Brevet FR2199122A1 — publié le 19740405

ta présente invention se rapporte à un watt-heuremètre électronique à courant continu. Dans les installations à courant continu, le travail électrique est généralement mesuré au moyen de compteurs dynamométriques ou de dispositifs constitués par des bobines à saturation et des compteurs à induction ("L'Energia Elettrica" Volume 33, 1956, pages 607 à 620). Par ailleurs, on connaet également des dispositifs uniquement constitués par des éléments de construction statiques CAppareils pour les mesures de contr81e, C.G.S., 2ème édition, 1970, pages 96 à 101).Dans les dispositifs connus de ce genre, il n'est pas possible, en particulier en raison du changement de sens du courant d'installation, de maintenir dans des limites très étroites Çpar exemple + 0,1%) les erreurs de mesure intervenant dans la zone de variation de charge Çpar exemple entre 10 IN et 120 IN) généralement étendue dans ces dispositifs. ta présente invention a donc pour objet un watt-heuremètre électronique à courant continu qui permette, dans toute la zone de variation de charge, de ne pas dépasser une tolérance d'erreurs de + 0,1% tout en tenant compte du sens du courant de l'installation. Ce résultat est atteint avec un watt-heuremètre électronique à courant continu caractérisé par un convertisseur de puissance-fréquence avec un générateur d'impulsions de tension qui délivre des impulsions d'une fréquence proportionnelle à la tension et un générateur d'impulsions, fonctionnant d'après le principe de compensation des quantités de charge, auquel on envoie directement une grandeur proportionnelle au courant et dans lequel la charge des impulsions de charge de compensation est proportionnelle à la durée de la période du générateur d'impulsions Cc'est-àdire inversement proportionnel à la tension U) de sorte que la fréquence de l'impulsion du générateur d'impulsions est proportionnelle au produit du courant par la tension, donc à la puissance. Le-générateur d'impulsions de tensions fonctionne de préférence d'après le principe de la compensation des quantités de charge, les impulsions de charge de compensation étant produites par un courant constant et leur durée commandée par un oscillateur. Pour déterminer les deux sens d'écoulement de l'énergie, au générateur d'impulsions sont associés deux générateurs de charge de compensation avec polarité de charge inversée et deux compteurs pour le comptage de l'énergie dans les deux sens d'écoulement de l'énergie. Selon une particularité de l'invention, la période de comptage des compteurs comporte une valeur constante et est, de préférence, d'une seconde, la valeur constante de la période de comptage étant obtenue. par démultiplication de la fréquence de 1' oscillateur. On p patr6aSeruw une économie depLaceen m-rn-t les deux comp- teurs par un compteur bidirectionnel.Selon une autre particu larité de l'invention, on peut obtenir un générateur d'impulsions de tension particulirement simple si ce dernier est constitué par un diviseur de tension, un amplificateur séparateur, un amplificateur opérationnel avec un condensateur et une résistance montés en contre-réaction, un étage de comparaison ainsi qu'un formeur d'impulsionsfonctionnantcorne générateurde charge de compensation etqui délivredes impulsionsde charge de compen- sation de durée constante prédéterminées par l'oscillateur de fréquence et d'amplitude constante déterminée par un générateur de tension constante.Le générateur d'impulsions peut être réalisé de façon simple si ce dernier est constitué par un diviseur de tension, un amplificateur séparateur, un amplificateur opérationnel avec un condensateur et une résistance montés en contreréaction ainsi que par deux étages de comparaison, deux formeurs d'impulsions fonctionnant comme générateurs de compensation et deux générateurs de tension constante. Le couplage des générateurs d'impulsions peut être assuré par un transformateur. L'invention sera mieux comprise d l'aide de la description d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limitatif, et illustré par le dessin annexé, sur lequel la fig. 1 représente un diagramme bloc du watt-heuremètre électronique àcourant continu; la fig. 2 représente un diagramme bloc du générateur d'impulsions de courant et de tension avec oscillateur et comteurs pour les deux sens d'écoulement de l'énergie; la fig. 3 représente un diagramme bloc d'un wattheuremètre fonctionnant sans générateur d'impulsion de tension (ampère-heuremètre). Le watt-heuremètre à courant continu représenté sur la fig. 1 est constitué par un générateur Gv d'impulsions de tension et par un générateur G a d'impulsions de courant fonctionnant d'après le principe de compensation des quantités de charge, par deux compteurs N+ et N pour les deux sens d'écoulement de l'é- nergie et par un oscillateur OBC, dont la fréquence constante est de l'ordre de grandeur de 1 Naz. Le générateur Gy d'impulsiens de tension raccordé à la tension de l'installation délivre des impulsions reotangulalres de durée et d'amplitude constantes et de fréquence proportionnelle à la tension de