Pourquoi avons-nous besoin des transducteurs de courant ?
En pratique, il est souvent nécessaire de mesurer les courants électriques dans un composant ou un câble de puissance. Les ampèremètres standard ne peuvent généralement pas mesurer plus de quelques dizaines d’ampères de courant. Bien que cela soit suffisant pour de nombreuses applications, il est facile d’imaginer des scénarios où les courants sont beaucoup plus élevés :
- Moteurs électriques (environ 150 A)
- Lignes aériennes pour chemins de fer (environ 1000 A)
- Courants générateurs dans les centrales électriques (plusieurs kA)
Pour cela, les transducteurs de courant (également appelés transformateurs de courant) permettent d’effectuer une mesure dans de telles conditions. Ils convertissent un courant élevé à l’entrée en un courant plus petit mais proportionnellement. Par exemple, 1000 A à l’entrée (qui sont difficiles à mesurer) peuvent être convertis en 2 A à la sortie (qui sont plus facilement mesurés avec des ampèremètres standards). Dans ce cas, le facteur de proportionnalité est de 1000 A/2 A = 500. Le principe d’un transducteur de courant est donc similaire à celui d’un transformateur de tension.
Cependant, la technologie de mesure n’est pas le seul cas d’utilisation des transformateurs de courant. Les transducteurs de courant peuvent être appliqués dans la technologie de contrôle ou à des fins de protection. Dans de telles applications, le courant réduit passe aux différentiels ou aux instruments de contrôle.
Comment fonctionnent les capteurs de courant ?
Le transducteur de courant de type le plus courant est le transformateur de courant inductif . Son principal cas d’utilisation est la conversion de courants alternatifs. Les transformateurs de courant inductifs fonctionnent comme décrit (Figure 1) :
1.Un matériau “magnétiquement bon conducteur” relie deux circuits, le circuit primaire et le circuit secondaire. Ce matériau est souvent une céramique ferromagnétique, dite ferrite. Les circuits primaire et secondaire sont ensuite enroulés en spirale autour de cette ferrite. Cependant, il existe également des conceptions dans lesquelles le circuit primaire se compose uniquement d’un câble traversant le centre de la ferrite.
2. Le courant alternatif à mesurer circule dans le circuit primaire (mais il est trop élevé pour un ampèremètre). Ce courant alternatif génère un champ magnétique selon ce que l’on appelle la “loi d’Ampère”. Ce champ magnétique change continuellement de polarité, comme le courant alternatif circulant dans les circuits.
3. Le champ magnétique mentionné est présent dans toute la ferrite, car les ferrites sont des “conducteurs” magnétiques. Il est donc également présent dans le circuit secondaire. Selon une autre loi physique, la loi d’induction, ce champ magnétique « changeant » génère un courant dans le circuit secondaire. Dans le cas d’un transducteur de courant, le courant secondaire est inférieur au courant primaire.
Figure 1 : Construction schématique d’un transducteur de courant
Si l’on regarde de plus près les équations physiques sous-jacentes, il est possible de déterminer le “rapport de conversion”. Le rapport de conversion indique de combien le courant est réduit par le transducteur de courant (correspond au facteur de proportionnalité mentionné ) :
Comme on peut le voir, la fraction d’enroulements (N) des circuits primaire et secondaire (N_primaire/N_secondaire) correspond au rapport de conversion.
En pratique, il existe d’autres possibilités pour réaliser un transformateur de courant. A titre d’exemple, des constructions bien connues sont basées sur des sondes Hall ou des bobines de Rogowski.
Imperfections des vrais capteurs de courant
Néanmoins, un transformateur de courant est rarement parfait. Les deux principales variables d’erreur des transformateurs de courant sont :
- Erreur de transformation : le rapport de transformation réel peut s’écarter du rapport de transformation idéal. L’erreur de transformation indique cette différence sous forme de pourcentage.
- Erreur : la phase entre les courants primaire et secondaire peut dévier (les courants ne changent pas de polarité de manière synchrone). L’angle d’erreur indique la différence de cette phase en unités de degrés.
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Figure 2 : Transducteur de courant de précision
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