Capteur de courant compensateur avec shunt magnétique. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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La conception décrite du capteur utilisé pour mesurer des courants élevés diffère des dispositifs similaires actuellement utilisés en présence d'un shunt magnétique, ce qui réduit la consommation d'énergie, le poids et les dimensions du dispositif.

Pour mesurer des courants élevés (de l'ordre de la dizaine de kiloampères), le circuit classique d'un capteur de type compensation (Fig. 1), sur lequel sont construits des produits industriels [1], est inacceptable.

Le principe de fonctionnement de tels capteurs est basé sur la compensation du champ magnétique créé dans le circuit magnétique par le courant mesuré au moyen du courant de l'enroulement de compensation. Le transformateur de courant TA1 est un circuit magnétique fermé avec un enroulement, couvrant un bus avec un courant mesuré, dans l'entrefer duquel un capteur Hall (U1) est installé. Lorsque le courant passe dans le bus, un flux magnétique se crée dans le circuit magnétique qui l'entoure, faisant apparaître dans le capteur Hall une tension proportionnelle au courant mesuré. Cette tension, amplifiée par un amplificateur opérationnel (DA1) et un amplificateur de puissance sur les transistors VT1, VT2, provoque un courant dans l'enroulement TA1, qui compense le flux magnétique dans le circuit magnétique.

Pour compenser le champ magnétique créé par exemple par un courant de 100 kA, le courant traversant l'enroulement de compensation doit être égal à 100/n kA, où n est le nombre de spires de cet enroulement. Dans ce cas, la puissance de l'amplificateur de sortie et la masse du capteur peuvent être trop importantes.

Pour réduire le courant de compensation dans le capteur proposé (Fig. 2), le flux magnétique est compensé non pas dans toute la section du circuit magnétique 2, mais dans une zone limitée avec une résistance magnétique inférieure à la résistance de l'ensemble du circuit magnétique.

Sur le site d'installation du capteur Hall 3, où le flux magnétique bifurque (AB), l'amplitude de l'induction magnétique créée par le courant mesuré I dans le bus 1, B = μμ0I / 2l (à l "d), où μ est la perméabilité magnétique du matériau du circuit magnétique ; μ0 est la perméabilité magnétique au vide.

Pour compenser le flux magnétique créé par le courant mesuré dans cette section, le courant de l'enroulement de compensation 4 I1 = Vx2s1/μμ0 = Ixd/l.

Le courant de l'enroulement de compensation I1 est inférieur au courant I mesuré de l/d fois, ce qui permet de mettre en oeuvre un capteur de poids et dimensions acceptables.

Dans le capteur proposé l = 100 mm, d = 1 mm, donc, avec un courant mesuré de 100 kA, le courant de compensation est créé par un courant de 1/n kA, où n est le nombre de spires de l'enroulement de compensation.

Un capteur de compensation avec un shunt magnétique de cette conception a les caractéristiques suivantes.

• Courant nominal mesuré, kA......20
• Le courant d'impulsion maximal mesuré d'une durée ne dépassant pas 10 ms pendant 1 min, kA ..... 100
• Rapport de transformation ...... 1/5000
• Courant de sortie maximum au courant mesuré 100 kA, mA......200
• Erreur de base pour la valeur du courant nominal, pas plus de %......1
• Courant de polarisation zéro, pas plus de, mA ...... 0,2
• Gamme de fréquence, kHz......0...10
• Dimensions fenêtre pour jeu de barres courant, mm......40x120
• Section du circuit magnétique, pas moins de, mm......55
• Dimensions, mm......200x200x100
• Poids, kg ...... pas plus de 3

La mise en œuvre d'une telle conception est possible lors de l'utilisation d'un circuit magnétique avec une induction de saturation élevée, par exemple, GAMMAMET 440C1 avec une caractéristique d'aimantation linéaire jusqu'à 1...1,2 T [2, 3].

Pour réduire l'influence des champs magnétiques externes, il est conseillé d'utiliser deux circuits magnétiques et des capteurs Hall dans la conception illustrée à la fig. 3.

Ici, l'espace l dans le circuit magnétique autour du bus 1 avec courant est divisé en deux sections égales entre les circuits magnétiques 2, 3. Les courants des enroulements de compensation 6 et 7 dans ce circuit sont additionnés. Si le champ magnétique externe sur le site d'installation de l'un des capteurs Hall (4 ou 5) coïncide en direction avec le champ magnétique créé par le courant mesuré, alors sur le site d'installation de l'autre capteur Hall, il est de sens opposé. Si les signaux des capteurs Hall 4, 5, dus au champ magnétique du courant mesuré, ont la même polarité, alors les signaux du champ magnétique externe des capteurs de polarité différente, et donc le signal résultant du champ magnétique externe est zéro.

Un amplificateur pour un tel appareil nécessite une puissance assez faible - sa consommation de courant ne dépasse pas 0,25 A à une tension d'alimentation de +15 V.

S'il est impossible d'acheter le circuit magnétique nécessaire, vous pouvez utiliser des nuances d'acier électrique laminé à froid E310, E320, pour lesquelles l'induction de saturation est également assez élevée, et avec une erreur de mesure d'environ 1%, ce matériau convient tout à fait.

littérature

1. Prospectus du cabinet "LEM".
2. Prospect NPP "Gamma" (Ekaterinbourg).
3. Starodubtsev Yu., Keilin V., noyaux magnétiques Belozerov V. GAMMAMET. - Radio, 1999, n° 6, p. 48-50.

Auteur : A. Aldokhin, Tchernihiv, Ukraine

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