur une région conductrice prédéterminée 104 que l'on peut mieux voir sur la figure 2.

Comme on va l'expliquer brièvement ci-après, à l'intérieur de la région conductrice prédéterminée, l'énergie électrique peut être générée avantageusement par un niveau suffisamment bas pour faire fonctionner en toute sécurité les divers circuits ou dispositifs électriques associés aux détecteurs de courant.

Cette disposition est connue généralement comme étant une capacité "d'auto-alimentationn et, par conséquent, le moyen formant conducteur peut être simplement désigné ci-après comme étant le conducteur d'auto-alimentation". On comprendra que la conduction de courant, à travers la borne d'entrée 14, en plus de fournir un courant I devant être mesuré par le détecteur 10 de courant, permet une auto-alimentation qui est essentiellement séparée de toute opération de détection de courant ou de mesure de courant assuree par le détecteur de courant.Toutefois, une telle conduction de courant par l'intermédiaire d'une plaque d'entrée 14 dans le but de l'auto-alimentation, n'est donnée qu'à titre illustratif et non limitatif, étant donné que l'on comprendra qu'une telle conduction de courant peut être réalisée de nombreuses façons différentes et qu'il n'est pas indispensable qu'elle soit réalisée dans la borne d'entrée 14. Une seconde plaque conductrice 16 est espacée de la première plaque conductrice 12 de manière à se trouver sensiblement en face de cette plaque conductrice 12. Une troisième plaque conductrice 18 est utilisée pour interconnecter électriquement les plaques conductrices 12 et 16 de manière à former, le long des plaques conductrices 12 et 16, un chemin conducteur connecté. Une borne de sortie appropriée 20 peut être prévue facilement pour fournir le courant qui le traverse.Les bornes 14 et 20 peuvent être utilisées, de façon appropriée, pour connecter en série le détecteur 10 de courant et une source de courant prédéterminée (non représentée). A titre d'exemple, les trois plaques conductrices peuvent être réalisées en un matériau conducteur, tel que le cuivre, l'aluminium ou un alliage approprié de métaux. De préférence, le matériau conducteur peut être facilement moulé ou extrudé de manière à former une structure rectangulaire ou une structure en forme de U d'une façon générale. Dans une variante, les trois plaques conductrices peuvent, par contre, comprendre des plaques conductrices individuelles connectées par voie électromécanique l'une à l'autre, par utilisation de moyens d'assemblage appropriés ou des boulons ou autres éléments analogues.La structure monobloc est préférée car, par une telle construction, on évite, d'une façon plus commode, une dissipation de chaleur au niveau des moyens d'assemblage et permet des prix de revient plus faibles.

Comme on peut le voir sur les figures la et lb, les première et seconde plaques conductrices sont disposées, de préférence, d'une façon sensiblement parallèle l'une à l'autre. En outre, les première et seconde plaques conductrices sont configurées de manière à former des composantes respectives de champ magnétique sensiblement autour des première et seconde plaques conductrices pendant que le courant circule le long du chemin conducteur. Une distribution conceptuelle des composantes du champ magnétique est repre- sentée sur la figure 5 par des ellipses respectives 22 entourant les sections droites respectives des plaques conductrices 12 et 16.

Comme on peut le voir sur la figure 5, le courant est représenté pénétrant dans la plaque 16 et sortant de la plaque 14. On comprendra qu'une telle circulation de courant peut être facilement inversée pour autant que les circulations de courant ayant lieu respectivement dans les plaques conductrices 12 et 16 soient effectuées dans des sens mutuellement opposés. Par exemple, sur la figure 1, le rôle des bornes 14 et 20 pourrait être facilement inversé, c'est-à-dire que la borne 20 pourrait fonctionner comme borne d'entrée et la borne 14 pourrait fonctionner comme borne de sortie.Dans ce cas, le courant I circulerait dans un sens opposé à celui des flèches représentées sur la figure 1, mais les avantages de la présente invention resteraient inchangés pour autant que les circulations de courant, respectivement dans les plaques 12 et 16, soient effectuées dans des sens mutuellement opposés.

