Schéma électrique d’un capteur de courant

Schéma électrique d’un capteur de courant

L’utilité d’un compteur intelligent :

Le compteur intelligent est la première étape en vue de l’implémentation d’un réseaux de distribution d’électricité « intelligent » qui utilise des technologies informatiques de manière à optimiser la production décentralisée, la distribution, la consommation (notamment en vue de l’électro mobilité) ainsi que de mieux mettre en relation l’offre et la demande entre les producteurs et les consommateurs Ce Pilotage permettrait également aux gestionnaires de réseaux de pouvoir assurer une meilleure Utilisation du réseau électrique en évitant les pics de consommation. Le consommateur, de son côté, peut « lire » sa consommation en temps réel, ainsi que le coût de celle-ci. Cette vision plus claire de l’énergie utilisée pourrait théoriquement lui permettre de mieux gérer sa consommation et donc de la réduire. Mateur d’électricité.

La gestion technique du réseau électrique : L’efficacité du réseau peut être grandement améliorée par une meilleure connaissance des profils de production et de consommation, l’équilibrage étant un souci majeur des gestionnaires de réseaux La maîtrise de la consommation électrique : Des études montrent que dans certains cas, des consommateurs bien informés sur leurs habitudes peuvent sensiblement réduire leur consommation électrique et les compteurs intelligents peuvent fournir cette information. L’amélioration des services énergétiques et une meilleure tarification : Depuis longtemps, il existe des tarifications différentes aussi bien pour des raisons sociales que pour des raisons de coûts liés à l’équilibrage du réseau. Les nouveaux compteurs offrent des possibilités illimitées pour introduire des mécanismes plus souples que le système bi-horaire actuel.

Les bobines de Rogowski A l’instar des transformateurs de courant, les bobines de Rogowski reposent sur le théorème d’Ampère et la loi de Lenz. La différence réside dans noyau des bobines, qui est amagnétique. Elles se présentent comme un enroulement hélicoïdal, généralement 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 (figure 9). 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 de la variation du courant (loi de Lenz). Pour s’affranchir de l’opération de dérivée, un circuit intégrateur est placé en sortie du capteur (il en constitue le circuit de conditionnement). La tension de sortie est ainsi proportionnelle au courant et en phase avec celui-ci. Les bobines de Rogowski se présentent généralement sous forme de capteurs ouvrants que l’on vient « clipser » autour du câble parcouru par la courant à mesurer. Cette facilité d’installation est d’un grand intérêt pratique. Le système d’ouverture entraîne cependant une discontinuité de bobinage qui affecte légèrement la précision de la mesure. Par ailleurs, il est à noter que celle-ci est théoriquement insensible au centrage du capteur par rapport au conducteur primaire (propriété qui découle du théorème d’Ampère). Cette facilité l’installation du capteur est un avantage.

Les capteurs de Hall

La plupart des capteurs magnétiques qui sont produits utilisent l’effet Hall. Ils peuvent être appliqués à la mesure de courant. Les capteurs de Hall sont réalisés à partir de matériaux semi-conducteurs. Ils nécessitent d’être alimentés par un courant I. Lorsqu’un champ magnétique (induit par le courant à mesurer imes) est appliqué au capteur, les porteurs de charges du semi-conducteur subissent la force de Lorentz et sont déviés au cours d’un régime transitoire, mais l’apparition de charges surfaciques au sommet et à la base de l’échantillon semi-conducteur vient créer un champ électrique et engendrer une force s’opposant exactement à celle de Lorentz. Une différence de potentiel, appelée tension de Hall, apparait ainsi entre les faces de l’échantillon. C’est cette tension qui se trouve être proportionnelle à I (fixé par l’utilisateur) et au champ magnétique, et qui dépend donc de imes, qui constitue le signal de sortie du capteur. De nombreux capteurs de courant continu utilisent des éléments de Hall montés dans l’entrefer d’un noyau magnétique (figure II.10), ce qui permet d’accroître la sensibilité de la mesure, de la protéger de l’influence des champs extérieurs et de diminuer celle de la position du conducteur parcouru par le courant à mesurer. Cependant, en raison de l’entrefer du noyau, les capteurs ne sont pas totalement affranchis de ces influences indésirables.

En outre, les capteurs de Hall pâtissent des sérieux offset (tensions continues indésirables) qui peuvent être causés par la rémanence du noyau magnétique, et seuls quelques composants commerciaux disposent d’un circuit AC de démagnétisation leur permettant de se réinitialiser lorsqu’ils ont été exposés à un fort courant DC ou champ extérieur. Notons qu’afin d’obtenir de bonnes caractéristiques de linéarité, mais aussi de les affranchir des dérives en température inhérentes aux matériaux semi-conducteurs, les capteurs de Hall sont souvent associés à une boucle de rétroaction (figure II.11). Cette dernière compense l’effet du courant à mesurer (champ magnétique) à l’aide d’un d’un bobinage, et c’est en mesurant le courant de rétroaction via un shunt que l’on peut déterminer précisément imes.

