CAPTEURS DE COURANT, CARACTÉRISTIQUES ET FONCTIONNEMENT

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Les capteurs de courant sont des instruments utilisés pour mesurer l'intensité

du courant électrique qui circule dans un circuit.

Ces capteurs peuvent être utilisés pour des courants continus (DC) ou alternatifs (AC),

et ils génèrent un signal proportionnel à l'intensité du courant mesuré,

permettant ainsi un suivi ou un contrôle de l'énergie dans un système.

La sortie du capteur peut être une tension, une intensité,

ou une sortie numérique et éventuellement un contact.

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Il existe deux principales catégories de capteurs de courant :

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1. Capteurs intrusifs en ligne à mesure directe (ou à montage série)
Ces capteurs sont intégrés directement dans le circuit électrique,

ce qui signifie qu'ils doivent être installés en série avec le conducteur du courant à mesurer.

Ils mesurent donc directement l'intensité du courant qui passe par eux.

Parmi les capteurs intrusifs, on trouve des résistances shunt ou des transformateurs de courant à primaire câblé.

Ces capteurs nécessitent une coupure temporaire du circuit pour leur installation.

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La mesure de courant directe s'effectue, soit par la loi d’Ohm, en mesurant la tension aux bornes d’une résistance de précision (shunt de mesure) parcourue par le courant à mesurer, soit par un transformateur de courant permettant d'adapter l'amplitude du courant à mesurer par le rapport de transformation afin d'être traité par le système d'acquisition.

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Avantages : Précision élevée, adapté aux circuits à faible et moyenne intensité de courant.
Inconvénients : Installation plus complexe, Perturbation du circuit, car le capteur fait partie intégrante du trajet du courant.

2. Capteurs de type pince ou tore, à mesure indirecte (non intrusifs)
Les capteurs non intrusifs, tels que les pinces ampèremétriques ou les tores, mesurent le courant sans entrer en contact direct avec les conducteurs. Ils fonctionnent en entourant un conducteur ou un câble, et mesurent le champ magnétique généré par le courant qui traverse ce conducteur. Ces capteurs sont très populaires en raison de leur simplicité d'utilisation et de leur sécurité, car ils ne nécessitent pas de couper le circuit.

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Les principales technologies de mesure de courant indirecte sont :

- les capteurs à effet Hall (semi-conducteurs)

- les magnétorésistances (matériaux magnétiques)

- les transformateurs de courant (inductances)

- les bobines de Rogowski

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Avantages :
- Installation rapide et sûre (aucune coupure de circuit nécessaire).
- Prise en charge des circuits à haute tension sans risque direct. (isolation du circuit de mesure)
- Facilité d'utilisation, idéal pour des mesures temporaires ou pour l'instrumentation des installations électriques existantes.

- Bonne résistance aux surcharges sans altération du capteur.

Inconvénients :
- Moins précis que les capteurs intrusifs pour les courants faibles.
- Sensibilité aux interférences extérieures (si proximité de plusieurs câbles de courant).

Applications des capteurs de courant :
Industrie : Surveillance de la consommation d'énergie, gestion des moteurs électriques, protection des installations contre les surcharges.

Automobile : Suivi de la consommation électrique dans les véhicules électriques ou hybrides.
Électronique : Mesure du courant dans les circuits de puissance.
Énergies renouvelables : Suivi de la production d'électricité dans les systèmes solaires ou éoliens.

En fonction de l'application, le choix entre un capteur intrusif ou non intrusif dépendra des besoins de précision,

de la facilité d'installation et des caractéristiques du circuit à mesurer.

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Principe de fonctionnement des différentes technologies de capteur de courant :

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- les capteurs à effet hall (mesure AC + DC)

Le capteur à effet Hall est constitué d'un élément sensible à semi-conducteur, appelé cellule Hall, placée dans un circuit magnétique pour accroître sa sensibilité. Ce capteur permet de mesurer un courant continu ou alternatif, il est toutefois soumis aux effets de saturation du circuit magnétique, ce qui limite sa plage d’utilisation. Il assure l'isolation du circuit de mesure

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- les transformateurs de courant (mesure AC)

Le transformateur de courant (appelé TC, ou parfois TI) fonctionne sur le principe de l’induction électromagnétique et permet de réduire le courant élevé à un niveau mesurable par un appareil de mesure, il comporte un circuit magnétique et deux circuits électriques (primaire et secondaire), le secondaire et une source de courant qui présente une charge limitée par les phénomènes de saturation magnétique et une réponse en fréquence limitée. Malgré cela, il reste le capteur le plus usité en alternatif lié à sa simplicité et sa fiabilité tout en assurant l'isolation galvanique entre le circuit primaire et secondaire, certains modèles incorporent directement l'électronique de traitement en sortie 4-20mA ou 0-10V.

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- les shunts (mesure AC + DC)

La méthode la plus simple, mais sans séparation galvanique, le shunt est un conducteur de faible résistance très précis,

constitué en général de constantan ou de manganin (alliage de cuivre, nickel, manganèse), ce qui lui assure une très grande stabilité thermique. La plage d’utilisation est de 1 mA (laboratoire) à 10 kA (industrie).

Il suffit donc de mesurer la tension à ses bornes pour connaître la valeur du courant qui le traverse (loi d'ohms).

Généralement, la prise de mesure de tension sur le shunt est calibré de 50 mV à 100 mV pour les applications industrielles.

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- les capteurs de Rogowski (mesure AC)

Très utilisé en haute tension, il a la particularité d’être linéaire dans une plage d’intensité très large, il est constitué d’un tore non ferromagnétique, les bobines de Rogowski se présentent comme un enroulement hélicoïdal, de plusieurs centaines à plusieurs milliers de spires, dont une extrémité du fil est ramenée par le centre du noyau jusqu’à l’autre extrémité. Le conducteur primaire parcouru par le courant à mesurer est encerclé par le bobinage. La tension induite en sortie de l’enroulement est proportionnelle à la dérivée du courant (loi de Lenz), un circuit intégrateur est placé en sortie du capteur, Le signal est ainsi proportionnel au courant et en phase avec celui-ci.