WO2013045778A1 - Capteur de courant sans contact - Google Patents

Capteur de courant sans contact Download PDF

Info

Publication number
WO2013045778A1
WO2013045778A1 PCT/FR2012/051836 FR2012051836W WO2013045778A1 WO 2013045778 A1 WO2013045778 A1 WO 2013045778A1 FR 2012051836 W FR2012051836 W FR 2012051836W WO 2013045778 A1 WO2013045778 A1 WO 2013045778A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coils
hub
current
magnetic field
current sensor
Prior art date
Application number
PCT/FR2012/051836
Other languages
English (en)
Other versions
WO2013045778A8 (fr
Inventor
Catalin Stoichita
Lionel Fabien Cima
Original Assignee
Neelogy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Neelogy filed Critical Neelogy
Priority to EP12756766.7A priority Critical patent/EP2761309A1/fr
Publication of WO2013045778A1 publication Critical patent/WO2013045778A1/fr
Publication of WO2013045778A8 publication Critical patent/WO2013045778A8/fr

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/18—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
    • G01R15/183—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using transformers with a magnetic core
    • G01R15/185—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using transformers with a magnetic core with compensation or feedback windings or interacting coils, e.g. 0-flux sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/18—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
    • G01R15/181—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using coils without a magnetic core, e.g. Rogowski coils
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/04—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using the flux-gate principle

Definitions

  • the invention presented here relates to a new non-contact measuring device of an electric current in a conductor through the measurement of the magnetic field generated by said current.
  • Another known device is the Hall effect current sensor using a magnetic circuit to focus the magnetic field of the current to be measured on a Hall cell.
  • Such a current sensor is sensitive to external magnetic fields which can even saturate said magnetic circuit and thus affect the measurement.
  • Another disadvantage is the presence of a hysteresis profile of the magnetic circuit.
  • WO2009153485 is also based on sensor technology around the driver.
  • the magnetic core is a flexible elongated element intended to be closed in a loop around the conductor in which the current to be measured flows.
  • Document EP-0010921 describes a differential current measurement sensor.
  • This sensor comprises at least one measuring element consisting of a core traversed by the conductor whose current must be measured. A winding is performed around the core.
  • This core does not include a superparamagnetic material.
  • US-2006/0113987 discloses a set of coils arranged around a conductor orthogonally in pairs. This coil set forms a sensor for AC measurement. These coils do not include a core and are preferably flat coils made on PCB (Printed Circuit Board).
  • the present invention aims to overcome the aforementioned drawbacks by providing a new sensor convenient and easy to use.
  • Another object of the invention is an inexpensive sensor.
  • the invention also aims a compact sensor.
  • a non-contact current sensor comprising:
  • a set of coils composed of at least one coil around a hub responsive to the magnetic field, this hub comprising a superparamagnetic material, and
  • the set of coils is located in close proximity to a bar intended to receive the current to be measured.
  • the set of coils is close enough to be sufficiently sensitive (that is to say obtain a result notable for the skilled person) to the magnetic field created by the bar.
  • the hub is advantageously rigid cylindrical.
  • the hub is a cylindrical rigid element, that is to say straight and open unlike the sensors of the prior art in the form of cable to be arranged all around the driver.
  • H is the magnetic field F in Ampere per meter
  • ⁇ is the scalar product of two vectors
  • a coil is used around a hub in the form of a cylinder.
  • cylinder is meant a solid (rigid), such as a cylinder of revolution (circular base), a parallelepiped, a cube, ...
  • the inventors have demonstrated that such a superparamagnetic component placed on a magnetic field line near the a bar carrying the current to be measured makes it possible to effectively measure the current.
  • the advantage is a smaller footprint compared to the devices of the prior art where it was necessary to completely surround the driver.
  • a sensor of the prior art requires:
  • the device according to the present invention is of smaller size than the sensor of the prior art since it is rectilinear, so does not go around the driver. Its implementation is simple since it is placed near the bar on a field line to be sensitive to the magnetic field.
  • the invention is particularly, but not only, remarkable in that only part of the near-field line of the conductor is used to make the measurement and not a closed curve of the field line.
  • the set of coils can contain two coils, in particular independent, identical and wound respectively on their hubs, hubs sensitive to the magnetic field.
  • cylindrical shape is a form of one of the following cylinders:
  • the hub is an elongate member which is disposed where the magnetic field lines cross the hub along its length; this magnetic field being created by the bar when fed with current to be measured. It is thus possible to dimension and arrange the hub so that the magnetic field is for example parallel to the generating line of the hub. For reasons of manufacturing cost, this hub is sufficiently small and close to the bar to be disposed in a section where the field line is a straight line.
  • the senor comprises holding means for maintaining the set of coils at fixed distances relative to the bar. In this way, the magnetic transformation ratio between the bar and the coil set is fixed and determined by calibration. Then the set of coils and bar can be connected to a conductor by series insertion of the bar with a conductor carrying the current to be measured.
  • this bar can be removably mounted in the holding means.
  • FIG. 1 is a simplified schematic view of a non-contact sensor according to the invention, this sensor not surrounding the bar whose current is to be measured;
  • Figure 2 is a simplified schematic view of a non-contact sensor according to the invention in which coils are illustrated on either side of the bar.
  • Figure 1 shows the block diagram of the current sensor according to the present invention.
  • the proximity between the set of coils and the bar is such that that there is a significant interaction between the magnetic field of the current to be measured I and the magnetic field of the excitation current 10 in the hubs of the coils forming the set of coils 8. For example, this proximity is concretized by a distance between the bar and the set of coils lower than 20mm, even 10mm, even 5mm.
  • the excitation current has a high frequency with respect to the maximum frequency of the current to be measured and its frequency spectrum does not have even harmonics.
  • the counter-current current value represents the primary current up to a fixed proportionality factor which is a function of the construction of the coil set 8 and can be delivered directly as a result of the measurement 13 or a post-processing applied as needed.
  • the hub 2 is excited by an alternating magnetic field created by means of its coil which receives an excitation current, of high frequency, for example 100 kHz for a maximum frequency of 10 kHz of the current to be measured, from a electronic block here called controller.
  • an excitation current of high frequency, for example 100 kHz for a maximum frequency of 10 kHz of the current to be measured, from a electronic block here called controller.
  • a waveform it is possible to use a sinusoidal, triangular, trapezoidal current, square, etc. or any other waveform provided that the semi-alternations of the excitation current are symmetrical, which means that the amplitudes of the even harmonics are zero.
  • even harmonics does not mean the obligation to use several even harmonics at a time. In the case of using a sinusoidal excitation, it suffices to use harmonic 2 only, for example.
  • the construction and operation of the spool 5 on its hub 4 is identical to the spool 3 on the hub 2.
  • the particularity that differentiates the two is the fact that they are on the opposite sides of the bar 1.
  • the magnetic sensor is intrinsically insensitive to external magnetic fields, since the material used for transduction has a very high saturation field. However, in the presence of a very intense external field, such as the presence of a return bar, or another electrical conductor of another electrical pole or a permanent magnet, it may be that it disturbs the measurement. It is then beneficial to use a magnetic material to provide a shield for channeling the outside field and diverting it slightly from the transducer. This material may be made of a soft or hard magnetic material. The shape and thickness of this shield is optimized according to the disturbing field level.
  • the form of the shield may be a simple plate interposed between the source of disturbance and the transducer. It can be a cage with or without gap.
  • a set of coils consisting of at least one coil around its hub made of material sensitive to the magnetic field, a set located immediately close to a bar traversed by the current to be measured, and
  • the set of coils can contain two coils, identical and wound respectively on their hubs, hubs sensitive to the magnetic field.
  • the set of coils may also contain at least one coil without a magnetic field sensitive hub which generates the same voltage induced by the primary current as the magnetic field-sensitive hub coil.
  • the material of the hub or hubs can be super paramagnetic.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Abstract