l'installation. Le générateur G a d'impulsions est appliqué, côté entrée, à une résistance de précision S parcourue par le courant de l'ins- tallation et est ainsi commandé par la tension recueillie sur la résistance S. Les impulsions émises par le générateur G a ont une amplitude constante, mais par suite vu raccordement du générateur Cv d'impulsions de tension avec le générateur G a d'impulsions, la durée des impulsions est inversement proportionnelle à la fréquence du générateur d' impulsions de tension et leur fréquence proportionnelle à la puissance de mesure électrique.Les impulsions venant du générateur G a sont, dans l'intervalle de temps compris entre les deux signaux de commande désignés par start et stop sur la fig. 2, totalises par les deux compteurs N+ et N . On obtient ainsi le travail qui correspond au courant qui, dans l'intervalle de temps compris entre les deux signaux de comiande, s'écoule dans chaque direction. L'oscillateur de fréquence OSC détermine la durée de l'impulsion dans le générateur d'impulsions de tension. Pour l'alimentation en courant des différents éléments de commutation, il est prévu un élément de distribution ALM pouvant Aetre alimenté aussi bien par un réseau de tension continue que par un réseau de tension alternative. Dans le générateur d'impulsions de tension reprd- sente sur la fig. 2 et fonctionnant également d'après le principe de coipensation des quantités de charge, la tension continue d'entrée est, par l'vintermédiaire d'un diviseur de tension Py et d'un amplificateur séparateur Av envoyé à un amplificateur opérationnel 0v Cet amplificateur opérationnel comporte une oontre-réaction constituée par un condensateur C v et une résis- tance Rv et agit, par conséquent, en tant qu'organe d'intégration. Lorsque la tension de sortie de l'organe d'intégration a atteint une valeur limite prédéterminée, un étage de comparaison COv commande un formeur d'impulsions Fv qui, fonctionnant comme gdnd- rateur de charge de compensation, délivre une impulsion rectangulaire. La durée et l'amplitude de l'impulsion sont constantes et sont déterminées par l'oscillateur OSC et par l'étage RIF. L'impulsion est renvoyée à l'amplificateur opérationnel O et diminue la tension à la sortie de 1 'amplificateur. Ce phénomène se reproduit à chaque fois de sorte que la fréquence des impulsions de charge de compensation Cimpulsions de contre-réaction) est proportionnelle à la tension d' entrée. Dans le générateur Ga d'impulsions selon la fig. 2, une tension proportionnelle au courant de l'installation est, par l'intermédiaire d'un diviseur de tension a et d'un amplificateur séparateur Aas envoyée à un amplificateur opérationnel 0a Cet amplificateur opérationnel est également, par un condensateur tt une résistance Ras couplé à contre-réaction et agit ainsi comme organe d'intégration. L'intégral augmente ou diminue selon le sens du courant. Dans le sens positif, l'intégral atteint la valeur limite d'un étage de comparaison COa+, dans le sens-négatif, par contre, elle atteint la valeur limite d'un étage de comparaison CO-a.Si c'est l'étage de comparaison positif COa+ qui répond, le générateur de charge (formateur d'impulsions) F+ délivre une impulsion dont l'amplitude est prédéterminée par RIF et dont la durée est égale à la période des impulsions de charge de compensation (impulsions de contre-réaction) qui sont envoyées à l'amplificateur opérationnel O et au transformateur T. L'impulsion émise par le + formateur d'impulsions F a est, en outre renvoyée à l'entrée de l'amplificateur opérationnel 0a dont elle diminue la tension de sortie.Ce phénomène se répète à chaque fois de sorte que la fréquence de répétition de l'impulsion est directement proportionnelle au courant de l'installation et inversement proportionnelle à la durée de l'impulsion. I1 en résulte une mesure pour la puissance électrique qui est associée au courant 8'écoulant dans le sens positif. Le nombre des impulsions émises par le générateur G a d'impulsions de courant et qui est envoyé au compteur-N+ dans l'intervalle de temps compris entre le signal de commande start et stop est proportionnel à l'intégral de la puissance pour un courant s'écoulant dans le sens positif, ctest-b-dire en cas de travail positif. Si le courant s'écoule dans le sens opposé Çnéga- tif), le phénomène se répète de la même façon, mais ce sont les éléments marqués du signe - du générateur d'impulsions G a qui rd- pondent. Le compteur N délivre l'intégral de la puissance qui correspond au courant s'écoulant dans le sens négatif, ctest-d-dire en cas de travail négatif. En cas de tension constante de l'installation, la mesure du travail électrique peut être limitée à une simple mesure de courant. La fig. 3 représente un watt-heuremètre selon l'invention gui fonctionne sans générateur d'impulsions de tension. Un tel watt-heuremètre correspond alors à un ampère-heuremètre et est uniquement constitué par un générateur d'impulsions de courant qui correspond au générateur d'impulsions Ga représenté sur la fig. 2. A la place du générateur d'impulsions de tension, c'est un osoillateur OSC qui