Brevet FR2027444A1 — publié le 19700925

L'invention concerne un appareil indicateur de dépasrelent de consoflation d'énergie électrique qui comporte un élément de seuil servant à constater le dépassement de consommation et un élément de paliers qui augmente automatiquement la limite permise de consommation d'après des critères fixés lorsque cette limite est dépassée. Les distributeurs d'énergie électrique sont désireux de débiter le plus d'énergie possible pour une puissance maximale aussi petite que possible. Les tarifs appliqués se composent en général d'un terme dépendant de l'énergie consommée et mesurée par des compteurs et d'un terme de tarif qui dépend de la puissance. Antérieurement, pour la fixation du terme de tarif indépendant de la consommation, on utilisait le plus souvent des compteurs & enregistreur de maximum ce qui entraîne une grande dépense. I1 est connu aussi d'utiliser des limiteurs de courant pour faire en sorte que la puissance maximale attribuée à un consommateur ne soit pas dépassée. Toutefois, dans bien des cas, il est indésirable d'appliquer une telle limitation de puissance et de débrancher le consommateur du réseau de distribution d'énergie quand la limite de puissance est dépassée. Pour éviter ces inconvénients, on a proposé d'utiliser un dispositif qui, au lieu de la puissance, mesure le courant utilisé. Dans ce dispositif connu, un organe temporisé est mis en marche aussit8t que le courant dépasse un seuil prescrit. Au bout d'un temps prédéterminé, un commutateur à plots établit automatiquement un palier supérieur de courant. Si maintenant le courant utilisé est inférieur à ce nouveau seuil, le commutateur à plots reste dans la position atteinte. Mais si le courant du réseau est supérieur au palier mentionné ou Si par la suite il s'élève au-dessus de ce palier, l'organe temporisé est à nouveau mis en marche et ainsi de suite. Ainsi, le palier atteint est le signe que pendant un temps déterminé, la valeur de courant de réseau correspondant au palier de commutation précédent a été dépassée. Toutefois, la détermination du tarif de base d'après le courant électrique utilisé n'est en relation avec la puissance consommée que si la tension est constante et si le facteur de puissance est constant. I1 est connu de déterminer l'énergie électrique consommée au moyen d'un wattheuremètre électronique qui ne colporte pas de pièces mécaniques en mouvement. Â l'aide d'un wattmètre qui est le plus souvent formé d'un multiplicateur servant & iul- tiplier le courant par la tension et d'un convertisseur analogique-numérique, on engendre une succession d'impulsions ayant une fréquence proportionnelle à la puissance. Le nombre des impulsions qui apparaissent dans une période de mesure est une mesure de l'énergie électrique consommée. L'invention a pour but de fournir un appareil indicateur de dépassement de consommation utilisant un tel wattheuremètre électronique. L'invention est caractérisé par le fait que l'entrée de l'élément de seuil est reliée à un wattmètre qui émet une succession d'impulsions ayant une durée de période proportionnelle à l'inverse de la puissance, que l'élément de seuil est conçu de telle sorte qu'il réagit lorsque la durée de période devient inférieure à un seuil prédéterminé, et que lorsque l'élé- ment de seuil réagit la succession d'impulsions ou une succession d'impulsions de référence est amenée à un compteur d'impulsions qui déclenche l'avancement de l'élément de paliers lorsqu'un nombre d'impulsions prédéterminé est atteint. On explique plus précisément ci-aprAs quelques exemples d'exécution de l'invention à propos des dessins sur lesquels les figures 1, 3 et 5 sont des schémas par blocs, et les figures'2, 4 et 6 des diagrammes. Sur la figure 1, on a indiqué un wattmètre 1 qui est formé d'un multiplicateur 2 servant à multiplier le courant I par la tension U, d'un convertisseur analogique-numérique 3 servant à former une succession d'impulsions ayant une durée de période T proportionnelle à l'inverse de la puissance U.I, et d'un démultiplicateur de fréquence 4. La sortie du wattmètre 1 est reliée à une borne d'entrée 5 d'un élément de seuil 6 et à une entrée 7 d'un circuit ET, 8, dont l'autre entrée 9 est reliée à la borne de sortie 10 de l'élément de seuil 6. La borne d'entrée 5 de l'élément de seuil 6 est reliée à un multivibrateur monostable Il qui commande un transistor de commutation 12. Au parcours collecteur-émetteur de celui-ci sont reliés en parallèle un condensateur 13 et une entrée d'un inter rupteur de seuil 14 dont la sortie est reliée à la borne de sortie 10. Le condensateur 13 est chargé avec un courant constant I1 par une source de courant 15. La sortie 16 du circuit ET, 8, est reliée à un compteur d'impulsions 17 qui, lorsqu'un nombre d'impulsions prédéterminé n est atteint, fait avancer un élément de paliers qui est formé d'une channe de comptage de tarif 18 et d'une matrice de décodage 19 adjointe à celle-ci et donnant une indication visuelle de paliers de tarif, non représentée sur les dessins. La matrice de décodage 19 commande par l'intermédiaire de conducteurs de sortie 20 la