ABREGE Capteur de courant sans contact. L'invention concerne un capteur de courant sans contact comprenant : -un jeu de bobines (8) composé au moins d'une bobine (3) autour de son moyeu (2) en matière sensible au champ magnétique, jeu situé à immédiate proximité d'une barre (1) parcourue par le courant à mesurer (I), et -un contrôleur (11) qui envoie un courant d'excitation (10) et un courant de contre-réaction (12) vers le jeu de bobines (8) et qui reçoit comme information la tension (9) induite par la variation temporelle de l'induction magnétique B dans le moyeu de ladite au moins une bobine du jeu de bobines (8) ou dans les moyeux des bobines du jeu de bobines (8). Voir figure

Description

" Capteur de courant sans contact."
L'invention présentée ici concerne un nouveau dispositif de mesure sans contact d'un courant électrique dans un conducteur par l'intermédiaire de la mesure du champ magnétique généré par ledit courant.
Parmi les dispositifs existants capables de mesurer les courants sans contact le plus connu est le transformateur. Son désavantage principal est qu'il fonctionne uniquement en courant alternatif. Le document EP-0499589 décrit un transformateur comprenant deux enroulements secondaires. Un générateur de courant alimente l'un des deux enroulements secondaires. Il est prévu un circuit amplificateur pour imposer un potentiel de polarisation au point de connexion commun des deux enroulements secondaires de façon à se prémunir des ondulations du circuit primaire lors de la mesure.
Un autre dispositif connu est la bobine Rogowski qui présente le même désavantage que le transformateur.
Un autre dispositif connu est le capteur de courant à effet Hall utilisant un circuit magnétique pour concentrer le champ magnétique du courant à mesurer sur une cellule Hall. Un tel capteur de courant est sensible à des champs magnétiques externes qui peuvent même saturer ledit circuit magnétique et affecter ainsi la mesure. Un autre désavantage est la présence d'un profil hystérésis du circuit magnétique.
Un autre dispositif connu, appelé « Flux-Gate » se base sur la saturation de matériaux magnétiques sensibles et souffre des mêmes inconvénients que ceux à effet Hall. Le document US-2004/0201373 décrit un capteur de courant de type Rogowski associé à un fluxgate pour couvrir une large plage de fréquence du signal à mesurer. Ce capteur est basé sur le principe de mesure de circulation du champ magnétique fermé, cela supposant de réaliser une boucle autour du conducteur.
Un autre dispositif, celui présenté dans le brevet US8076931
(également publié sous le numéro FR2891917), utilise la non-linéarité magnétique des matières souples à faible perméabilité magnétique, ou de matières souples super-paramagnétiques, pour mesurer la circulation du champ magnétique autour d'un conducteur primaire où circule le courant à mesurer. En faisant le tour complet du conducteur primaire, son gabarit est grand et il s'expose d'avantage à des champs magnétiques perturbateurs externes. Autre désavantage pourrait être le prix de fabrication des bobines flexibles. Le document WO2009153485 est également basé sur la technologie de capteur autour du conducteur. Le noyau magnétique est un élément allongé souple destiné à être fermé en boucle autour du conducteur dans lequel circule le courant à mesurer.
On connaît le document EP-0010921 décrivant un capteur de mesure différentiel de courant continu. Ce capteur comprend au moins un élément de mesure constitué par un noyau traversé par le conducteur dont le courant doit être mesuré. Un bobinage est réalisé autour du noyau. Ce noyau ne comprend nullement un matériau superparamagnétique.
Le document US-2006/0113987 décrit un jeu de bobines disposées autour d'un conducteur de façon orthogonale deux à deux. Ce jeu de bobine forme un capteur pour la mesure de courant alternatif. Ces bobines ne comprennent pas de noyau et sont de préférence des bobines plates réalisées sur PCB (Printed Circuit Board).
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités en proposant un nouveau capteur pratique et simple d'utilisation. Un autre but de l'invention est un capteur peu onéreux. L'invention a encore pour but un capteur peu encombrant.
On atteint au moins l'un des objectifs précités avec un capteur de courant sans contact comprenant :
- un jeu de bobines composé au moins d'une bobine autour d'un moyeu sensible au champ magnétique, ce moyeu comprenant un matériau superparamagnétique, et
- un contrôleur pour envoyer un courant d'excitation et un courant de contre-réaction vers le jeu de bobines et pour recevoir comme information la tension induite par la variation temporelle de l'induction magnétique B au moins dans le moyeu de ladite au moins une bobine du jeu de bobines.
Selon l'invention, le jeu de bobines est situé à immédiate proximité d'une barre destinée à recevoir le courant à mesurer. Le jeu de bobines est suffisamment proche pour être suffisamment sensible (c'est à dire obtenir un résultat notable pour l'homme du métier) au champ magnétique créé par la barre.
