Les bases des capteurs de courant

Les capteurs de courant sont en boucle ouverte ou fermée. Les capteurs de courant en boucle ouverte mesurent les courants alternatifs et continus et fournissent une isolation électrique entre le circuit à mesurer et la sortie du capteur (le courant primaire est mesuré sans contact électrique avec le circuit primaire, fournissant une isolation galvanique). Moins coûteux que leurs cousins à boucle fermée, les capteurs de courant à boucle ouverte sont généralement préférés dans les circuits alimentés par batterie étant donné leurs faibles besoins en énergie de fonctionnement et leur faible encombrement.

Les capteurs en boucle fermée mesurent les courants alternatifs et continus et fournissent une isolation électrique. Ils offrent une réponse rapide, une linéarité élevée et une dérive en température basse. La sortie de courant du capteur à boucle fermée est relativement insensible aux bruits électriques. Le capteur en boucle fermée est parfois appelé capteur «Flux zéro» car son capteur à effet Hall renvoie un courant opposé dans une bobine secondaire, enroulée sur le noyau magnétique pour mettre à zéro le flux produit dans le noyau magnétique par le courant primaire. Les capteurs à boucle fermée sont souvent le capteur de choix lorsqu'une précision élevée est essentielle.

Examinons maintenant de plus près les deux types, en commençant par les capteurs à boucle ouverte.

Les capteurs de courant en boucle ouverte consistent en un capteur de Hall monté dans l'entrefer d'un noyau magnétique (Fig. 1). Un conducteur produit un champ magnétique comparable au courant. Le champ magnétique est concentré par le noyau et mesuré par le capteur de Hall. Le signal du générateur Hall est faible, il est donc amplifié et c'est ce signal amplifié qui devient la sortie du capteur. Les capteurs à boucle ouverte ont normalement des circuits qui fournissent une compensation de température et une sortie de tension de haut niveau calibrée. Bien qu'ils aient un avantage de prix certain par rapport à leurs homologues en boucle fermée, leur inconvénient est qu'ils peuvent être sujets à la saturation et à la dérive de température. La dérive peut toutefois être minimisée dans une certaine mesure en injectant un coefficient positif dans le courant de commande afin de réduire la dérive de sensibilité en fonction de la température.

Figure 1: Illustration du principe de base et de la structure du capteur de courant en boucle ouverte à effet Hall. (Gracieuseté de Honeywell).

Si vous regardez la figure 1, si le courant de commande dans un système en boucle ouverte est contrôlé à l'aide d'une source de courant constant et que la tension de Hall différentielle est amplifiée, une tension de sortie proportionnelle au courant primaire uniquement peut être obtenue par le circuit électronique.

Un exemple est le transducteur de courant à montage en surface à effet de Hall, à boucle ouverte, série HMS de LEM (Fig. 2). Le capteur présente une isolation galvanique entre un circuit primaire et un circuit secondaire; Tension d'essai d'isolation de 4300 V; Basse consommation énergétique; un profil extrêmement bas de 12 mm; une seule alimentation +5 V; et décalage et gain fixes.

Figure 2: Transducteur à effet Hall à boucle ouverte de la série HMS. (Gracieuseté de LEM).

Principalement utilisé dans les applications industrielles pour les variateurs de vitesse alternatifs, les convertisseurs statiques pour les entraînements à moteur à courant continu, les applications alimentées par batterie, les alimentations sans interruption et à mode commuté et les alimentations pour les applications de soudage.

Les capteurs de courant à boucle ouverte câblés miniatures de la série CSLW de Honeywell (Figure 3). La série incorpore une série SS490 de capteurs miniatures ratiométriques linéaires à effet Hall, et l'élément de détection est encapsulé dans un boîtier en plastique pouvant être monté sur une carte de circuit imprimé. L'ensemble capteur de courant comprend le capteur, le collecteur de flux, le boîtier et la bobine de fil.

Figure 3: Capteur de courant miniature à boucle ouverte câblé, série CSLW de Honeywell. (Gracieuseté de Honeywell).