capacité de mémorisation n du compteur d'impulsions 17 et par l'intermédiaire d'un conducteur de sortie 21, le courant I1 de la source de courant 15 en fonction du palier de tarif dont il s'agit. On peut remettre à zéro le compteur d'impulsions 17 et laXhaine de comptage de tarif 18 en actionnant une touche 22 qui est seulement accessible au personnel du distributeur d'énergie. Le wattmètre 1 peut titre relié à un compteur d'impulsions 23 servant à déterminer l'énergie électrique consommée. On expliquera ci-après le fonctionnement de l'appareil indicateur de dépassement de consommation décrit ci-dessus, à propos de la figure 2 sur laquelle les tensions U1 à U5 sont por tées en fonction du temps t. A chaque flanc négatif des impulsions de tension U1 engendrées par le wattmètre 1, le multivibrateur monostable Il est déclenché et le condensateur 13 se décharge pendant peu de temps. Ensuite, le condensateur 13 est à nouveau chargé par le courant I1; la tension U3 à l'entrée de l'interrupteur de seuil 14 augmente de façon linéaire et, en partant du début de la décharge du condensateur, elle atteint le seuil Us de l'interrupteur de seuil 14 au bout du temps de comparaison T0. Après une décharge du condensateur, si l'impulsion sui vante émise par le wattmètre 1 se produit seulement quand l'interrupteur de seuil 14 a réagi, cette impulsion ne peut pas passer par le circuit ET 8. Si par contre la durée de période T de la tension U1 est plus petite que le temps de comparaison T01 le circuit ET 8 est conducteur parce que le condensateur 13 se décharge à nouveau avant que l'interrupteur de seuil 14 ne puiss réagir. Ainsi, des impulsions émises par le wattmètre 1, le compteur d'impulsions 17 compte celles dont la distance T à 1'impulsion précédente est plus petite que le temps de comparaison T0, autrement dit il forme l'intégrale dans le temps de la puis- sance P lorsqu'un seuil de puissance prescrit PS est dépassé. Pour le temps tS nécessaire pour arriver au nombre d'impulsions n, on a la relation tS~ p . Pour P = P51 on a tS = tmax = n.T0. Quand le nombre d'impulsions n est atteint, le compter d'impulsions 17 transmet une impulsion d'avancement à la channe de comptage de tarif 18. La matrice de décodage 19 augmente d'une part le courant li d'un palier, par le conducteur de sortie 21, ce qui diminue le temps de comparaison TO. D'autre part, par les conducteurs de sortie 20, la matrice de décodage 19 provoque une augmentation du nombre d'impulsions n dans la mbne me- sure, de sorte que tmax - n.TO reste constant. On peut maintenir constantes les grandeurs n et TO ai le démultiplicateur de fréquence 4 présente plusieurs sorties qu: ont un rapport de démultiplication différent et qui sont reprise au choix par des interrupteurs commandés par la matrice de décodage 19 et transmises aux entrées 5 et 7. La figure 3 indique un élément de seuil 24 qui remplace sur la figure 1 l'élément de seuil 6 et fonctionne suivant un principe purement numérique. Les éléments semblables à ceux de la figure 1 sont désignés par les mêmes références. Un générateurs d'impulsions 25 est relié par l'intermédiaire d'un démultiplicateur de fréquence 26 à une entrée de remise à zéro 27 d'un étage basculeur bistable 28 dont la sortie 29 est reliée à la borne de sortie 10 de l'élément de seuil 24. La borne d'entrée 5 de celui-ci est reliée à une entrée de remise à zéro 30 du démulti- plicateur de fréquence 26 et, par l'intermédiaire d'un organe de retard 31, à une entrée de positionnement 32 de l'étage basculeur 28. La matrice de décodage 19 (figure 1) commande, par le conducteur de sortie 21, le rapport de démultiplication n du démultiplicateur de fréquence 26. Le générateur d'impulsions transmet au démultiplicateur de fréquence 26 une succession d'impulsions de référence qui a une durée de période constante TR. Le démultiplicateur est remis à zéro à chaque impulsion engendrée par le wattmètre 1 conformément à la figure 4 sur laquelle on a porté les tensions U1, U5, U6 et U7 en fonction du temps. L'étage basculeur 28 bascule avec un certain retard pour prendre l'état logique L. Au bout du temps de comparaison To - m.TR, il apparat à la sortie du démultiplicateur de fréquence 26 un signal L qui remet à zéro l'étage basculeur 28 de sorte que le circuit ET 8 est bloqué. Ainsi, les impulsions émises par le wattmètre 1 ne peuvent arriver à l'entrée du compteur d'impulsions 17 que si la condition T La figure 5 est un schéma par blocs d'un appareil indicateur de dépassement de consommation dans lequel la durée cumulée de dépassement t8 pendant laquelle le seuil de puissance établi peut être dépassé sans augmentation de tarif est indépendante de la grandeur du dépassement. A nouveau, les éléments semblables à ceux des figures précédentes sont désignés par les mêmes références. La sortie du wattmètre I est reliée par l'intermédiaire d'un démultiplicateur de fréquence 33 à une entrée de positionnement 34 d'un étage basculeur bistable 35 dont la sortie est reliée à une entrée 36 d'un circuit ET 37. Un générateur d'impulsions 38 est relié à une entrée 39 du circuit ET 37 et, par l'in- termédiaire