Vue d’ensemble

Ce document se veut un guide complet sur la façon de mesurer la tension, le courant et la puissance à l’aide d’instruments informatiques. Le matériel suivant couvrira les capteurs courants trouvés sur le marché, le matériel de mesure de National Instruments pour la mesure de tension et de courant, et les progiciels pour les calculs de puissance. Combiner les capteurs, le matériel d’II et les produits logiciels mentionnés dans le présent document pour assembler un système complet et personnalisé de mesure et de contrôle de la tension, du courant et de la puissance.

Matériel NI pour la mesure de courant

Du point de vue de l’instrumentation, les mesures de courant sont effectuées à l’aide d’un conditionnement frontal ou de capteurs comme les shunts, les transformateurs de courant (TC), les capteurs à effet Hall et les bobines de Rogowski. NI dispose d’une grande variété d’options matérielles pour la mesure directe avec un module et la connexion à des capteurs externes et à des équipements de conditionnement. Le tableau 1 présente les modules compatibles avec les châssis CompactRIO et CompactDAQ pour la mesure de courant.

Tous les modules énumérés dans le tableau 1 utilisent des entrées échantillonnées simultanées avec un ADC 24 bits à 50kS/s par canal. Les modules de mesure de courant et de tension des tableaux 1 et 2 sont synchronisés lorsqu’ils sont installés ensemble dans un châssis CompactDAQ ou CompactRIO. La synchronisation des canaux est nécessaire pour des mesures de phase et de puissance plus précises.

Établir les connexions physiques pour la mesure du courant

Les illustrations suivantes montrent comment connecter physiquement des modules à un circuit pour la mesure de courant. Une barrette d’alimentation connectée à une prise de courant résidentielle est utilisée à des fins de démonstration, mais ce concept s’étend des appareils individuels aux niveaux de service résidentiels (120 Vca/240 Vca), jusqu’aux tensions de service.

Capteurs et composants frontaux pour la mesure de tension et de courant

Transformateurs de courant (TC)

Les transformateurs de courant (TC) sont des capteurs utilisés pour abaisser linéairement le courant traversant le capteur à un niveau inférieur compatible avec les instruments de mesure. Le noyau d’un transformateur de courant est de forme toroïdale, ou annulaire, avec une ouverture au centre. Le fil est enroulé autour du noyau pour former le secondaire et recouvert d’une gaine ou d’un boîtier en plastique. Le nombre d’enroulements de fil autour du noyau détermine le rapport d’abaissement, ou rapport CT, entre le courant dans la ligne mesurée (primaire) et le courant de sortie connecté à l’instrument (secondaire). Le fil de charge à mesurer passe par l’ouverture au centre du transformateur de courant. Exemple : Un TC avec un rapport de 500:5 signifie qu’une charge de 500 ARMS sur la ligne principale donnera une sortie de 5 ARMS sur le TC secondaire. L’instrument mesure 5 ARMS aux bornes et peut appliquer un facteur d’échelle entré par l’utilisateur pour afficher les 500 ARMS complets. Les TC sont spécifiés avec une valeur nominale, mais leur précision est souvent supérieure à 100 % de la valeur nominale. Les TC peuvent être à noyau divisé ou à noyau plein. Les TC à âme fendue ont une charnière ouverte ou une section amovible pour permettre à l’installateur de connecter le TC autour d’un fil de charge sans déconnecter physiquement le fil de charge à mesurer.

Largeur de bande de mesure du TC

Une bande passante de 1kHz à 2kHz est suffisante pour la plupart des applications de qualité d’alimentation de circuit alternatif. Pour les applications à haute fréquence, connectez directement au NI 9246 ou au NI 9247 pour une largeur de bande allant jusqu’à 24 kHz ou sélectionnez des TC à haute fréquence qui sont plus chers. Tous les modules énumérés dans le tableau ci-dessus ont une largeur de bande d’environ 24 kHz pour les signaux directement connectés. Les TC haute fréquence sont plus spécialisés et ont des spécifications de largeur de bande de l’ordre de centaines de MHz. Les modules de mesure NI 9215, NI 9222 et NI 9223 offrent des taux d’échantillonnage allant de 100kS/s/s/ch à 1MS/s/ch avec une résolution de 16 bits pour les mesures à haute fréquence.

Pour les mesures à haute fréquence dépassant les capacités du NI 9223, NI recommande un oscilloscope ou un numériseur pour PXI conçu pour les systèmes de laboratoire, de recherche et de test.

Mesure du courant continu

Les TC ne mesurent pas le courant continu ni la composante de décalage continu d’un signal alternatif. Pour la plupart des applications d’alimentation CA, cela n’est pas nécessaire. Lorsqu’une mesure en courant continu est nécessaire, le NI 9227 dispose de shunts calibrés intégrés et peut mesurer un courant continu jusqu’à 5 ampères. Pour mesurer plus de 5 A DC, on utilise un shunt de mesure de courant fort (voir ci-dessous) ou un capteur à effet Hall (voir ci-dessous) connecté au module de mesure approprié.

Bobines Rogowski

Les bobines de Rogowski, parfois appelées  » Transmetteurs à câble « , sont une autre option de capteur pour mesurer le courant dans une ligne. Les bobines Rogowski sont semblables en ce sens qu’elles s’enroulent autour du fil de charge, mais elles sont flexibles, ont une ouverture beaucoup plus grande que les bobines CT standard et le principe de mesure est différent. Les bobines de Rogowski induisent une tension proportionnelle à la vitesse de variation du courant et nécessitent donc dans le circuit intégrateur une conversion en courant proportionnel. L’intégrateur est un boîtier/composant séparé qui est généralement monté sur panneau ou sur rail DIN, nécessite une alimentation en courant continu et délivre des signaux basse tension ou courant à l’instrumentation. La taille et la flexibilité des bobines de Rogowski les rendent bien adaptées pour le bouclage autour de barres omnibus plus grandes que l’on trouve dans les bâtiments commerciaux ou les usines, surtout lorsqu’elles sont déjà construites et qu’une mesure de puissance est ajoutée pour les adapter, mais elles sont plus chères qu’un TC d’une gamme d’entrée comparable.