Les capteurs AMR : Ils sont constitués d’un matériau ferromagnétique (comme le permalloy) dont la résistance dépend de l’angle entre l’aimantation et la direction du courant injecté (les AMR nécessitent une alimentation en courant). Sous l’influence d’un champ magnétique (celui qu’il s’agit de mesurer) supposé perpendiculaire à l’axe de facile aimantation, celle-ci subit une rotation dont découle une variation de résistance, de laquelle, par mesure de la tension aux bornes de l’échantillon, on peut déduire la valeur du champ. La résistance R varie comme le carré du cosinus de l’angle entre l’aimantation et le courant de commande. Cette caractéristique présente l’inconvénient de n’être pas linéaire. Cependant, il est possible d’obtenir une réponse qui soit linéaire à champ nul grâce à une structure dite de barber pole qui permet de forcer l’orientation du courant à 45° de l’aimantation. Toutefois, même dans ce cas de figure la linéarité des capteurs n’est pas très bonne. C’est pourquoi, comme pour les sondes de Hall, un circuit de compensation (boucle fermée) est souvent mis en oeuvre. La topologie de capteur la plus répandue est le pont de Wheatstone qui permet d’accéder à la variation de champ engendrée par le courant à mesurer. La structure en pont a également pour effet d’affranchir la mesure des effets des variations de magnétorésistance liés à la température. Les AMR offrent une meilleure résolution de mesure que les capteurs de Hall, mais leur direction de mesure est située dans le plan de la puce, ce qui empêche de les placer dans l’entrefer d’un circuit magnétique.

Conclusion générale :

Le compteur électrique est l’un des équipements le plus important dans un réseau électrique c’est un dispositif qui mesure la quantité d’énergie électrique consommée par une résidence, une entreprise ou un appareil électriquement alimenté. C’est pour cette raison que ce travail s’articule sur le fonctionnement du compteur d’énergie. Dans ce projet nous nous sommes intéressés par l’étude et la réalisation d’un prototype d’un wattmètre électronique à base de deux transformateurs comme capteur de tension et de courant. Tout d’abord, nous avons fait un état d’art sur l’énergie électrique, son origine et les principales étapes suivies pour l’acheminer et la distribuer depuis les centrales jusqu’aux clients. Nous avons rappelé aussi les différents types de puissances et nous avons défini ce décrit le réseau électrique intelligent et ses avantages. Ensuite nous avons présenté le compteur d’énergie électrique et son historique.

On a montré aussi son rôle et ses types ; ainsi une généralité sur le compteur intelligent Nous avons conçu à la base de deux transformateurs montés en capteurs de tension et de courants un prototype d’un wattmètre électronique qui a été détaillé, ainsi que sa structure qui a été présenté en décrivant chaque bloc électronique, tel que les capteurs de tension, de courant et le multiplieur. Ensuite nous avons présenté les étapes que nous avons suivies pour la réalisation de notre prototype. Nous avons constaté qu’il existe des différentes méthodes pour réaliser le wattmètre électronique basé sur les différents types de capteurs de courants et de tension. Nous espérons dans les futurs projets, le développement de ce prototype pour la réalisation d’un compteur d’énergie électronique doté d’un module d’émission et de réception de données. Ce type de compteur est la première étape de l’implémentation d’un réseau électrique intelligent qui utilise des technologies informatiques de manière à optimiser l’utilisation des énergies renouvelables ainsi que de mieux mettre en relation l’offre et la demande entre les producteurs et les consommateurs d’électricité.

Table des matières

Remerciements
Chapitre 1 Puissance et Énergie électrique
I.L’énergie électrique :
I .1.Introduction :
I .2. Définition
I.3Réseaux électrique
I.4Production de l’énergie électrique
I.4.1 introduction
I .4.2 Types de centrales
I.5Transport et distribution
I.6. Puissance
I.6. 1. Introduction
I.6. 2 Type de puissance
I.7 Coût de l’électricité (tarification)
I.8. RÉSEAUX ÉLECTRIQUES INTELLIGENTS
I.8.1 introduction
I.8. 2 Définition :
I.8. 3 Avantages
Conclusion
Chapitre 2 Les compteurs d’énergie électrique
II .1Introduction :
II .2 Définition :
II .3 Historique
II .4 le rôle du compteur électrique :
II .5 Les différents types de compteurs d’énergie électrique
II .5.1 Compteur classique électromécanique
II .5.2 Compteur électronique
II.5.3 Compteur électrique communicant (intelligent)
II.5.3.1Définition
II.5.3.2L’utilité d’un compteur intelligent :
II.6 Schéma Synoptique du compteur d’énergie
II.7Capteur de courant
II.8Quelques technologies de capteurs
II.8.1Les shunts :
II.8.2 Les transformateurs de courant
II.8.3Les bobines de Rogowski
II.8.4Les capteurs de Hall
II.8.5Les magnétorésistances :
II.8.6Les capteurs AMR :
II.8.7Les capteurs GMR et TMR :
II.8.8Les fluxgates
II.9 Conclusion
Chapitre 3 Conception du compteur d’énergie
III.1 capteur de courant
III.1.1 Schéma électrique d’un capteur de courant
III.1.2 principe de fonctionnement du capteur de courant
III.2Capteur de tension
III.2.1 schémas électriques d’un capteur de tension
III.2.2Principe de fonctionnement d’un capteur de tension
III.3Mesure de la puissance
III.3.1Multiplieur
III.3.2 Schéma électrique d’un multiplieur
III.3.3 Principe de fonctionnement
III.3.4Simulation :
III.4Conclusion
Conclusion générale :
ANEXXE
Référence

Télécharger le rapport complet