Comme on peut le voir sur les figures 1 et 5, un passage 24 est défini entre les première et seconde plaques conductrices. On peut voir que la troisième plaque conductrice 18 forme une composante respective de champ magnétique sensiblement autour de la troisième plaque conductrice 18. L'homme de métier comprendra que les composantes respectives de champ magnétique autour de chacune des trois plaques conductrices, produisent, dans le passage 24, un champ magnétique combiné qui présente un sens généralement uniforme, sensiblement parallèle aux première et seconde plaques conductrices. La figure 1 montre, en outre, un moyen de détection, tel que des bobines détectrices 50, destinées à détecter les variations apparaissant dans le flux magnétique à 1' intérieur d'une région de détection prédéterminée.Sur la figure 1, la région de détection prédéterminée est située dans le passage 24. On comprendra que la région de détection prédéterminée n'est pas nécessairement limitée au passage 24 étant donné que, comme représenté sur la figure 5, des composantes de champ magnétique 22 sont également formées ou distribuées près des surfaces extérieures respectives 26, 28, des plaques parallèles 12 et 16. Comme on va l'expliquer brièvement ci-après, cette distribution de champ peut être exploitée de façon appropriée pour améliorer la plage dynamique et la précision du détecteur de courant.On comprendra que la figure 1 montre deux bobines détectrices 50 dans le passage 24 uniquement à titre illustratif et non limitatif, étant donné que même une seule bobine détectrice pourrait être utilisée efficacement pour détecter des variations de flux magnétique à l'intérieur de la region de détection prédéterminée.

Comme on peut le voir sur la figure 1, le mmoyen formant conducteurteur peut être configuré, de façon appropriée, sous la forme d'une plaque rectangulaire dans son ensemble, qui, comme on l'a suggeré précédemment dans cet exemple de mode de réalisation, est constituée par une borne d'entrée 14.On comprendra que le moyen formant conducteur n'est pas nécessairement limité à une configuration géométrique de plaques rectangulaires étant donné que d'autres configurations, différentes de celles rectangulaires, comme par exemple une configuration cylindrique, conique et autres configurations analogues, fonctionneraient également d'une façon efficace pour autant que le moyen formant conducteur ait une section transversale suffisamment grande pour éviter un chauffage important par effet Joule et assure une capacité de transport de courant acceptable. Comme on l'a suggéré ci-dessus, le moyen formant conducteur transporte sensiblement tout le courant I qui circule le long du chemin conducteur afin de produire un champ magnétique sur toute la région conductrice 104 (figure 2).De préférence, la région de détection et la région conductrice ne se recouvrent sensiblement pas l'une l'autre. Ceci permet commodément d'éviter de réduire les effets magnétiques indésirables de couplage parasite magnétique dans le conducteur et dans les régions de détection.

La figure 1 montre, en outre, un moyen transformateur 200, tel qu'un transformateur de courant, couplé magnétiquement aux moyens formant conducteurs, sensiblement à l'intérieur d'une région conductrice, pour fournir un niveau prédéterminé de courant électrique convenant pour alimenter électriquement un ou plusieurs circuits (non représentés) associés au détecteur de courant. Comme représenté sur la figure 1, le moyen transformateur 200 comprend un noyau magnétique 202 représenté, par exemple, autour d'une borne d'entrée 14. Un enroulement 204 réagit aux variations du champ magnétique ayant lieu dans le noyau magnétique 202 en fournissant le niveau prédéterminé de courant électrique pour l'opération d'auto-alimentation.

Comme on peut le voir sur la figure 2, la région de détection 24 et la région conductrice 104 ne se recouvrent de préférence sensiblement pas de manière à permettre d'une façon appropriée des opérations respectives de détection et d'autoalimentation qui, comme on l'a mentionné précédemment, sont essentiellement indépendantes ou séparées l'une de l'autre.