Par ailleurs, le moyeu est avantageusement rigide de forme cylindrique. Avec l'invention, le moyeu est un élément rigide cylindrique, c'est-à-dire droit et ouvert contrairement aux capteurs de l'art antérieur sous forme de câble à disposer tout autour du conducteur.
La forme et la structure des capteurs à circulation de champ selon l'art antérieur sont conditionnées par le respect d'un principe d'interprétation du théorème d'Ampère qui préconise de réaliser la mesure en intégrant le champ magnétique le long d'une courbe fermée, c'est le principe de la circulation de champ magnétique.
Le sens du terme « circulation magnétique » est celui de la loi d'Ampère :
Figure imgf000005_0001
où
ê'G est l'intégrale au long d'une courbe fermée C;
H est le champs magnétique F en Ampère par mètre;
« ■ » est le produit scalaire de deux vecteurs ;
di est un élément infinitésimal de la courbe (un vecteur avec le module égal à la longueur de l'élément infinitésimal de courbe et la direction donnée par la tangente à la courbe);
If,enc est le courant net pénétrant une surface assise sur la courbe C. C'est sur la base de ce principe qu'ont été élaborée la plupart des capteurs de l'art antérieur, à savoir un capteur de forme circulaire autour du conducteur.
La présente invention va à encontre de ce préjugé et propose de n'utiliser qu'une partie de la ligne de champ magnétique. Pour ce faire, on utilise une bobine autour d'un moyeu en forme de cylindre. Par cylindre, on entend un solide (rigide), tel un cylindre de révolution (base circulaire), un parallélépipède, un cube,... Les inventeurs ont démontré qu'un tel composant superparamagnétique placé sur une ligne de champ magnétique à proximité d'une barre véhiculant le courant à mesurer, permet de mesurer efficacement le courant. L'avantage est un encombrement réduit par rapport aux dispositifs de l'art antérieur où il était nécessaire d'entourer complètement le conducteur. Un capteur de l'art antérieur nécessite :
une longueur suffisamment grande pour pouvoir faire le tour du conducteur, un mécanisme parfois complexe pour raccorder les deux extrémités de façon à réaliser une boucle fermée selon le préjugé de courbe fermée de la loi d'Ampère, préjugé que les inventeurs récusent, et
- un noyau (moyeu) souple pour pouvoir entourer le conducteur
Au contraire, le dispositif selon la présente invention est de taille plus réduite que le capteur de l'art antérieur puisqu'il est rectiligne, donc ne fait pas le tour du conducteur. Sa mise en œuvre est simple puisqu'on le place à proximité de la barre sur une ligne de champ pour être sensible au champ magnétique.
L'invention est notamment, mais pas uniquement, remarquable par le fait qu'on utilise uniquement une partie de la ligne de champ proche du conducteur pour réaliser la mesure et non une courbe fermée de la ligne de champ.
Selon l'invention, le jeu de bobines peut contenir deux bobines, notamment indépendantes, identiques et bobinées respectivement sur leurs moyeux, moyeux sensibles au champ magnétique.
Avantageusement, la forme cylindrique est une forme de l'un des cylindres suivants :
- cylindre de révolution,
- cylindre à base rectangulaire ou carré, ou
- cylindre à base triangulaire ou prisme.
De préférence, le moyeu est un élément allongé qui est disposé à l'endroit où les lignes de champ magnétique traversent le moyeu sur sa longueur ; ce champ magnétique étant créé par la barre lorsqu'alimentée en courant à mesurer. On peut ainsi dimensionner et disposer le moyeu de façon à ce que le champ magnétique soit par exemple parallèle à la droite génératrice du moyeu. Pour de raison de coût de fabrication, ce moyeu est suffisamment petit et proche de la barre pour être disposé dans une section où la ligne de champ est une ligne droite.
Afin de favoriser notamment des lignes de champ rectilignes, la barre peut être plate et présenter deux faces latérales de forme rectangulaire, le courant circulant selon la longueur du rectangle. Dans ce cas, le moyeu peut être disposé selon la largeur du rectangle ; la distance longitudinale du moyeu étant inférieure à la largeur du rectangle. A titre d'exemple non limitatif, la distance longitudinale du moyeu peut être inférieure à la largeur du rectangle dans un rapport supérieur à Vi.
Selon une caractéristique de l'invention, le capteur comprend des moyens de maintien pour maintenir le jeu de bobines à distances fixes par rapport à la barre. De cette façon, le rapport de transformation magnétique entre la barre et le jeu de bobine est fixe et déterminé par étalonnage. Ensuite l'ensemble jeu de bobines et barre peut être raccordé à un conducteur par insertion en série de la barre avec un conducteur véhiculant le courant à mesurer.
Par ailleurs, cette barre peut être montée de façon amovible dans les moyens de maintien.
Bien entendu, les différentes caractéristiques, formes et variantes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en œuvre nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels :
La figure 1 est une vue schématique simplifiée d'un capteur sans contact selon l'invention, ce capteur n'entourant nullement la barre dont le courant est à mesurer ; et
La figure 2 est une vue schématique simplifiée d'un capteur sans contact selon l'invention dans lequel des bobines sont illustrées de part et d'autre de la barre.
La figure 1 représente le schéma bloc du capteur de courant conformément à la présente invention. Un jeu de bobines 8, positionné à proximité d'une barre 1 parcourue par le courant à mesurer I, reçoit un courant d'excitation 10 de la part d'un contrôleur 11. La proximité entre le jeu de bobines et la barre est telle qu'il y a une interaction notable entre le champ magnétique du courant à mesurer I et le champ magnétique du courant d'excitation 10 dans les moyeux des bobines formant le jeu de bobines 8. Par exemple, cette proximité se concrétise par une distance entre la barre et le jeu de bobines inférieure à 20mm, voire 10mm, voire 5mm. Le courant d'excitation a une fréquence élevée par rapport à la fréquence maximale du courant à mesurer et son spectre de fréquences ne présente pas des harmoniques paires. Par interaction entre le champ magnétique du courant à mesurer I et le champ magnétique du courant d'excitation 10 dans les moyeux des bobines formant le jeu 8, des harmoniques paires naissent portant l'information 9 sur la polarité et la grandeur du courant primaire I. Cette information est transmise au contrôleur 11 qui renvoie un courant de contre-réaction 12 au jeu de bobines 8 de telle manière à minimiser les harmoniques paires générées dans le jeu 8 ou en d'autres termes annuler l'effet du champ magnétique du courant primaire. La valeur du courant de contre réaction représente le courant primaire jusqu'à un facteur de proportionnalité fixe qui est fonction de la construction du jeu de bobines 8 et peut être livré directement comme résultat de la mesure 13 ou un posttraitement appliqué en fonction des besoins.
La figure 2 représente un exemple de réalisation du jeu de bobines 8 à côté d'une barre de courant primaire 1 de section rectangulaire - épaisseur E et hauteur H- parcourue d'un courant électrique I. Le rapport entre E et H peut être compris entre Vi et 1/50. De la même manière, le rapport entre la longueur du moyeu et H peut être compris aussi entre Vi et 1/50. Sur la figure 2 la barre est dessinée en pointillés pour laisser visibles les autres éléments du capteur. Sur les faces opposées de la barre primaire 1 sont positionnées deux bobines identiques 3 et 5 ayant des moyeux 2 et respectivement 4 dans une matière choisie en fonction des contraintes sur l'utilisation du capteur de courant. A titre d'exemple : on choisira une matière à grande perméabilité relative et faible champ de saturation pour des mesures de faibles courants sans perturbation magnétiques externes et on choisira une matière à faible perméabilité mais grand champ de saturation pour le cas où les perturbations magnétiques externes sont importantes. Le bobinage se fait sur des moyeux de forme cylindrique ou de préférence parallélépipédique, comme représenté dans la figure 2, permettant ainsi leur fabrication facile.
Le moyeu 2 est excité par un champ magnétique alternatif créé à l'aide de sa bobine qui reçoit un courant d'excitation, de haute fréquence, par exemple 100kHz pour une fréquence maximale de 10kHz du courant à mesurer, de la part d'un bloc électronique appelé ici contrôleur. Comme forme d'onde, on peut utiliser un courant sinusoïdal, triangulaire, trapézoïdal, carré, etc. ou toute autre forme d'onde à condition que les semi-alternances du courant d'excitation soient symétriques, ce qui revient à dire que les amplitudes des harmoniques paires sont nulles. Supposant que le courant primaire I reste nul et étant donné la symétrie de la caractéristique B(H) de la matière du moyeu, l'effet de la non linéarité de cette même caractéristique B(H) est une distorsion temporelle de l'induction B symétrique par rapport aux deux semi-alternances, c'est à dire une redistribution spectrale de la puissance d'excitation tout en respectant la règle des harmoniques paires nulles. Quand le courant primaire I n'est pas nul, la superposition des deux champs, celui du courant d'excitation et celui du courant primaire crée une distorsion asymétrique de l'induction magnétique B dans le moyeu, donc les harmoniques d'ordre 2, 4, 6, etc .. apparaissent dans son spectre. La variation temporaire de l'induction B dans la bobine 3 induit une tension électromotrice à la fréquence d'excitation et ses harmoniques impaires en absence du courant primaire I. Quand le courant primaire est présent, dans le spectre de la tension induite, on retrouve des harmoniques paires.
Le contrôleur 11, par l'interprétation de la phase de la tension induite dans la bobine 3 trouve la polarité du champ magnétique ajoutée par le primaire, donc la polarité du courant primaire. Par l'interprétation de l'amplitude des harmoniques paires (par exemple l'harmonique 2), le contrôleur trouve aussi la grandeur du courant primaire mais cette information reste approximative car elle inclut les distorsions générées par la matière du moyeu. Pour réaliser une mesure précise, le contrôleur renvoie un courant de contre réaction dans la bobine 3 d'une telle valeur telle que la génération d'harmonique paires provoquée par le courant primaire soit annulée. Ainsi le moyeu travail dans une condition de champ magnétique, autre que l'excitation, quasi nul.
