Mesure précise de puissance dans les circuits AC : de l'électrodynamomètre aux capteurs Hall

Mesurer la puissance dans les circuits AC est intrinsèquement plus complexe qu'en DC car les déphasages signifient que simplement multiplier les lectures de tension et de courant ne reflète pas la puissance réelle.

Ce qui est requis est un instrument capable de déterminer le produit de la tension et du courant instantanés. L'électrodynamomètre classique, avec ses bobines fixes et mobiles, excelle à cette tâche.

Pour la puissance triphasée, deux mouvements dynamométriques peuvent être couplés sur un arbre commun, permettant à un seul pointeur d'afficher la puissance agrégée sur une échelle de mesure. Bien que cette configuration soit coûteuse et complexe, elle reste une solution fiable.

Effet Hall

Une approche innovante pour la mesure électronique de puissance — produisant un signal électrique proportionnel à la puissance réelle au lieu d'un pointeur mécanique — est basée sur l'effet Hall.

L'effet Hall, découvert par E. H. Hall en 1879, produit une tension à travers un conducteur parcouru par un courant lorsqu'un champ magnétique perpendiculaire est appliqué :

La tension Hall est proportionnelle au courant et à la force du champ magnétique.

La tension générée à travers le conducteur plat et rectangulaire est directement proportionnelle à la fois à la magnitude du courant et à la force du champ magnétique. En d'autres termes, c'est le produit de ces deux variables. La magnitude de la tension Hall dépend aussi du matériau du conducteur.

Des matériaux semi-conducteurs spécialement conçus produisent une tension Hall plus forte que les métaux, donc les dispositifs Hall modernes sont construits à partir de ces matériaux.

En faisant passer le courant AC à travers le conducteur et en générant le champ magnétique avec des bobines énergisées par le même circuit de puissance AC, la tension Hall devient proportionnelle au produit instantané du courant et de la tension — c.-à-d., la puissance réelle.

Parce qu'un capteur Hall n'a pas de pièces mobiles, il peut fournir des mesures de puissance instantanées avec une haute précision.

De plus, la tension Hall est un signal DC. La polarité de la tension Hall dépend à la fois de la polarité du champ magnétique et de la direction du courant. Lorsque les deux s'inversent pendant un demi-cycle AC, la polarité de sortie reste inchangée.

Lorsque la tension et le courant sont déphasés de 90° (facteur de puissance nul), les pics de courant et de champ magnétique ne coïncident jamais ; la sortie Hall devient zéro à ces moments, reflétant le fait qu'aucune puissance réelle n'est délivrée à une charge purement réactive.

Entre ces points, la tension Hall oscille entre valeurs positives et négatives, représentant l'échange instantané d'énergie avec une charge réactive. La sortie DC nette sur un cycle complet est zéro, indiquant aucune puissance réelle.

Si le déphasage est inférieur à 90°, la tension Hall oscille de façon asymétrique — plus longtemps positive que négative — donc la composante moyenne (DC) est non-nulle. Un filtre passe-bas extrait cette composante DC, qui peut alors être affichée sur un mouvement de mesure DC sensible.

De nombreux utilisateurs préfèrent accumuler la puissance sur le temps plutôt que la mesurer instantanément. Le signal DC filtré peut être intégré pour fournir la consommation d'énergie totale, typiquement exprimée en joules ou, plus communément, en watt-heures.

FICHIERS D'EXERCICES ASSOCIÉS :

• Fiche d'exercices sur les transducteurs DC