Ces opérations séparées évitent, avantageusement, l'utilisation de tout shunt de courant et permettent également au transformateur 200 d'avoir un poids, des dimensions et un prix de revient beaucoup plus faibles que ce qu'il serait possible d'obtenir si un shunt et un transformateur étaient également utilisés pour effectuer une mesure ou une détection extrêmement précise de courant. Par exemple, tout noyau magnétique utilisé avec des shunts précis pour détecter avec précision un courant (ou pour détecter un courant et pour une auto-alimentation) doit être construit avec soin pour posséder les caractéristiques magnétiques qu'ils conviennent, pour éviter divers effets magnétiques indésirables, tels que des conditions de saturation magnétique et autres effets magnétiques non linéaires.Ainsi, le concepteur est obligé, de façon caractéristique, de choisir avec soin des matériaux présentant une densité de saturation magnétique extrêmement élevée et de choisir des dimensions qui se traduisent, en général, par des éléments surdimensionnés, lourds et encombrants pour tout shunt de courant et transformateur associé. De façon similaire, de tels shunts précis et leurs transformateurs asso ciés, peuvent être conçus avec soin pour éviter les effets thermiques, tels qu'un chauffage par effet joule qui, s'il n'y était pas remédié, pourrait avoir une influence nuisible sur la précision de la détection de courant.Par contre, le conducteur individuel et le transformateur associé confor mément à la présente invention, c'est-à-dire un conducteur et un transformateur qui sont utilises exclusivement pour une auto-alimentation et non pour une détection précise de courant, peuvent maintenant être fabriqués en utilisant des techniques de conception non compliquées et directes qui se traduisent, d'une façon commode, par des éléments plus légers, plus petits et moins chers que ce qu'il serait possible d'obtenir si les applications respectives de détection et d'auto-alimentation n'étaient pas effectuées d'une façon independante conformément à la présente invention.

Les figures 3a et 3b montrent un autre mode de réalisation pour un détecteur de courant selon la présente invention. Les figures 3a et 3b, conjointement avec les figures la et lb, montrent que les première et seconde plaques conductrices comprennent chacune des zones de surface respectives rectangulaires d'une façon générale, qui, dans le cas de la figure 3, correspondent sensiblement les unes aux autres.

Toutefois, comme on peut le voir sur la figure 1, la zone de surface rectangulaire respective d'une plaque donnee parmi les première et seconde plaques conductrices peut avoir au moins une dimension, comme par exemple la hauteur ou la largeur, qui ait une valeur differente par rapport à la dimension correspondante de l'autre des première et seconde plaques conductrices. A titre d'exemple, sur la figure 1, la plaque conductrice 16 a une hauteur qui est plus grande que la hauteur de la plaque conductrice 12. L'efficacité du détecteur de courant selon la présente invention n'est donc pas limitée à une symétrie géométrique entre les deux plaques conductrices. La figure 3 montre, en outre, une autre configuration possible pour les moyens formant conducteurs 100.Comme mentionné précédemment, la troisième plaque conductrice 18 forme une composante de champ magnétique respective sensiblement autour de la troisième plaque conductrice 18. Dans cet exemple de mode de réalisation, la troisième plaque conductrice 18 constitue donc, de façon appropriée, le moyen formant conducteur qui, en coopération avec le transformateur 200, permet l'opération d'auto-alimentation avec les avantages importants décrits ci-dessus.

Les figures 4a et 4b montrent un autre mode de réalisation encore pour un détecteur de courant selon la présente invention. Comme on peut le voir sur la figure 4, le moyen formant conducteur comprend une structure 110 en forme de H dans son ensemble, ayant une section transversale suffisamment étroite, représentée schématiquement par une flèche à double tête 112, cette structure étant destinée à recevoir un transformateur 200 de manière à réduire commodement le volume global occupé par le transformateur 200 autour de cette section transversale étroite, ainsi que le volume global du détecteur.On comprendra qu'une telle structure en forme de H dans son ensemble et la plaque rectangulaire dans son ensemble représentée sur la figure 1 pourraient être connectées à la seconde plaque conductrice 16 à la place de la première plaque conductrice 12. Dans chaque cas, le conducteur d'auto-alimentation peut faire partie intégrante des première et/ou seconde plaques conductrices 12 et 16. Dans une variante, on peut assembler mécaniquement la structure 110 au détecteur 10 de courant en utilisant des boulons ou des moyens d'assemblage conducteurs ou autres moyens analogues appropriés, conçus pour établir et maintenir une liaison électrique efficace par leur intermédiaire.Ainsi, dans cet exemple de mode de réalisation, une telle structure en forme de H dans son ensemble, formée d'un matériau conducteur approprié, tel que le cuivre ou l'aluminium, constitue, de façon commode, le moyen formant conducteur qui, en coopération avec le transformateur 200, permet d'effectuer une opération d'auto-alimentation en obtenant les avantages importants décrits ci-dessus. On comprendra que la troisième plaque conductrice 18 peut, d'une façon similaire, être réalisée de manière à présenter cette configuration en forme de H dans son ensemble, afin que l'on obtienne la conduction de courant d'auto-alimentation décrite à propos de la figure 3.

Les figures 6a à 6c montrent d'autres détails d'un exemple de bobine détectrice 50 qui peut être utilisée, d'une façon appropriée, dans un détecteur de courant selon la présente invention. De préférence, la bobine détectrice 50 est constituée par une bobine à noyau d'air, c'est-à-dire non magnétique, formée d'un enroulement 52, enroulé autour d'un noyau approprié 54, ou une bobine enroulée sur une paroi rectangulaire dans son ensemble et sensiblement plane qui est suffisamment mince pour être insérée dans le passage 24 (figures 1 et 5). A titre d'exemple, l'enroulement peut être formé d'un matériau conducteur approprié, tel que le cuivre ou l'aluminium ou autre métal analogue.Dans le cas d'une bobine à air, le noyau 54 est formé d'un matériau non magnétique approprié, tel qu'une matière plastique, qui est moulée ou extrudée, pour donner la forme désirée au noyau ou à la bobine 54. Bien que la présente invention ne soit pas limitée aux bobines détectrices à noyau d'air, de telles bobines détectrices sont préférées car leur utilisation évite, d'une façon commode, un grand nombre des inconvénients associés à un matériau magnétique de noyau, comme par exemple les effets de la saturation magnétique et de la température. Cette carac téristique de l'invention évite donc avantageusement les effets indésirables des noyaux magnétiques qui, s'ils ne sont pas corrigés, compromettent néfastement la précision du détecteur de courant.

La figure 7 montre un capteur 10 de courant qui utilise, à titre d'exemple, un schéma de détection par induction mutuelle. Comme représenté sur la figure 7, au moins un détecteur, tel qu'une bobine détectrice 501 est situé dans le passage 24 entre les plaques conductrices 12 et 16. Des détecteurs supplémentaires, tels que des bobines détectrices 502 et 503, sont positionnés respectivement près des surfaces extérieures respectives 26 et 28 des plaques conductrices 12 et 16. Chaque bobine détectrice 501 à 503 est couplée électriquement en série à une autre de manière à augmenter la plage dynamique globale ou sensibilité du détecteur de courant.En outre, comme représenté par des gros points près de chaque bobine détectrice respective, toute paire de bobine détectrice successive comporte des enroulements ayant une polarité opposée par rapport à l'autre. Par exemple, les bobines détectées successives 501 et 503 comportent des enroulements respectifs ayant une polarité opposée l'une par rapport à l'autre. De façon similaire, les bobines détectrices successives 501 et 502 comportent des enroulements respectifs ayant une polarité opposée l'une par rapport à l'autre.Telle qu'utilisée ici, l'expression toute paire de bobines détectrices successives désigne des bobines détectrices disposées de manière qu'une des bobines détectrices successives se trouve dans le passage 24 tandis que l'autre se trouve près d'une des surfaces extérieures respectives 26 et 28 des plaques conductrices 12 et 16 respectives. Cette configuration particulière de bobines détectrices est particulièrement avantageuse pour éviter les interférences dues aux champs magnétiques extérieurs ainsi que pour augmenter la plage dynamique et la sensibilité du détecteur de courant.En particulier, la polarité d'enroulement opposée de toute paire de bobines détectrices successives permet de combiner par addition toute composante magnétique de champ se trouvant près des surfaces extérieures respectives des plaques parallèles 12 et 16 avec le champ magnétique se trouvant dans le passage 24.

I1 en est ainsi en raison du fait que, comme on peut le voir sur la figure 5, les composantes de champ magnétique situées près des surfaces extérieures respectives des plaques parallèles 12 et 16 ont un sens respectif qui est opposé au sens du champ magnétique se trouvant dans le passage 24. Par contre, la polarité d'enroulement opposée de toute paire de bobines détectrices successives permet d'annuler, par soustraction, tout champ magnétique produit extérieurement. Ceci résulte du fait qu'il est fortement improbable qu'un tel champ magnétique produit extérieurement change ou inverse sensiblement son sens dans les régions respectives couvertes par toute paire de bobines détectrices successives.On comprendra donc que le détecteur de courant selon la présente invention peut être utilisé efficacement pour des applications de détection qui nécessitent de disposer de détecteurs de courant multiples à proximité relativement immédiate les uns des autres, comme par exemple des applications à un courant polyphasé. On peut obtenir ce résultat avec les détecteurs de courant de la présente invention sans être obligé d'utiliser des écrans magnétiques ou des noyaux magnétiques coûteux et encombrants pour éviter les interférences électromagnétiques entre de tels détecteurs de courant multiple. Un amplificateur intégrateur approprié 60 est couplé de manière à recevoir le signal de tension de sortie des bobines détectrices 501 à 503 pour fournir un signal de tension qui est proportionnel au courant à mesurer et qui procure une mesure de courant précise.Par exemple, l'amplificateur intégrateur 60 peut être constitué par un amplificateur opérationnel muni d'un condensateur de rétroaction (non représenté) de telle sorte que, mathématiquement, le signal à la sortie soit l'intégrale du signal d' entrée.

On comprendra que d'autres conceptions de détection peuvent être utilisées, de façon appropriée, dans un détecteur de courant, selon la présente invention. Par exemple, comme on peut le voir sur la figure 8, une conception de détection à flux réduit peut être utilisée, de façon appropriée, au lieu de la conception de détection par induction mutuelle ou en combinaison avec cette conception de détection par induction mutuelle décrite à propos de la figure 7. Une telle conception de détection à flux réduit est décrite dans la demande de brevet US-08/085 789. Comme on peut le voir sur la figure 8, le moyen de détection comprend une bobine de référence 80, une bobine de détection 82 et une bobine de rétroaction 84 couplées magnétiquement l'une à l'autre à l'intérieur d'une région de détection prédéterminée.Sur la figure 8, la région de détection prédéterminée se trouve dans le passage 24 entre les plaques conductrices 12 et 16. Toutefois, la region de détection prédéterminée n'est pas nécessairement limitée au passage 24 étant donné que, comme on l'a mentionné précé- demment, la région de détection prédéterminée pourrait aussi se trouver au voisinage des surfaces extérieures respectives 26 et 28 des première et seconde plaques conductrices. Un circuit générateur de rétroaction, tel qu'un amplificateur opérationnel 86 ou un amplificateur d'instrumentation similaire, réagit à la différence de signaux respectifs de courant alternatif induits par la bobine de référence 80 dans la bobine de détection 82 en générant un signal de rêtroaction tel qu'un courant If, qui est fourni à la bobine de rétroaction 84 pour réduire, d'une façon prédéterminée, le flux magnétique à l'intérieur de la région prédéterminée. Le courant de rétroaction If circulant dans la bobine de rétroaction 84 est proportionnel au courant initial ou principal I et procure une mesure de courant précise.Bien que la bobine de détection 82 et la bobine de rétroaction 84 aient été représentées comme détectant des variations du flux magnétique sur une zone sensiblement commune ou incorporée à la zone de section transversale d'un noyau commun (non représenté), on comprendra qu'il n'est pas indispensable que la bobine de détection 82 et la bobine de rétroaction 84, dans une telle zone sensiblement commune, soient incorporées à la zone de section transversale du noyau commun. Toutefois, il peut être souhaitable que la bobine de détection 82 comporte une zone de section transversale recouvrant sensiblement la zone de section transversale de la bobine de rétroaction 84.Bien que les zones de section transversale des bobines de détection soient orientées de façon sensiblement perpendiculaire à la direction du champ magnétique, on comprendra que, dans le cas de la technique de détection par mutuelle induction décrite à propos de la figure 7, ou dans ie cas de la technique d'induction à flux réduit décrite à propos de la figure 8, la zone de section transversale de bobine de détection peut être orientée, par rapport au champ magnétique, suivant un angle prédéterminé autre qu'un angle sensiblement de 90 degrés, pour autant que l'on tienne compte de cette orientation et de son angle prédéterminé, en ce qui concerne la détection et la compensation des variations du flux magnétique.

I1 est bien entendu que la description qui précède n'est donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif, et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention.

Claims

RKvKNDICATIS

1. Détecteur de courant alternatif caractérisé en ce qu'il comprend: - une première plaque conductrice (12) ; - une seconde plaque conductrice (16), espacée de ladite

première plaque conductrice et disposée sensiblement en

face de cette première plaque conductrice ; - une troisième plaque conductrice (18) pour inter

connecter électriquement lesdites première et seconde

plaques conductrices de manière à former, le long

desdites première et seconde plaques conductrices, un

chemin conducteur connecté ;

lesdites première et seconde plaques conductrices étant

configurées de manière à former des composantes res

pectives de champ magnétique sensiblement autour de

chacune des première et seconde plaques conductrices

pendant la circulation du courant le long du chemin

conducteur ;; - un moyen de conduction (50) pour détecter les variations

du flux magnétique dans une région de détection pré

déterminée ; et - un moyen formant conducteur (100) transportant sensi

blement tout le courant qui circule le long du chemin

conducteur afin de produire un champ magnetique dans une

région conductrice, ladite région de détection et ladite

région condutrice ne se recouvrant sensiblement pas

l'une l'autre.

2. Détecteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites première et seconde plaques conductrices sont sensiblement parallèles l'une à l'autre.

3. Détecteur de courant selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen formant conducteur comprend une plaque rectangulaire dans son ensemble, connectée électriquement à une plaque conductrice choisie parmi les groupes constitués des premières et secondes plaques conductrices.

4. Détecteur de courant selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite plaque rectangulaire dans son ensemble et ladite première plaque conductrice constituent une structure monobloc.

5. Détecteur de courant selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite plaque rectangulaire dans son ensemble et ladite seconde plaque conductrice constituent une structure monobloc.

6. Détecteur de courant selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens formant conducteurs constituent une structure en forme de H dans son ensemble.

7. Détecteur de courant selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite structure en forme de H dans son ensemble est connectée électriquement à une plaque conductrice choisie parmi le groupe comprenant les première et seconde plaques conductrices.

8. Détecteur de courant selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite structure en forme de H dans son ensemble et ladite première plaque conductrice constituent une structure monobloc.

9. Détecteur de courant selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite structure en forme de H dans son ensemble et ladite seconde plaque conductrice constituent une structure monobloc.

10. Détecteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite troisième plaque conductrice constitue ledit moyen formant conducteur destiné à produire le champ magnétique dans la région conductrice.

11. Détecteur de courant selon la revendication 1, caractérisé, en outre, en ce qu'il comprend un moyen formant transformateur (200) couplé magnétiquement audit moyen formant conducteur sensiblement à l'intérieur de la région conductrice pour fournir un niveau prédéterminé de courant électrique.

12. Détecteur de courant selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit moyen formant transformateur comprend un noyau magnétique situé autour dudit moyen formant conducteur, et un enroulement réagissant aux variations du flux magnétique dans ledit noyau magnétique, de manière à fournir ledit niveau prédétermine de courant électrique.

13. Détecteur de courant selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit moyen formant conducteur a une structure en forme de H dans son ensemble ayant une section transversale suffisamment étroite et destinée à recevoir ledit moyen transformateur de manière réduire le volume global occupé par lesdits moyens formant transformateurs autour de ladite section transversale.

14. Détecteur de courant selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit moyen de détection comprend au moins un détecteur adapté pour être reçu dans un passage compris entre lesdites première et seconde plaques conductrices.

15. Détecteur de courant selon la revendication 14, caractérisé en ce que lesdits détecteurs au nombre d'au moins un comprennent une bobine à noyau d'air.

16. Détecteur de courant selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit moyen de détection comprend, en outre, des détecteurs supplémentaires positionnés, respectivement, près des surfaces extérieures respectives desdites première et seconde plaques conductrices, lesdits détecteurs, au nombre d'au moins un, et lesdits détecteurs supplementaires, étant couplés en série mutuellement.

17. Détecteur de courant selon la revendication 16, caractérise en ce que toute paire de détecteurs successifs parmi les détecteurs au nombre d'au moins un et les détecteurs supplémentaires comporte des bobines adaptées pour présenter des polarités mutuellement opposées.

18. Détecteur de courant selon la revendication 13, caractérisé en ce que lesdites première et seconde plaques conductrices comprennent chacune une zone de surface rec tangulaire prédéterminée.

19. Détecteur de courant selon la revendication 18, caractérisé en ce que chaque zone de surface prédéterminée desdites première et seconde plaques correspondent sensiblement l'une à l'autre.

20. Détecteur de courant selon la revendication 19, caractérisé en ce que la zone de surface rectangulaire d'une desdites première et seconde plaques conductrices a au moins une dimension ayant une valeur différente de la valeur de la dimension correspondante de l'autre desdites première et second plaques conductrices.

21. Détecteur de courant selon la revendication 18, caractérisé en ce que les trois plaques conductrices précitées constituent une structure monobloc.

22. Détecteur de courant selon la revendication 21, caractérisé en ce que ladite structure mentionnée en dernier constitue une structure en forme de U dans son ensemble.