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Séparateurs avec et sans alimentation

Fonctionnement :

Il est évident que la transmission et la séparation des potentiels de grandeurs alternatives doivent être réalisées de préférence avec des transformateurs. Les transformateurs sont fiables, faciles à fabriquer et adaptés à des tensions d'isolement et des tensions de service élevées.

Le principe de transformation n'est pas adapté pour la transmission de signaux à tension continue. Le signal de mesure à tension continu est donc converti en tension alternative avec un hacheur électronique (chopper en anglais). La tension alternative est transmise vers le circuit secondaire via un transformateur; elle y est redressée de manière synchrone avec la fréquence du hacheur (cf. Fig. 3) et la tension continue qui en résulte est finalement convertie ou amplifiée.

Schéma de principe d'un séparateur avec séparation par transformation

Figure 3 : Schéma de principe d'un séparateur avec séparation par transformation

Un autre principe de traitement des signaux est utilisé dans les amplificateurs séparateurs commutables modernes de la série VariTrans® et dans les nouveaux convertisseurs de la catégorie 6 mm. Le signal d'entrée est converti en signal rectangulaire à fréquence constante. Le rapport cyclique de la tension rectangulaire change en fonction de la tension d'entrée (modulation d'impulsions en durée - MID). Le signal rectangulaire qui a subi une modulation d'impulsions en durée est transmis avec une séparation des potentiels du côté sortie en passant par un transformateur et y est de nouveau converti en tension ou en courant via un filtre passe-bas.

Principe de la MID : modulation d'impulsions en durée

Figure 4 : Principe de la MID : modulation d'impulsions en durée


Le rapport de transmission de l'amplificateur séparateur ou du convertisseur est géré par un microcontrôleur. Le paramétrage est réalisé avec un commutateur DIP et un codeur rotatif. Etant donné que ces commutateurs ne sont pas reliés de manière usuelle en contre-réaction des circuits d'amplification, mais qu'ils commutent uniquement les signaux numériques, ils ne sont pas chargés en courant et ne peuvent causer aucun défaut lié à des résistances de transition.

1.1 Amplificateurs séparateurs avec alimentation (séparateurs actifs)

Les amplificateurs séparateurs sont les appareils les plus couramment utilisés pour séparer galvaniquement les signaux de mesure . Selon le modèle, ils servent non seulement de séparateur de potentiels, mais aussi de convertisseur pour transformer les signaux de tension ou de courant en signaux normalisés 20 mA ou 10 V. Dans le cas d'une transmission 1:1 des signaux de mesure, ils sont aussi utilisés pour augmenter la capacité de charge des signaux. La charge du signal d'entrée à travers l'amplificateur séparateur est généralement négligeable. En principe, les amplificateurs séparateurs exigent une tension d'alimentation externe. Les modèles typiques sont les amplificateurs séparateurs commutables VariTrans® P 27000 et P 15000.

Amplificateurs séparateurs pour un traitement des signaux unipolaire

Pour de nombreuses applications, par ex. pour le traitement des signaux normalisés 0/4 ... 20 mA et 0 ... 10 V, il est possible d'utiliser des amplificateurs séparateurs exclusivement adaptés à la transmission de signaux de mesure unipolaires. Pour une transmission précise, y compris dans la zone du point zéro, la plage utile de tous les amplificateurs séparateurs unipolaires de Knick s'étend jusque quelques pour cent dans le négatif (cf. Fig. 5).

Schéma de principe d'un amplificateur séparateur unipolaire actif

Figure 5 : Schéma de principe d'un amplificateur séparateur unipolaire actif

Amplificateurs séparateurs pour le traitement des signaux bipolaires

Le traitement des signaux de mesure bipolaires est souvent nécessaire, par exemple lorsque des courants de moteur doivent être mesurés dans les deux sens de rotation. Les signaux bipolaires sont également traités pour saisir des distances parcourues ou pour améliorer la résolution des signaux de mesure. Knick propose différents modèles d'amplificateurs séparateurs bipolaires, par ex. le VariTrans® A 26000 pour des signaux standard bipolaires (cf. Fig. 6).

Schéma de principe d'un amplificateur séparateur bipolaire actif

Figure 6 : Schéma de principe d'un amplificateur séparateur bipolaire actif

1.2 Séparateurs sans alimentation (séparateurs passifs)

Il n'est pas nécessaire d'utiliser des amplificateurs séparateurs actifs pour séparer les potentiels dans le cas de signaux de courant normalisés. Il est souvent possible d'utiliser des séparateurs sans alimentation sans que cela implique des restrictions. Les séparateurs passifs de Knick n'exigent pas d'alimentation. L'alimentation est assurée via le signal de mesure par une chute de tension sur les bornes d'entrée. La capacité de charge du signal d'entrée diminue à hauteur du besoin de tension interne du séparateur passif.

Les séparateurs passifs sont adaptés pour la transmission 1:1 de signaux de courant unipolaires. L'adéquation à l'usage prévu doit être vérifiée en tenant compte de la capacité de charge du signal d'entrée et de la charge en sortie.

Exemple :

Un convertisseur avec un signal de 0 ... 20 mA à l'entrée d'un séparateur sans alimentation supporte une charge maximale de 10 V (IE = 0 ...20 mA, UE max = 10 V). La chute de tension ou le besoin de tension interne UEinterne du séparateur sans alimentation est de 2,5 V. D'après UE = UEinterne + (IS · RC), la charge de sortie maximale est RB max = (UE max – UEinterne) / 20 mA = 375 Ohm (cf. Fig. 7).

Schéma de l'exemple 1

Figure 7 : Schéma de l'exemple 1

Les séparateurs sans alimentation ne permettent pas une amplification des signaux et un effet rétroactif reste possible, ce qui signifie que la charge en sortie sollicite directement le signal d'entrée. Par conséquent, lorsque la sortie est ouverte et que la résistance est très élevée, plus aucun courant ne peut passer, même dans le circuit d'entrée (cf. Fig. 8).

 

Séparateur sans alimentation avec sortie ouverte

Figure 8 : Séparateur sans alimentation avec sortie ouverte

Lorsqu'il est impossible d'exclure une interruption momentanée du circuit de courant de sortie, on connecte la sortie du séparateur en parallèle avec une diode Zener adaptée. Si le circuit de sortie est ouvert, le courant d'entrée est acheminé vers la sortie en passant par la diode Zener (cf. Fig. 9). Dans la pratique, cette méthode se révèle souvent complexe et soumise à des défauts.

 

 Transmission d'un signal de mesure sur de longues distances

 

Figure 9 : Transmission d'un signal de mesure sur de longues distances

Knick a résolu ce problème avec la fonction Bürdenstop® et a ainsi étendu de manière considérable les possibilités d'utilisation des séparateurs sans alimentation. Dans ce cas, le courant injecté du côté primaire est maintenu indépendamment de la charge en sortie, sans effet rétroactif. Cela permet d'intercepter toute augmentation excessive de la charge côté sortie, comme par exemple la rupture d'un câble ou des charges non constantes, impédances complexes incluses. Les séparateurs passifs IsoTrans® M12-A200 et IsoTrans® A 20400 sont disponibles avec et sans Bürdenstop®. Si la charge en sortie (par exemple résistance d'entrée de la commande) ne dépasse pas 60 Ω, l'utilisation d'un séparateur passif avec Bürdenstop® est la solution optimale (cf. Fig. 10).

Fonction de transmission avec Bürdenstop

Figure 10 : Fonction de transmission avec Bürdenstop

Le courant d'excitation nécessaire au fonctionnement des séparateurs passifs de Knick est très faible. Selon le type, il est compris entre 2 μA et 150 μA environ sans que cela apparaisse comme une erreur de transmission supplémentaire. Les séparateurs passifs sont particulièrement avantageux du fait de la simplicité de l'installation, sans câbles d'alimentation supplémentaires. Les séparateurs sans alimentation sont disponibles dans toutes les versions de boîtier.

 

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