Du récit précédent, il en résulte que la bobine 3 joue un triple rôle : excitation, mesure harmoniques paires et contre-réaction. Pour des raisons d'optimisation, il est raisonnable de créer plusieurs enroulements sur le même moyeu complètement superposés. Ainsi on pourrait avoir des fils de bobinage adaptés aux contraintes d'utilisation du capteur de courant et à diverses contraintes technologiques. On peut considérer un enroulement à fils très fin et beaucoup de spires pour la mesure des harmoniques, un enroulement à fil de moyenne épaisseur pour l'excitation et un bobinage à fil plus épais pour la contre-réaction. En combinant ou pas les trois fonctions on peut donc utiliser un deux ou trois enroulements sur le moyeu 2. Sur la figure 1, pour simplification du dessin, seulement un enroulement est suggéré pour la bobine3.
Le terme «harmoniques paires » ne signifie pas l'obligation d'utiliser plusieurs harmoniques paires à la fois. Dans le cas d'utilisation d'une excitation sinusoïdale, il suffit d'utiliser l'harmonique 2 seulement, par exemple.
La construction et le fonctionnement de la bobine 5 sur son moyeu 4 est identique à la bobine 3 sur le moyeu 2. La particularité qui différentie les deux est le fait qu'elles se trouvent sur les faces opposées de la barre 1. Observons que le champ magnétique autour de la barre primaire 1 créé par un courant I pénètre en sens opposés les moyeux 2 et 4 tandis qu'un champ magnétique d'une source lointaine, étant plus ou moins un champ parallèle, pénètre dans le même sens lesdits moyeux. On exploite cette particularité: en choisissant le sens de connexion des deux bobines on arrange l'addition des signaux d'origine courant primaire et extinction des signaux d'origine champ magnétique externe. Au même sujet d'immunité aux champs magnétiques externes, il faut souligner l'intérêt pour réaliser une structure le plus compacte possible, de façon à avoir des champs de perturbation sur les deux bobines, le plus semblable possible. A cette fin, l'utilisation d'une barre 1 pour le courant primaire dont l'épaisseur E et très petite par rapport à sa hauteur H est un avantage car elle permet de rapprocher les bobines 3 et 5.
L'utilisation de deux bobines 3 et 5 n'est pas obligatoire, elle reste juste une option à évaluer en fonction des besoins d'immunité au champ magnétique externe, prix de fabrication, gabarit, etc.
Le capteur de courant peut contenir encore deux autres bobines 6 et 7 avec géométries similaires aux bobines 3 et 5 mais sans moyeux sensibles au champ magnétique. Etant donnée la proximité des bobines 3, 5, 6 et 7 à la barre primaire, quand cela est parcouru par un courant alternatif, une tension électromotrice est induite dans chaque desdites bobines. Le nombre de spires pour les bobines 6 et 7 est ajusté pour générer la même tension induite par un courant primaire que les bobines 3 et 5.
Les bobines sont connectées entre elles de façon que les tensions induites par un courant primaire variable dans les bobines sans moyeux sensibles au champ magnétique annulent par soustraction les tensions induites par ledit courant dans les bobines à moyeux sensible au champ magnétique. L'intérêt pour la réjection des signaux générés par le courant primaire en bande de base dépend du spectre de fréquence dudit courant primaire, de la dynamique permissible à l'entrée de mesure du contrôleur et en général des effets que la présence des signaux en bande de base pourrait avoir sur la précision de la détection du nul sur les harmoniques paires par le contrôleur.
Le capteur magnétique est intrinsèquement peu sensible aux champs magnétiques extérieurs, dans la mesure où le matériau utilisé pour la transduction présente un champ de saturation très élevé. Cependant, en présence de champ externe très intense, comme par exemple la présence d'une barre de retour, ou bien d'un autre conducteur électrique d'un autre pôle électrique ou bien d'un aimant permanent, il se peut que celui-ci perturbe la mesure. Il est alors bénéfique d'utiliser un matériau magnétique pour réaliser un blindage permettant de canaliser le champ extérieur et de le détourner légèrement du transducteur. Ce matériau peut être constitué d'un matériau magnétique doux ou bien dur. La forme et l'épaisseur de ce blindage est optimisé en fonction du niveau de champ perturbateur.
La forme du blindage peut être une simple plaque interposée entre la source de perturbation et le transducteur. Ce peut être une cage avec ou sans entrefer.
De façon générale, le capteur de courant sans contact selon l'invention comprend au moins:
- un jeu de bobines composé au moins d'une bobine autour de son moyeu en matière sensible au champ magnétique, jeu situé à immédiate proximité d'une barre parcourue par le courant à mesurer, et