est raccordé à ce générateur d'impulsions de courant. I1 s'ensuit que la durée des impulsions de charge de compensation Cimpulsions de contre-réaction) est maintenue constante. Si pour l'intervalle de temps compris entre les impulsions de commande début du comptage et fin du comptage, on prend une valeur égale à une seconde, on peut, avec le watt-heuremètre selon l'invention, mesurer les valeurs moyennes de la puis sance et du courant. Les signaux de commande peuvent, par une dé tlplioatlon appropriée de la fréquence autre obtenus par'l'oscila- teur OSC. L'emploi d'un compteur bidirectionnel, en plus de l'économie d'encombrement qu'il permet de réaliser, présente, en outre, l'avantage d'indiquer la puissance sous forme de So algébrique des deux indications chiffrées de N+ et TSI. Un appareil de mesure bidirectionnel peut donc entre toujours utilisé si on ne désire obtenir que la valeur totale et non pas les valeurs individuelles des puissances correspondant aux deux directions du courant. REUENDICATIONS 1. Watt-heurembtre électronique à courant continu caractdrisé par un transformateur de puissance-fréquence comportant un générateur d'impulsions de tension qui délivre des impulsions d'une fréquence proportionnelle à la tension et un générateur d'impulsions, fonctionnant d'apurés le principe de compensation des quantités de charge, auquel on envoie directement une grandeur proportionnelle au courant et dans lequel la charge des impulsions de charge de compensation est proportionnelle à la durée de la période du générateur d'impulsions Cc'est-à-dire inversement proportionnelle à la tension) de sorte que la fréquence de l'impulsion du générateur d'impulsions est proportionnelle'au produit du courant par la tension, 'est-b-dire puissanoe . 2. Watt-heuremètre électronique à courant continu selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le géndra- teur d'impulsions de tension fonctionne d'après le principe de compensation des quantités de charge, les impulsions de charge de compensation étant produites par un courant constant et leur durée commenddée par un oscillateur. 3. Watt-heuremètre électronique à courant continu selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les impulsions de sortie du transformateur de puissance-fréquence sont dérivées des impulsions de charges de compensation. 4. Watt-heuremètre électronique à courant continu selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les impulsions du transformateur de puissance-fré- quence sont envoyées à un compteur qui totalise les impulsions entre des intervalles de temps prédéterminés. 5. Watt-heuremètre électronique à courant continu selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'au générateur d'impulsions sont associés deux générateurs de charge de compensation avec polarité de charge inversée et deux compteurs pour le comptage de l'énergie dans les deux sens d'écoulement du courant. 6. Watt-heuremètre électronique à courant continu selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la période de comptage des deux compteurs comporte une valeur constante et est, de préférence, d'une seconde, la valeur constante étant obtenue par démultiplication de la fréquence de l'oscillateur. 7. Watt-heuremètre électronique à courant continu selon la revendication s ou 6, caractérisé par le fait que les deux compteurs sont remplacés par un seul compteur bidirectionnel. 8. Watt-heuremètre électronique à courant continu selon. la revendication 2, caractérisé par le fait que le généra- t-r d'impulsions de tension est constitué par un diviseur de ten sion, un amplificateur séparateur, un amplificateur opérationnel avec un condensateur et une résistance couplés à contre-réaction, un étage de comparaison ainsi que par un formateur d'impulsions qui, fonctionnant comme générateur de charges de compensation, délivre des impulsions de charge de compensation de durée constante prédéteripinée par 1'oscillateur de fréquence et d'amplitude con-- tant. déterminée par un générateur de tension constante. 9. Watt-heuremètre électronique à courant continu selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le géné- rateur d'impulsions est constitué par un diviseur de tension, un amplificateur séparateur, un amplificateur opérationnel avec un condensateur et une rdBistance couplés à contre-réaction ainsi que par deux étages de comparaison, deux formeurs d'impulsions fonctionnant col-s générateurs de charges de compensation et par deux générateurs de tension constante. 10. Watt-heuremètre électronique à courant continu selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le couplage des deux générateurs d'impulsions esF assuré par un transformateur. 11. Watt-heuremètre électronique à courant continu selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caracté risé par le fait que si on l'utilise comme ampère-heuremètre on replace le générateur d 'impulsions de tension par un oscillateur de sorte que les impulsions de charge de compensatlon du généra- teur d'impulsions sont constantes et que la fréquence du géndra- teur d'impulsions est proportionnelle au courant.