Brevet FR2307273A1 — publié le 19761105

L'invention concerne un appareil de mesure statique servant à mesurer la puissance ou le travail dans un réseau alternatif, comportant un multiplicateur qui sert à former le produit de la tension alternative du réseau et du courant alternatif du réseau et au moins un noyau d'aimant au premier enroulement duquel est appliqué soit le courant alternatif du réseau soit, par l'intermédiaire d'une résistance, la tension alternative du réseau et dont le deuxième enroulement commande un modulateur marque-espace du multiplicateur de telle sorte que celui-ci engendre une tension d'impulsions dans laquelle le rapport de la différence à la somme de la durée d'impulsions et de la durée de pauses est proportionnel à la valeur instantanée du courant alternatif du réseau ou de la tension alternative du réseau. Les appareils de mesure statiques servant à mesurer la puissance ou le travail dans un réseau alternatif fonctionnent le plus souvent par le procédé de mesure dit à partage de temps. Un appareil de mesure de ce genre est connu par exemple par le brevet suisse nO 462 953. Celui-ci présente, pour l'introduction sans potentiel de la tension du réseau et du courant du réseau, un transformateur de tension et un transformateur d'intensité. La tension de mesure obtenue au secondaire du transformateur de tension commande un modulateur marque-espace qui engendre une tension d'impulsions dans laquelle le rapport de la différence à la somme de la durée d'impulsions et de la durée de pauses est proportionnel à la valeur instantanée de la tension de mesure et donc de la tension du réseau. Une tension tirée de la charge du transformateur d'intensité et proportionnelle au courant du réseau subit une inversion de pales au rythme de la tension d'impulsions engendrée par le modulateur marque-espace. La moyenne dans le temps de la grandeur alternative ainsi obtenue correspond au produit de la tension du réseau par le courant du réseau, ctest-à-dire à la puissance électrique alternative. Les transformateurs de tension et les transformateurs d'intensité nécessitent un noyau d'aimant relativement grand en matière de haute qualité et sont coûteux en conséquence. Les transformateurs d'intensité présentent en outre un déphasage qui a des effets désavantageux sur l'exactitude de mesure de l'appareil et qu'il faut réduire à une valeur acceptable, par exemple par une compensation électronique dans le circuit de mesure d'intensité ou au moyen d'un élément de rotation de phase agissant en sens opposé, dans le circuit de mesure de tension. On connatt aussi un appareil de mesure comportant un multiplicateur par partage de temps qui se passe de transformateur de tension dans le circuit de mesure de tension mais nécessite un transformateur d'intensité à compensation électronique d'écart. En outre, on connatt (brevets suisses nO 551 013 et 538 122) des appareils de mesure statiques du genre ici considéré qui inctionnent selon une méthode statique à coInci- dence et dans lesquels un modulateur marque-espace commandé par la tension du réseau et un modulateur marque-espace commandé par le courant du réseau engendrent deux tensions d'impulsions dont la coincidence dans le temps constitue une mesure de la puissance électrique. Enfin, on connatt un procédé de mesure sans potentiel de courants continus avec codage direct de temps (DT-OS 2 112 315) dans lequel un noyau magnétisable portant au moins trois enroulements séparés est commandé 3usqu'à la saturation à l'aide d'un enroulement qui est l'enroulement de prémagnétisation, le deuxième enroulement ou enroulement de mesure conduisant le courant à mesurer tandis que le troisième enroulement ou enroulement d'induction fournit une tension d'induction grâce aux variations de densité de flux dans le noyau. On forme la dérivée de cette tension d'induction et le décalage de temps que subissent les passages par zéro de la dérivée de la tension d'induction par suite de l'action du courant de mesure sur le noyau est utilisé comme mesure de l'intensité et du sens du courant à mesurer. L'invention a pour but de fournir un appareil de mesure statique servant à mesurer la puissance ou le travail dans un réseau alternatif et qui se passe de transformateurs de tension et d'intensité qui sont coûteux. Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que l'appareil comporte un oscillateur dont la fréquence est grande relativement à la fréquence du roseau et qui commande le noyau magnétique jusqu'à la saturation et que le deuxième enroulement du noyau magnétique est relié, par l'intermédiaire d'un différentiateur, à un commutateur de seuil zéro. On explique plus précisément ci-après quelques exemples d'exécution de l'invention, à propos des dessins sur lesquels la figure 1 est un schéma de principe d'un appareil de mesure comportant un multiplicateur par partage de temps la figure 2 est un diagramme la figure 3 un schéma d'un générateur de courant triangulaire et la figure 4 un schéma de principe d'un appareil de mesure comportant un multiplicateur fonctionnant par la méthode statique à coïncidence. Sur la figure 1, on a désigné par 1 un modulateur marqueespace comprenant un noyau magnétique 2 qui porte un premier enroulement 3 et un deuxième enroulement 4, un générateur de courant triangulaire 5, un différentiateur 6 et un commutateur de seuil zéro 7. Le courant alternatif I du réseau passe par l'enroulement 3. De l'extrémité 8 de l'enroulement 4 part un conducteur 9 qui se rend, par un condensateur 10, à une entrée non inversée d'un amplificateur fonctionnant comme commutateur de seuil zéro 7. Une entrée inversée de cet amplificateur est reliée par un conducteur 11 au potentiel nul et par un conducteur 12 à l'extrémité 13 de l'enroulement 4. Une résistance 14, qui constitue avec le condensateur 10 le différentiateur 6, est reliée à l'entrée non inversée de l'amplificateur 7 et au potentiel nul. Dans le conducteur il peut être interposée une résistance 15 et dans le conducteur 12, un condensateur 16 qui forment un deuxième différentiateur 17. Les deux sorties 18, 19 du générateur de courant triangulaire 5 sont reliées, dans l'exemple représenté, aux extrémités 8, 13 de l'enroulement 4. Toutefois, il est possible aussi de relier le générateur de courant triangulaire 5 à un troisième enroulement du noyau d'aimant 2. Le deuxième différentiateur 17 est nécessaire à la séparation de potentiel quand la sortie 19 du générateur de courant triangulaire 5 présente un potentiel différent de zéro, ce qui est le cas dans l'exemple d'un générateur de courant triangulaire, représenté par la figure 3. La sortie 20 du commutateur de seuil zéro 7 constitue la sortie du modulateur marque-espace 1 et elle est reliée d'une part à l'électrode de commande d'un commutateur à transistor 21 et d'autre part, par l'intermédiaire d'un amplificateur inverseur 2 présentant une résistance 23 placée dans l'entrée et une résistance 24 disposée dans la branche de réaction, à l'électrode de commande d'un commutateur à transistor 25. Les commutateurs à transistor 21, 25, commandés en opposition, jouent le rôle de commutateurs de polarité d'un modulateur d'amplitude 26. La tensio alternative U du réseau est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance 27, à un amplificateur 28 présentant dans sa branche de réaction une résistance 28. A la suite de l'amplificateur 28 est branché un amplificateur inverseur 30 présentant une résistance d'entrée 31 et une résistance 32 dans la branche de réaction. Les sorties de l'amplificateur 28 et de l'amplificateur inverseur 30 sont reliées, chacune par l'intermédiaire d'une résistance 33, 34 et du commutateur à transistor 21, 25, à un point 35 qui constitue la sortie du multiplicateur. Le courant qui passe au point 35 arrive à un amplificateur 38, jouant le role de filtre, couplé en opposition à une résistance 36 et à un condensateur 37. A la sortie de cet amplificateur, on peut relier, pour indiquer la puissance alternative, un voltmètre à courant continu 39 et pour déterminer le travail électrique, un convertisseur tensionfréquence 40 qui commande un compteur d'impulsions 41. Le point 35 du circuit peut aussi être relié directement à l'entrée d'un transformateur courant-fréquence agissant sur un compteur d'impulsions. L'appareil de mesure décrit fonctionne comme suit Le générateur de courant triangulaire 5 alimente l'enrou- lement 4 par un courant alternatif triangulaire I1 (figure 2a) dont la fréquence est grande relativement à la fréquence du réseau et qui commande alternativement le noyau d'aimant 2 jusqu'à la saturation dans l'un et dans l'autre sens de magnétisation. Quand le courant alternatifiduréseau a la valeur zéro, dans l'enroulement 4 est induite une tension alternative symétrique U1 (figure 2b) qui est essentiellement formée d'impulsions positives et négatives en aiguille, se succédant à des intervalles égaux dans le temps.A la sortie du différentiateur 6 ou à l'entrée du commutateur de seuil zéro 7, il apparatt une tension U2 (figure 2c) qui coupe l'axe des temps t au moment d'un maximum ou d'un minimum de la tension U1. A chaque passage par zéro de la tension U2, le commutateur de seuil zéro 7 change de position. La tension rectangulaire d'impulsions U3 (figure 2d) à sa sortie présente une durée T égale à la durée de pause Tb. a Si par contre la valeur instantanée i1 du courant alternatif I du réseau est plus grande que zéro, elle soutient l'action magnétisante du courant I1 en ce sens que les impulsions négatives de tension se déplacent vers la gauche de la figure 2b - comme indiqué en tireté - et les impulsions positives de tension vers la droite. Cela se traduit par une augmentation de la durée Ta des impulsions et un raccourcissement de la durée T b des pauses de sorte que l'on a k1 étant une constante. Pendant la durée d'impulsion Ta le commutateur à transistor 21 est conducteur et le commutateur à transistor 25 est bloqué. Dans la résistance 33 passe un courant -i2 proportionnel à la valeur instantanée de la tension alternative U du réseau. Par contre, pendant la durée de pause Tb, le commutateur à transistor 21 est bloqué et le commutateur à transistor 25 est conducteur, de sorte que dans la résistance 34, il passe en courant +i2 proportionnel à la valeur instantanée de la tension alternative du réseau. La valeur moyenne du courant i3 au point 35 correspond au produit i1.(-i2) et donc à la puissance électrique. Le convertisseur tension-fréquence 40 engendre une fréquence d'impulsions correspondant à la puissance de sorte que le compteur d'impulsions 41 enregistre le travail électrique. Les avantages de l'appareil de mesure décrit sont faciles à reconnattre. Au lieu d'un transducteur de mesure de précision, il faut maintenant un simple noyau d'aimant portant deux enroulements, fonctionnant dans l'intervalle de saturation et pouvant avoir une très petite section en comparaison d'un transducteur de mesure. Par suite de la suppression du transformateur d'intensité, le problème de la compensation des déphasages ne se pose plus. On obtient les meilleurs résultats de mesure lorsque le courant I1 engendré par le générateur de courant triangulaire 5 présente une forme triangulaire symétrique idéale. Les angles de la forme triangulaire du courant sont de préférence arrondis comme on l'a indiqué sur la figure 2a.On évite ainsi qu'au moment du maximum et du minimum de l'intensité I1 il ne se produise dans le noyau 2 une variation rapide de flux, ce qui se traduirait par un saut de la tension U1 et une impulsion gênante, en forme d'aiguille, de la tension U2 au moment indiqué. La figure 3 montre le schéma d'un générateur de courant triangulaire qui remplit ces conditions de façon simple. Sur la figure 3, la référence 42 désigne un oscillateur qui est formé d'un intégrateur Miller comportant un amplificateur 43, un condensateur 44 en parallèle à celui-ci, un interrupteur à seuil 45 placé à la suite de l'intégrateur Miller 43, 44 et un commutateur 46 commandé par l'interrupteur 45 et qui commande la polarité d'une source de courant 47 reliée à l'entrée de l'intégrateur Miller. Quand le commutateur 46 est dans la position représentée, un courant constant +Ir passe de la source de courant 47 à l'intégrateur Miller 43, 44 et la tension à la sortie de l'intégrateur augmente de façon linéaire par valeurs négatives. Aussitôt que cette tension atteint le seuil inférieur de l'interrupteur à seuil 45, celui-ci bascule et le commutateur 46 est renversé.A l'entrée de l'intégrateur Miller 43, 44, il arrive maintenant un courant constant ~Irr de sorte que la tension à la sortie de celui-ci augmente de façon linéaire par valeurs positives. La sortie de l'intégrateur Miller 43, 44 est reliée à un différentiateur formé d'un condensateur 48 et d'une résistance 49 et qui a pour rôle de rendre symétrique la tension triangulaire engendrée par l'oscillateur 42, c'est-à-dire d'arrêter une composante éventuelle de courant continu. La tension à la sortie du différentiateur 48, 49 arrive à un amplificateur 50 qui commande une source de courant 53 par l'intermédiaire d'une résistance 52 appartenant à un réseau de diodes 51. Cette source de courant est formée d'un amplificateur 54 dont la sortie est la sortie 18 et dont l'entrée inversée, reliée au potentiel nul par l'intermédiaire d'une résistance 55, constitue la sortie 19 du générateur de courant triangulaire 5. Le réseau de diodes 51 présente deux montages en série comprenant une diode 56, 57 et une diode Zener 58, 59, qui sont branchés entre la jonction de la résistance 52 et de l'entrée non inversée de l'amplificateur 54 et le potentiel nul. De la connexion commune de la diode 56 et de la diode Zener 58 part une résistance 60 reliée à une source de tension Uc et de la connexion commune de la diode 57 et de la diode Zener 59 part une résistance 61 menant à une source de tension +Uc. . Quand la tension triangulaire à l'entrée de l'amplificateur 54 dépasse la tension de rupture de la diode Zener 59, la diode 57 devient conductrice et la tension est ainsi limitée.De façon analogue, la diode 56 de polarité opposée à la diode 57 devient conductrice quand la tension triangulaire devient inférieure à la tension a la diode Zener 58. Sur la figure 4, on a désigné par 1' et 1" deux modulateurs marque-espace dont la structure interne correspond au modulateur 1 de la figure 1. Le courant alternatif I du réseau est amené à l'enroulement 3' du modulateur 1' et la tension alternative U du réseau est appliquée, par l'intermédiaire d'une résistance élevée 60, à l'enroulement 3" du modulateur 1". Les sorties 20' et 20" des deux modulateurs sont reliées à un circuit à coïncidences 61. Un circuit d'analyse 62 est relié à la sortie du circuit à coïncidences 61 et à un générateur d'analyse 63 qui engendre des impulsions d'analyse étroites ayant une fréquence de répétition fr. Une sortie du circuit d'analyse 62 est reliée à une entrée de comptage direct d'un compteur à double sens 64. Une entrée de comptage inverse de celui-ci est couplée au générateur d'analyse 63 par l'intermédiaire d'un démultiplicateur de fréquence 65. Le rapport du démultiplicateur de fréquence 55 est de 4:1 ou de 2:1 selon que le circuit à coïncidences 61 est agencé seulement pour déterminer la colncidence des impulsions ou également la coïncidence des lacunes d'impulsion des tensions d'impulsions appliquées à ses deux entrées. Si l'on donne des caractéristiques appropriées aux générateurs de courant triangulaire 5' et 5" des deux modulateurs marque-espace 1' et 1" pour faire en sorte que leurs tensions d'impulsions aient des fréquences d'impulsions différentes l'une de l'autre, le compteur à double sens 64 enregistre le travail électrique tandis que la moyenne de sa fréquence ce sortie f a correspond à la puissance électrique. REVENDICATIONS 1. Appareil de mesure statique servant à mesurer la puissance ou le travail dans un réseau alternatif, comportant un multiplicateur qui sert à former le produit de la tension alternative du réseau et du courant alternatif du réseau et au moins un noyau d'aimant au premier enroulement duquel est appliqué soit le courant alternatif du réseau soit, par l'intermédiaire d'une résistance, la tension alternative du réseau et dont le deuxième enroulement commande un modulateur marque-espace du multiplicateur de telle sorte que celui-ci engendre une tension d'impulsions dans laquelle le rapport de la différence à la somme de la durée d'impulsions et de la durée de pauses est proportionnel à la valeur instantanée du courant alternatif du réseau ou de la tension alternative du réseau, appareil caractérisé par le fait qu'il comporte un oscillateur dont la fréquence est grande relativement à la fréquence du réseau et qui commande le noyau magnétique jusqu'à la saturation et que le deuxième enroulement du noyau magnétique est relié, par l'intermédiaire d'un différentiateur, à un commutateur de seuil zéro. 2. Appareil selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que l'oscillateur commande une source de courant reliée directement au deuxième enroulement du noyau d'aimant. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'oscillateur est agencé pour engendrer une tension triangulaire. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'entre l'oscillateur et la source de courant est branché un réseau de diodes servant à arrondir les angles de la tension triangulaire. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'oscillateur est formé d'un intégrateur Miller suivi d'un interrupteur à seuil qui commande, par l'intermédiaire d'un commutateur, la polarité d'une source de courant reliée à l'entrée de l'intégrateur Miller. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la sortie de l'intégrateur Miller est reliée à un différentiateur servant à rendre symétrique la tension triangulaire. 7. Appareil selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'à la sortie du commutateur de seuil zéro est relié un commutateur de polarité d'un modulateur d'amplitude d'un multiplicateur par partage de temps. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la tension alternative du réseau est appliquée par l'intermédiaire d'une résistance à l'entrée d'un amplificateur à la suite duquel est placé un amplificateur inverseur et que la sortie de l'amplificateur et celle de l'amplificateur inverseur sont reliées, chacune par l'intermédiaire d'une résistance et d'un commutateur à transistor, à un point qui constitue la sortie du multiplicateur. 9. Appareil selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la sortie du commutateur de seuil zéro d'un modulateur marque-espace commandé par le courant alternatif du réseau et la sortie du commutateur de seuil zéro d'un modulateur marque-espace commandé par la tension alternative du réseau sont reliées à un circuit à coïncidences d'un multiplicateur statistique à coïncidences.