un contrôleur qui envoie un courant d'excitation et un courant de contre-réaction vers le jeu de bobines et qui reçoit comme information la tension induite par la variation temporelle de l'induction magnétique B dans le moyeu de ladite au moins une bobine du jeu de bobines ou dans les moyeux des bobines du jeu de bobines.
Le jeu de bobines peut contenir deux bobines, identiques et bobinées respectivement sur leurs moyeux, moyeux sensibles au champ magnétique. Le jeu de bobines peut également contenir au moins une bobine sans moyeu sensible au champ magnétique qui génère la même tension induite par le courant primaire comme la bobine à moyeu sensible au champ magnétique. Par ailleurs, la matière du moyeu ou des moyeux peut être super- paramagnétique.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Capteur de courant sans contact comprenant :
- un jeu de bobines (8) composé au moins d'une bobine (3) autour d'un moyeu (2) sensible au champ magnétique, ce moyeu comprenant un matériau superparamagnétique, et
- un contrôleur ( 11) pour envoyer un courant d'excitation ( 10) et un courant de contre-réaction ( 12) vers le jeu de bobines (8) et pour recevoir comme information la tension (9) induite par la variation temporelle de l'induction magnétique B au moins dans le moyeu de ladite au moins une bobine du jeu de bobines (8),
caractérisé en ce que le jeu de bobines est situé à immédiate proximité d'une barre ( 1) destinée à recevoir le courant à mesurer (I) ; et en ce que le moyeu (2) est rigide de forme cylindrique.
2. Capteur de courant sans contact selon la revendication 1, caractérisé en ce que le jeu de bobines (8) contient deux bobines (3, 5), identiques et bobinées respectivement sur leurs moyeux (2, 4), moyeux sensibles au champ magnétique.
3. Capteur de courant sans contact selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le jeu de bobines (8) contient au moins une bobine (7) sans moyeu sensible au champ magnétique qui génère la même tension induite par le courant primaire (I) comme la bobine à moyeu sensible au champ magnétique (3) .
4. Capteur de courant sans contact selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le jeu de bobines (8) contient deux bobines (6, 7) sans moyeu sensible au champ magnétique qui génère la même tension induite par le courant primaire (I) comme les bobines à moyeu sensible au champ magnétique (3, 5) .
5. Capteur de courant sans contact selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le contrôleur ( 11 ) envoie un courant d'excitation vers le jeu de bobines (8) avec un spectre sans harmoniques paires.
6. Capteur de courant sans contact selon la revendication 5, caractérisé en ce que le contrôleur (11) analyse au moins une des harmoniques paires du spectre de la tension (9) induite dans les bobines à moyeu sensible au champ magnétique pour déterminer la grandeur du courant de contre- réaction (12) à renvoyer vers le jeu de bobines (8) afin de minimiser la somme entre le champ magnétique de la barre primaire (1) et le champ magnétique du courant de contre-réaction (10).
7. Capteur de courant sans contact selon la revendication 6, caractérisé en ce que le courant de contre-réaction (10) représente la valeur mesurée (13) du courant (I) sauf une constante multiplicative dépendante de la construction du capteur.
8. Capteur de courant sans contact selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la forme cylindrique est une forme de l'un des cylindres suivants :
- cylindre de révolution,
- cylindre à base rectangulaire ou carré, ou
- cylindre à base triangulaire ou prisme.
9. Capteur de courant sans contact selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyeu est un élément allongé qui est disposé à l'endroit où les lignes de champ magnétique traversent le moyeu sur sa longueur ; ce champ magnétique étant créé par la barre lorsqu'alimentée en courant à mesurer.
10. Capteur de courant sans contact selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la barre est plate et présente deux faces latérales de forme rectangulaire, le courant circulant selon la longueur du rectangle, le moyeu étant disposé selon la largeur du rectangle ; la distance longitudinale du moyeu étant inférieure à la largeur du rectangle.
11. Capteur de courant sans contact selon la revendication 10, caractérisé en ce que la distance longitudinale du moyeu est inférieur à la largeur du rectangle dans un rapport supérieur à Vi.
12. Capteur de courant sans contact selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de maintien pour maintenir le jeu de bobines à distances fixes par rapport à la barre.
13. Capteur de courant sans contact selon la revendication 12, caractérisé en ce que la barre est montée de façon amovible dans les moyens de maintien.
PCT/FR2012/051836 2011-09-26 2012-08-02 Capteur de courant sans contact WO2013045778A1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12756766.7A EP2761309A1 (fr) 2011-09-26 2012-08-02 Capteur de courant sans contact