d'un organe de retard 40, à une entrée de remise à zéro 41 du démultiplicateur de fréquence 33 et à une entrée de remise à zéro 42 de l'étage basculeur 35. Les éléments 33, 35, 38 et 40 font partie d'un élément de seuil 43. Une sortie 44 du circuit ET 37 est reliée au compteur d'impulsions 17 qui, lorsque le nombre d'impulsions n est atteint, provoque, par l'intermédiaire de l'élément de paliers formé par les éléments 18 et 19, une augmentation du rapport de démultiplication m du démultiplicateur de fréquence 33. Sur la figure 6, on a représenté les tensions U1 et U8 à U10 de l'appareil indicateur de dépassement de consommation que l'on a décrit et qui fonctionne comme suit Le génélateur d'impulsions 38 engendre une succession d'impulsions de référence U8 ayant une durée de période constante TR. Le wattmètre 1 transmet ses impulsions de sortie au démultiplicateur de fréquence 33; après m impulsions, il apparat à la sortie du démultiplicateur de fréquence 33 un signal qui positionne l'étage basculeur 35 s'il ne s'est pas déjà produit auparavant une impulsion de référence qui a remis à zéro le démultiplicateur de fréquence 41 par l'intermédiaire de l'organe de retard 40. L'étage basculeur 35 est donc positionné quand la condition TO# TR > m.T est remplie. L'impulsion de référence suivante fait alors avancer d'une position le compteur d'impul- sions 17 et remet à zéro avec retard le démultiplicateur de fréquence 33 et l'étage basculeur bistable 35. Aussitôt que le compteur d'impulsions 17 a compté n impulsions de référence au bout de la durée cumulée t5 = n.TR , la chaîne de comptage de tarif 18 avance et le rapport de démultiplication m est augmenté d'un palier. - REVENDICATIONS 1 - Appareil indicateur de dépassement de consommatior d'énergie électrique comportant un élément de seuil qui sert à constater le dépassement de consommation et un élément de palier qui augmente automatiquement la limite permise de consommation d'après des critères fixés lorsque cette limite est dépassée, appareil caractérisé par le fait que l'entrée de l'élément de seuil est reliée à un wattmètre qui émet une succession d'impulsions ayant une durée de période proportionnelle à l'inverse de la puissance, que l'élément de seuil est conçu de telle sorte qu'il réagit lorsque la durée de période devient inférieure à un seuil prédéterminé, et que lorsque l'élément de seuil réagit la succession d'impulsions ou une succession d'impulsions de ré- férence est amenée à un compteur d'impulsions qui déclenche l'a- vancement de l'élément de paliers lorsqu'un nombre d'impulsions prédéterminé est atteint. 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément de seuil présente un condensateur qui est relié en parallèle à un interrupteur de décharge commandé par le wattmètre et à l'entrée d'un interrupteur de seuil et qui est branché sur une source de courant. 3 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément de seuil présente un générateur d'impulsions qui est relié par l'intermédiaire d'un démultiplicateur e fréquence à une entrée de remise à zéro d' un étage basculeur bistable et que la sortie du wattmètre est reliée à une entrée de remise à zéro du démultiplicateur de fréquence et reliée, par l'intermédiaire d'un organe de retard, à une entrée de positionnement de l'étage basculeur bistable. 4 - Appareil selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que la sortie de ltélément de seuil est reliée à une première entrée d'un circuit ET dont la deuxième entrée est reliée à la sortie du wattmètre et dont la sortie est reliée au compteur d'impulsions. 5 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément de seuil presente un générateur d'impulsions qui est relié par l'intermédiaire d'un organe de retard à une entrée de remise à zéro d'un étage basculeur bistable et à une entrée de remise à zéro d'un démultiplicateur de fréquence et que la sortie du wattmètre est reliée, par l'intermédiaire du démultiplicateur de fréquence, à une entrée de positionnement de l'étage basculeur bistable. 6 - Appareil selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'étage basculeur bistable est relié à une première entrée d'un circuit ET dont la deuxième entrée est reliée au générateur d'impulsions et dont la sortie est reliée au compteur d'impulsions. 7 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément de paliers est formé par une chine de comptage et par une matrice de décodage qui lui est adjointe. 8 - Appareil selon l'une des revendications 2, 3, 5 ou 7, caractérisé par le fait qu'un démultiplicateur de fréquence relié à la sortie du wattmètre présente un rapport de démultiplication pouvant 8trie commandé par l'élément de paliers. 9 - Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le courant de la source de courant et la capacité du compteur d'impulsions peuvent entre modifiés par paliers par l'é- lément de paliers. 10 - Appareil selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le rapport de démultiplication du démultiplicateur de fréquence et la capacité du compteur d'impulsions peuvent tre modifiés par paliers par l'élément de paliers.