Dans ce cas, la conception câblée en boucle ouverte comporte plusieurs tours pour une sensibilité accrue. Parmi les autres caractéristiques notables, on peut citer la détection de courant alternatif ou continu, la sortie ratiométrique linéaire, l’absorption de courant ou la sortie de sourcing pour une souplesse d’interfaçage, une faible perte d’insertion, un temps de réponse rapide, une taille compacte et une détection précise et économique. Les applications incluent la robotique, les variateurs de vitesse, la commande de processus industriels, la commande de moteur dans les appareils, la climatisation, la protection contre les surintensités et la surveillance du courant dans les circuits électroniques.

Réponse rapide et haute précision

Par rapport aux capteurs en boucle ouverte, les capteurs en boucle fermée mesurent les courants alternatifs et continus et fournissent une isolation électrique, une réponse rapide, une linéarité élevée et une faible dérive en température. Leur sortie de courant est remarquablement immunisée contre le bruit électrique. Reconnus pour leur grande précision, ils se composent d’un générateur de Hall monté dans l’entrefer d’un noyau magnétique, d’une bobine autour du noyau et d’un amplificateur de courant. Le conducteur porteur de courant placé à travers l'ouverture du capteur produit un champ magnétique proportionnel au courant. Ce champ est concentré par le noyau et détecté par le générateur de Hall. Le générateur de Hall est connecté à l'entrée de l'amplificateur de courant, qui pilote la bobine. Le courant traversant la bobine produit un champ opposé, fourni par le courant traversant l’ouverture.

La sortie de ce capteur est proportionnelle au courant d'ouverture et au nombre de tours de la bobine. Si le courant primaire net à travers l'ouverture du transducteur de courant est I, le nombre de tours dans l'enroulement de compensation est N et le courant dans l'enroulement de compensation est i, puis à la condition de flux nul I = Ni.

Le courant de sortie d'un capteur à boucle fermée est converti en une valeur de tension en connectant une résistance à la sortie du capteur et à la terre. La sélection de la valeur de la résistance peut entraîner une mise à l'échelle de la sortie.

Le LTS 25-NP de LEM (Fig.4) est un exemple de capteur de courant offrant une excellente précision, une bonne linéarité et une très faible dérive en température. Le dispositif est un transducteur de courant multi-plage en boucle fermée (compensée) utilisant l'effet Hall. Les principales caractéristiques comprennent:

· Alimentation unipolaire

· Boîtier en plastique isolé reconnu selon UL 94-V0

· Conception compacte pour montage sur circuit imprimé

· Résistance de mesure incorporée

· Plage de mesure étendue.

Figure 4: Capteur de courant en boucle fermée LEM LTS 25-NP. (Gracieuseté de LEM).

Les applications de l'appareil se situent principalement dans le domaine industriel et comprennent les variateurs de vitesse alternatifs et les servomoteurs, les convertisseurs statiques pour les entraînements à moteur à courant continu, les applications alimentées par batterie, les alimentations sans interruption, les alimentations à découpage et les alimentations pour les applications de soudage.

Sommaire

Alors que les deux types de capteurs peuvent être économiques en fonction des exigences de l'application, les capteurs à boucle ouverte offrent le meilleur avantage en termes de coût dans les plages de courant élevé (supérieures à 100 A). Ils sont également les plus petites taille et poids. Ils maintiennent une consommation d'énergie constante, quel que soit le courant détecté. L'avantage de prix des capteurs ouverts ne peut être réalisé que pour les applications où la variation de température peut être limitée.

Les capteurs de courant en boucle fermée, en revanche, conviennent mieux aux applications commerciales et industrielles, où ils se trouvent couramment. Ces capteurs ont la plus grande précision à température ambiante et élevée. Ils sont idéaux pour les environnements bruyants et leur sortie est facilement convertie en tension.

Pour plus d'informations, s'il vous plaît contactez-nous à sales@xfullstar.com