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1158584A FR2980581B1 (fr) 2011-09-26 2011-09-26 Capteur de courant sans contact.
FR1158584 2011-09-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2013045778A1 true WO2013045778A1 (fr) 2013-04-04
WO2013045778A8 WO2013045778A8 (fr) 2013-07-18

Family

ID=46829800

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2012/051836 WO2013045778A1 (fr) 2011-09-26 2012-08-02 Capteur de courant sans contact

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2761309A1 (fr)
FR (1) FR2980581B1 (fr)
WO (1) WO2013045778A1 (fr)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015155326A1 (fr) 2014-04-11 2015-10-15 Neelogy Transducteur de champ magnetique a excitation en quadrature
US20160181866A1 (en) * 2013-08-14 2016-06-23 Cockerill Maintenance & Ingenierie S.A. Remote protection and switching device for electrical systems
FR3033198A1 (fr) * 2015-02-26 2016-09-02 Nexans Systeme de surveillance d’une ligne haute tension a courant continu
FR3063544A1 (fr) * 2017-03-06 2018-09-07 Neelogy Capteur de courant dc/ac isole a effet neel® integre dans un pcb
CN116953333A (zh) * 2023-07-28 2023-10-27 瑶芯微电子科技(上海)有限公司 一种高频近场电流传感器及探头

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013212764A1 (de) 2013-06-28 2014-12-31 Schmidhauser Ag Stromrichter
FR3133677B1 (fr) 2022-03-18 2024-02-23 Socomec Sa Capteur de champ magnetique pour la mesure d’un courant continu

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0010921A1 (fr) 1978-10-30 1980-05-14 Hitachi, Ltd. Dispositif à réactances saturables pour détecter un courant continu
EP0499589A1 (fr) 1991-02-15 1992-08-19 Liaisons Electroniques-Mecaniques Lem S.A. Dispositif de mesure de courants
US20040201373A1 (en) 2003-02-26 2004-10-14 Katsuhisa Kato Current probe
US20060113987A1 (en) 2003-03-27 2006-06-01 Airbus Deutschland Gmbh Apparatus for measuring an a.c. current in a cable
FR2891917A1 (fr) 2005-10-07 2007-04-13 Billanco Capteurs de champ magnetique et de courant, procede de commande et noyau magnetique pour ces capteurs
WO2009153485A1 (fr) 2008-05-22 2009-12-23 Billanco Capteur de circulation de champ magnétique permanents ou variables et alternatifs et capteur de courant mettant en oeuvre un tel capteur
FR2942880A1 (fr) * 2009-03-04 2010-09-10 Commissariat Energie Atomique Capteurs de courant et procede de fabrication de ces capteurs.

