Transformateurs d'intensité (Ti) et de courant (Tc) principe de mesure, fonctionnement et caractéristiques

La mesure de courants alternatifs s’effectue généralement par un transformateur de courant.
Le principe d'un transformateur de courant est le même que pour un transformateur de tension.

Un transformateur de courant conventionnel (TC), également appelé transformateur d’intensité (TI) ou tore de mesure, permet de convertir le courant passant dans le conducteur primaire
en un courant secondaire d'intensité inférieure proportionnelle à l'intensité au primaire.

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- Constitution et fonctionnement :

Un transformateur est constitué de deux enroulements (bobines) couplées par un noyau magnétique. Les circuits primaires et secondaires sont isolés électriquement l'un de l'autre et couplés par le circuit magnétique. Le courant parcouru dans l’enroulement primaire crée un champ magnétique qui est transmis par le noyau à la bobine secondaire.
Ce champ magnétique crée une tension induite dans l’enroulement secondaire.

Le noyau magnétique est constitué en général d'une stratification d'acier au silicium à faible perte, ce noyau a une grande section transversale de sorte que la densité de flux magnétique créée soit faible. Le Permalloy ou le mu-métal sont utilisés pour la fabrication des noyaux afin obtenir un très haut degré de précision.

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Il existe une relation de proportionnalité entre le courant primaire et le courant secondaire.
Cette relation dépend du nombre de spires de chaque enroulement. En fermant le circuit secondaire, le courant qui circule est proportionnel au courant primaire et au rapport des spires de chaque enroulement. (I primaire x nb spires primaires = I secondaire x nb spires secondaires)

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La structure d'un transformateur de courant est en général constituée d'un noyau torique magnétique, sur lequel est bobiné le circuit secondaire.

Avec cette conception, le câble portant le courant primaire passe dans l'ouverture du transformateur de courant. (le bobinage primaire ne représente qu’une spire)

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Le courant primaire crée un champ magnétique dans le noyau torique et induit un courant dans l’enroulement secondaire bobiné sur le tore.

Le courant primaire et le courant secondaire sont directement proportionnels et en phase.

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Les transformateurs de courant ne permettent que la mesure de courants alternatifs dans une gamme de fréquence restreinte. Il existe des transformateurs avec noyau fixe fermé ou avec noyau ouvrant, « noyau divisé ».

Les transformateurs a noyau fermé ne peuvent être mis en place que par ouverture du circuit à mesurer. Il n'est donc pas possible de les installer quand l’équipement est en service. 

Les transformateurs à noyau ouvrant peuvent en revanche être installés sur des installations en service. Il suffit de placer le transformateur autour du conducteur primaire sans avoir à défaire les câbles, il est totalement non intrusif.

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Mise en œuvre et précautions d'emploi :
Un transformateur de courant doit être connecté sur une charge de très faible impédance.
La précision est maximale lorsque son secondaire est en court-circuit, La classe de précision est garantie si la charge consomme une puissance inférieure à la puissance du transformateur.
(le transformateur peut avoir une classe de précision différente en fonction de la charge de sortie)

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Le secondaire d'un transformateur de courant ne doit jamais rester ouvert pendant que le courant circule dans le primaire. Le courant primaire étant indépendant du courant secondaire, l'intégralité du courant primaire agit comme un courant magnétisant lors de l'ouverture du secondaire. Il en résulte une saturation profonde du noyau, qui ne peut plus revenir à son état normal, rendant le transformateur inutilisable.
Hors charge, une tension élevée peut apparaître aux bornes du secondaire qui peut entraîner la destruction de l’enroulement, et se révéler dangereuse pour le personnel.

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L’objectif d’un transformateur de mesure de courant est de produire un signal proportionnel au courant mesuré dans son primaire. Les transformateurs de courant réduisent le courant primaire à une valeur beaucoup plus faible utilisable par les appareils de mesures (ampèremètre, Wattmètre, compteur d’énergie, relais de protection)

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En dehors des transformateurs d'intensité classique en sortie 5A ou 1A alternatif, il existe sur le marché des transformateurs de mesure incorporant la partie traitement du signal et fournissant un signal analogique normalisé soit en tension 0-5Vdc ou 0-10Vdc soit en courant 4-20mA.

L'avantage est de pouvoir transporter le signal sur de plus grandes distances, sans pertes, avec des puissances beaucoup plus faible, et de pouvoir interfacer directement des automates, des régulateurs ou des cartes d'acquisitions électroniques.​

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Classe de précision des transformateurs de courant :

Un transformateur de courant est défini par une intensité nominale (calibre de mesure).

On choisit généralement l'intensité nominale du transformateur aussi proche que possible du courant maximal à mesurer.

La classe de précision détermine les erreurs de mesures maximales admissibles d'un transformateur de courant entre 20% et 120% du courant primaire assigné.

L'utilisation d'un transformateur de courant avec une intensité faible par rapport à son intensité nominale réduit la précision, il n'est pas recommandé de descendre sous les 20% du calibre pour conserver une précision optimale. Pour les très faibles courants, il peut être judicieux de faire une ou plusieurs boucles avec le conducteur primaire pour exploiter pleinement le calibre de mesure du transformateur et conserver une précision acceptable.