Transfo d'intensité
Mesure le courant et isole du réseau
Electricité

Le transfo d'intensité permet de mesurer le courant qui circule dans des conducteurs. Il isole également l'appareil de mesure du réseau.
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Le transfo d'intensité est un transformateur spécial: il n'est pas utilisé pour transformer une tension alternative en une autre tension alternative, mais il sert à mesurer le courant dans un conducteur.

Pour mesurer de fortes puissances, on ne fait pas passer tout le courant par l'appareil de mesure ou le compteur, mais on utilise un transfo de courant qui se compose d'un tore qu'on monte sur le conducteur. Le primaire est le conducteur même qui passe au centre du tore et le secondaire se trouve dans le tore. Le courant envoyé à l'appareil de mesure est par exemple 1/1000 du courant dans le conducteur principal.

Les transfos d'intensité (ou transfos de courant) mesurent le courant qui passe dans un conducteur par le champ magnétique qu'il induit. Le grand avantage est que la mesure est isolée du circuit, ce qui joue surtout pour les installations haute tension.

On n'utilise plus guère de shunts (voir ci-dessous): on a des alternatives même pour le courant continu. Un shunt produit une chute de tension (dans le cas présent de 60mV) pour un courant de 200A. Un petit calcul nous montre que la résistance du shunt est de 0.3mΩ. La dissipation dans le shunt est de 200 × 0.06 = 12W. La tension de 60mV est envoyée à un milliampèremètre et indique par exemple le courant de charge/décharge d'un banc de batteries.

Shunt de mesure du courant 200A = 60mV

Le transfo d'intensité peut alimenter un compteur électrique, mais peut également actionner un disjoncteur en cas de surcharge ou un sectionneur si par exemple un générateur fonctionne en moteur (il tire de la puissance du réseau au lieu d'en fournir). Dans ce dernier cas il faut également une mesure de la tension pour mesurer la puissance effective envoyée au réseau ou absorbée du réseau.

Le premier transfo est conçu pour un courant de primaire de 1000A, le second pour un courant de primaire de 1A.

Dans l'image à droite, un courant d'1A dans le primaire produit un courant de 3.5mA dans le secondaire. Le "primaire", c'est le conducteur qu'on fait passer au centre du transfo. Ce transfo est utilisé pour mesurer le courant d'une alimentation à découpage.

Les transfos d'intensité doivent alimenter un appareil de mesure à basse impédance. Plus l'impédance est basse, et plus la mesure est correcte. Si plusieurs appareils doivent mesurer le courant, il faut les mettre en série en controlant que la résistance totale ne devienne pas trop élevée.

Il peut y avoir des tensions destructrices qui sont produites si le secondaire est laissé en l'air: on monte généralement deux diodes zener tête-bèche pour limiter la tension au secondaire.

Les transfos d'intensité sont calculés pour une puissance maximale qu'ils peuvent fournir, par exemple 5VA. Le second transfo peut fournir une pussance de 1VA à l'appareil de mesure.

Les transfos d'intensité, comme tous les transfos classiques ne peuvent fonctionner qu'en alternatif. La bande de fréquence qui donne un rapport de transformation correct est limité, par exemple 50-400Hz pour les transfos d'intensité de 10VA.

Le dernier transfo à droite est un exemplaire qu'on trouve sur certains cirtuits imprimés. Le primaire est le cable noir. Il est également utilisé pour la mesure du courant des transistors de puissance d'une alimentation à découpage dont la fréquence de travail est de 50kHz.


Mesure du courant continu

Pour mesurer du courant continu, on utilise également une sorte de transfo d'intensité, mais avec une sonde hall qui mesure le champ magnétique. La sonde de Hall peut aussi bien mesurer les champs constants qu'alternatifs.

Le problème inhérent des sondes hall qui est la nécessité d'avoir une alimentation est résolu de façon très élégante par une boucle 4-20mA qui apporte la puissance nécessaire pour faire fonctionner l'électronique de mesure.

Pour éviter des erreurs de mesure (non-linéarité, hystérésis,...) on ne mesure pas le champ magnétique produit par le conducteur, mais on mesure le courant nécessaire pour contrecarrer le flux induit. Le bobinage de compensation a beaucoup de spires, pour qu'un très faible courant soit suffisant pour contre-carrer le champ primaire. Le transfo d'intensité travaille donc à flux nul où la mesure est plus précise.

Le seul inconvénient d'une telle mesure, c'est que le transfo d'intensité peut avoir un magnétisme rémanent qui fausse la mesure du courant continu. Il est compensé par un réglage d'offset, ce réglage doit se faire sans courant dans le conducteur de mesure ("primaire").

A gauche une mesure du courant continu dans le conducteur rouge. La sonde de hall mesure le champ magnétique et commande un ampli opérationnel qui va envoyer un courant de telle valeur que le champ magnétique est nul, ce qui veut dire que le champ magnétique produit par le conducteur rouge est compensé par le champ magnétique du conducteur vert. L'ampli dispose d'un réglage de l'offset pour éliminer le magnétisme permanent. Le courant est ensuite envoyé à un second circuit qui transforme le courant en tension proportionelle.


Convertisseur pour appareil de mesure

Un transfo d'intensité classique produit un courant alternatif proportionnel au courant dans le fil de mesure. Un transfo d'intensité transforme par exemple un courant de 400A en courant de 5A (sous 6kV cela fait tout de même une puissance de 2400kVA). Le primaire est ici une grosse barre de cuivre qui passe au milieu du transfo. Le transfo d'intensité isole le primaire (haute tension et courant important) en un courant de faible amplitude isolé du réseau.

Pour commander un appareil de mesure, il faut transformer le courant alternatif en courant continu, ce qui est effectué par le petit convertisseur à droite. L'appareil de mesure est ici un milli-ampèremètre de 10mA, il faut donc transformer un courant alternatif de 5A (qui correspond à un courant alternatif de 400A au primaire) en courant continu de 10mA. Pour un courant de 10mA, on obtient une indication de 400A sur l'appareil de mesure.

L'avantage de ce système, c'est que si on remplace une partie de l'installation (groupe électrogène plus puissant), il suffit de remplacer le transfo d'intensité (avec par exemple un rapport de 500A vers 5A) et la plaquette à l'intérieur du milli-ampèremètre pour indiquer 500A au lieu de 400A. Le reste de l'installation de mesure ne doit pas être adapté.

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