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5896027A (en) * 1997-03-27 1999-04-20 National Research Council Of Canada Current ratio device for use in forming a current transformer

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0010921A1 (fr) 1978-10-30 1980-05-14 Hitachi, Ltd. Dispositif à réactances saturables pour détecter un courant continu
EP0499589A1 (fr) 1991-02-15 1992-08-19 Liaisons Electroniques-Mecaniques Lem S.A. Dispositif de mesure de courants
US20040201373A1 (en) 2003-02-26 2004-10-14 Katsuhisa Kato Current probe
US20060113987A1 (en) 2003-03-27 2006-06-01 Airbus Deutschland Gmbh Apparatus for measuring an a.c. current in a cable
FR2891917A1 (fr) 2005-10-07 2007-04-13 Billanco Capteurs de champ magnetique et de courant, procede de commande et noyau magnetique pour ces capteurs
US8076931B2 (en) 2005-10-07 2011-12-13 Neelogy Current and magnetic field sensors, control method and magnetic core for said sensors
WO2009153485A1 (fr) 2008-05-22 2009-12-23 Billanco Capteur de circulation de champ magnétique permanents ou variables et alternatifs et capteur de courant mettant en oeuvre un tel capteur
FR2942880A1 (fr) * 2009-03-04 2010-09-10 Commissariat Energie Atomique Capteurs de courant et procede de fabrication de ces capteurs.

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160181866A1 (en) * 2013-08-14 2016-06-23 Cockerill Maintenance & Ingenierie S.A. Remote protection and switching device for electrical systems
US9793757B2 (en) * 2013-08-14 2017-10-17 Cmi Defence S.A. Remote protection and switching device for electrical systems
WO2015155326A1 (fr) 2014-04-11 2015-10-15 Neelogy Transducteur de champ magnetique a excitation en quadrature
FR3033198A1 (fr) * 2015-02-26 2016-09-02 Nexans Systeme de surveillance d’une ligne haute tension a courant continu
FR3063544A1 (fr) * 2017-03-06 2018-09-07 Neelogy Capteur de courant dc/ac isole a effet neel® integre dans un pcb
WO2018162400A1 (fr) * 2017-03-06 2018-09-13 Neelogy Capteur de courant dc/ac isolé à effet néel®intégré dans un pcb
CN110462409A (zh) * 2017-03-06 2019-11-15 尼洛吉公司 集成在pcb中的尼尔效应隔离式dc/ac电流传感器
US20200011900A1 (en) * 2017-03-06 2020-01-09 Neelogy Neel effect® isolated dc/ac current sensor incorporated in a pcb
US11543437B2 (en) 2017-03-06 2023-01-03 Neelogy Neel effect® isolated DC/AC current sensor incorporated in a PCB
CN116953333A (zh) * 2023-07-28 2023-10-27 瑶芯微电子科技(上海)有限公司 一种高频近场电流传感器及探头

Also Published As

Publication number Publication date
EP2761309A1 (fr) 2014-08-06
FR2980581B1 (fr) 2017-08-18
WO2013045778A8 (fr) 2013-07-18
FR2980581A1 (fr) 2013-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013045778A1 (fr) Capteur de courant sans contact
EP1012609B1 (fr) Dispositif de mesure, a large bande passante, de l'intensite du courant electrique dans un conducteur
FR3033647B1 (fr) Capteur de courant pour mesurer un courant alternatif
EP3729107B1 (fr) Dispositif de mesure d'un champ électrique et/ou magnétique notamment dans un conducteur de transport d'énergie électrique
EP2426563A1 (fr) Procédé de calibration d'un appareil à fonctionnement atomique
EP1947469A1 (fr) Dispositif d`amplification magnétique comportant un capteur magnétique à sensibilité longitudinale
EP1283409A1 (fr) Dispositif de détection
WO2015181383A1 (fr) Dispositif de détection de courant
FR3060757A1 (fr) Capteur de courant a vanne de flux
EP3314281A1 (fr) Appareil pour mesurer un champ magnetique
EP2710393B1 (fr) Procédé et systeme de contrôle de l'instant de mise sous tension d'un dispositif comprenant un circuit magnetique
FR2989171A1 (fr) Procede et dispositif de mesure d'un champ magnetique et de la temperature d'un transducteur magneto-resistif
EP1936389B1 (fr) Capteur inductif de mesure de courant
WO2013093249A1 (fr) Capteur de courant par mesure du champ magnetique interne au conducteur
EP4088381A1 (fr) Dispositif de detection capacitive comprenant un module de polarisation par induction
EP3642635B1 (fr) Capteur de courant a circulation de champ magnetique
FR3105825A1 (fr) Dispositif de mesure optique d’un paramètre physique
FR2687478A1 (fr) Dispositif de mesure d'un gradient de champ magnetique dont les erreurs de sensibilite et de desalignement sont minimisees.
EP2411825B1 (fr) Dispositif pour detecter et/ou mesurer un champ magnetique faible
EP3828554B1 (fr) Dispositif portatif de mesure de courant sans contact par champs magnétiques induits
FR2983621A1 (fr) Dispositif capteur de vibrations pour instruments de musique
Mahish et al. Frequency Tuning Properties of Magneto-Optic Sensor
WO2009156697A1 (fr) Dispositif et procédé de mesure de champ magnétique.
FR2795825A1 (fr) Capteur de courant inductif pour appareil electrique
BE490319A (fr)

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12756766

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012756766

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE