Influence de l'impédance d'entrée du système d'acquisition sur le signal de sortie d'un transformateur de courant en sortie 0-10V ou 0-5V

Cet article a pour but de sensibiliser sur les précautions de mise en œuvre des transformateurs de courant autoalimenté en sortie tension continu

0-10V ou 0-5V connectés sur des entrées automates faible cout.

L'impédance d'entrée du système d'acquisition a une influence directe sur le signal de sortie d'un transformateur de courant (TC) lorsqu'il est configuré pour fournir un signal de tension (par exemple, 0−10 V ou 0−5 V). Cette influence est liée au fait que le transformateur de courant et son électronique de traitement, associé à une résistance de charge, fonctionne comme une source de tension ayant une impédance interne, comme le schéma ci-dessous.

Schéma équivalent du transformateur de courant avec le système d'acquisition

Le fonctionnement idéal

Dans des conditions idéales :

• Le système d'acquisition présente une impédance d'entrée très élevée

  (théoriquement infinie).

• Toute la tension Uo générée par le transformateur de courant est appliquée à l'entrée du système d'acquisition, sans chute de tension aux bornes de la résistance interne du transformateur, dans ce cas, le signal de sortie est fidèle et non atténué.

  
  

Influence d'une faible impédance d'entrée

Si l’impédance d’entrée est faible

(par exemple, dans des systèmes à bas coût ou mal conçus)

• Une partie du courant produit par le transformateur est consommée par le système d'acquisition.

• Cela crée une chute de tension dans le circuit du transformateur à cause de son impédance interne.

• La tension réellement appliquée à l'entrée du système est plus faible que prévu, ce qui provoque une sous-estimation du signal mesuré.

• La tension en entrée du système devient, selon le principe du pont diviseur de tension :

VE = Uo (tension du capteur à vide ) x résistance d’entrée acquisition /

( résistance interne du capteur + résistance d’entrée acquisition)

Atténuation de la tension de sortie d'un capteur en fonction du courant absorbé par le circuit d'acquisition.

Conséquences principales

1. Atténuation du signal : Une faible impédance d'entrée entraîne une réduction de l'amplitude du signal de sortie. Cela peut poser problème si le système d'acquisition est calibré pour une plage de tensions précise, comme 0−10 V ou 0−5 V, il faudra alors appliquer un coefficient de correction.

2. Non-linéarité : La relation entre le courant d'entrée (dans le TC) et la tension mesurée peut devenir non linéaire en raison de la charge ajoutée par le système d'acquisition.

   
   

   Ci-dessous l'exemple de l'évolution de la tension de sortie en fonction de la charge.

   Le transformateur à une impédance interne de 6 kohms (valeur standard pour une version en sortie 0-10V)

Tension de sortie d'un transformateur de courant sortie 0-10V en fonction de l'impédance du système d'acquisition

Ci-dessous l'erreur engendrée par l'impédance d'entrée du système de mesure,

on s'aperçoit que pour une impédance > 200 kohms l'erreur devient faible,

et quasi négligeable pour 500 kohms.

Précautions à prendre pour des mesures précises :

1. Utilisation d'un système avec une impédance d'entrée élevée : Les systèmes modernes d'acquisition ont souvent une impédance d'entrée de 1 MΩ ou plus, ce qui élimine quasiment l'effet de charge.

2. Appliquer le coefficient de correction : pour compenser l’atténuation provoquée par la faible impédance d’entrée du système d’acquisition, afin de rétablir la justesse de la mesure. (il s'agit d'une variation de pente du rapport de Ze / (Ze+Zs)

   
   

   exemple de la fonction de transfert avec une impédance d'entrée de 60 kohms

Fonction de transfert du transformateur de courant sortie 0-10V avec une charge de 60 kohms

Tableau d'atténuation du signal de sortie d'un transformateur de courant sortie 0-10V autoalimenté en fonction de l'impédance d'entrée du système d'acquisition.

(Le coefficient multiplicateur de correction est le facteur par lequel on doit multiplier la tension mesurée Vout​ pour obtenir la tension théorique de 10V en sortie.

Résistance d'entrée du système d'acquisition	Tension de sortie du capteur de courant pour le courant d'entrée nominal (valeur théorique 10V)	coefficient multiplicateur de correction pour obtenir 10V en sortie (correction de la mesure)
10 kΩ	6.25 V	1.600
20 kΩ	7.69 V	1.300
30 kΩ	8.33 V	1.200
40 kΩ	8.70 V	1.150
50 kΩ	8.93 V	1.120
60 kΩ	9.09 V	1.100
70 kΩ	9.21 V	1.086
80 kΩ	9.30 V	1.075
90 kΩ	9.38 V	1.067
100 kΩ	9.43 V	1.060
...	...	...
250 kΩ	9.77 V	1.024
500 kΩ	9.88 V	1.012
1 000 MΩ	9.94 V	1.006

 Observations :

• Avec 500 kΩ, la tension de sortie atteint 9.88V, très proche de 10V. (1.2% d'erreur)

• Avec 1 MΩ, la tension de sortie est de 9.94V, quasiment identique à la tension théorique de 10V (erreur 0.06%)

• Le coefficient de correction diminue, confirmant que plus la résistance d'entrée est grande, plus la tension de sortie est proche de la tension idéale de 10V.