Brevet FR2355297A1 — publié le 19780113

L'invention concerne un multiplicateur biparabolique pour la mesure de puissance ou d'energie électrique comportant un élément additionneur et un élément soustracteur servant à former la somme et la différence de deux variables proportionnelles respectivement à la tension du réseau et au courant de consommateur, deux éléments formateurs de carré servant à former le carré de la somme et le carré de la différence des variables et un élément soustracteur supplémentaire servant à former la différence entre le carré de la somme et le carré de la différence des variables. On connatt de nombreuses méthodes permettant de mesurer la puissance ou l'énergie électrique par des moyens statiques. La formation nécessaire du produit de la tension par l'intensité peut s'effectuer à l'aide d'un multiplicateur parabolique qui utilise la relation mathématique (u+i)2-(u-i)2 = 4ui u étant la valeur instantanée de la tension et i la valeur instantanée de l'intensité. Pour former le carré de la somme et de la différence des variables u et i, on peut utiliser- des éléments formateurs de carré dans lesquels la courbe quadratique nécessaire est approchée par un tracé polygonal. I1 est connu aussi de tirer parti de la caractéristique approximativement quadratique d'éléments- semiconducteurs. En outre, ron peut utiliser comme éléments formateurs de carré des thermoconvertisseurs et des convertisseurs de valeur effective. Un inconvénient fondamental du procédé biparabolique est que le resultat de la multiplication est forme de la différence de deux valeurs. Si par exemple la tension du réseau présente une valeur finie et si le courant de consommateur est nul, le multiplicateur biparabolique forme la différence u2 -u2 = O ; toutefois, étant donné que les fonctions paraboliques des deux éléments formateurs de carré ne sont pratiquement jamais identiques, il peut se produire une erreur appréciable de zéro. On connaît aussi des multiplicateurs paraboliques comportant un seul élément formateur de carré auquel on applique alternativement, au moyen d'un réseau de diodes, la somme et la différence des variables, c'est-à-dire la somme pendant chaque demi alternance positive de la tension du réseau et la différence pendant chaque demi-alternance négative. La chute de tension aux diodes du réseau de diodespeut également causer une erreur de mesure appréciable ; en particulier, les asymétries des diodes causent une erreur de zéro. en outre, les harmoniques de la tension du réseau et du courant du réseau ne sont pas pris en considération correctement dans la mesure. L'invention a pour but de fournir un multiplicateur biparabolique du type défini plus haut qui ne présente pas d'erreur de zéro. L'invention réside dans le fait que le multiplicateur comporte des commutateurs commandés par un générateur du rythme et servant à intervenir fonctionnellement de façon périodique les deux éléments formateurs de carré. On décrit plus précisément ci-après deux exemples d'exécution de l'invention à propos des dessins sur lesquels la figure 1 montre un multiplicateur biparabolique comportant une sortie de tension et la figure 2 un multiplicateur biparabolique comportant une sortie de fréquence. Sur la figure 1, on a désigné par l un transformateur d'intensité dont le primaire est parcouru par le courant I d'un consommateur et dont le secondaire est relié par des conducteurs 2 et 3 à des entrées 4' et 4n d'éléments formateurs de carré 5' et 5". Les entrées 4' et 4" sont reliées par l'intermédiaire de resistance 6' et 6" à une tension de reseau U. Les sorties 7' et 7 des éléments formateurs de carré 5' et R" sont reliées par des conducteurs 8,9 à des entrées 10,11 d'un élément soustracteur 12. Dans les conducteurs 2,3 est branché un inverseur de pôles 13 et dans les conducteurs 8,9 un inverseur de pôles 14. Ces inverseurs de pâles, qui peuvent être formés par exemple par des commutateurs analogiques. CLOS, sont commandés de façon synchrone par un générateur de rythme 15.Le générateur de rythme 15 engendre une succession symétrique d'impulsions rectangulaires ayant une fréquence de répétition ft et des demipériodes d'égale longueur T a et Tb. La disposition du transformateur d'intensité 1 et des résistances 6' et 6" constitue un élément additionneur et un élé ment soustracteur. Pendant la demi-période Ta, le courant d'entrée Iel à l'entrée 4' de l'élément formateur de carré 5' et le courant d'entrée Ie2 à l'entrée 4" de l'élément formateur de carré 5" obéissent aux relations Ie1a = Iu+Ii 1e2a = IU-Ii lu étant le courant dans la résistance 61, 6" et Ii le courant dans le secondaire du transformateur d'intensité 1. Les éléments formateurs de carré 5' et 5" engendrent un courant de sortie respectif Ial Ia2 qui est proportionnel-au carré du courant d'entrée respectif Iel, Ie2 : k1 et k2 étant des constantes. Pour la tension Ua à la sortie de l'élément soustracteur 12, on a aLors : k3 étant à nouveau une constante. Pendant la demi-période Tb, les deux éléments formateurs de carré 5' et 5" sont intervertis fonctionnellement de sorte que l'on a La moyenne dans le temps, Ua, de la tension Ua, est Les courants 1u et Ii correspondent à la valeur instantanée de la tension U du réseau et du courant de consommateur I. On a donc u étant le rapport de transformation du transformateur d'intenw sité 1, R la valeur des résistances 6' et 6" et cos q l'angle de phase. On voit facilement que grce à l'interversion périodique des éléments formateurs de carré -5' et 5", le résultat de mesure ne comporte aucune erreur de zéro. Le choix de la fréquence de rythme ft n'obéit pas à des conditions spéciales elle peut être supérieure ou inférieure à la fréquence du réseau. Dans la mesure, il est tenu compte correctement des harmoniques de réseau car à tout moment, on forme le carré de la somme et le carré de la différence des variables. Sur la figure 2, les mêmes références désignent les mêmes parties que sur la figure 1. Les éléments formateurs de carré sont ici des oscillateurs commandés 16' et 16" présentant des entrées de commande 17' et 17 et des sorties 18' et 18'. Ces sorties sont reliées, par l'intermédiaire de l'inverseur de pôles 14, à une entrée de comptage à 1'envers 19 et à une entrée de comptage à l'endroit 20 d'un compteur réversible 21 jouant le rôle d'élément soustracteur. Les oscillateurs commandés 16' et 16" engendrent une succession d 'impulsions dont la fréquence de répétition respective fals fa2 dépend du carré du signal de commande respectif Iel, Ive2. Les oscillateurs de ce genre sont connus et ne sont donc pas décrits ici plus précisément. On peut utiliser par exemple des oscillateurs qui sont souvent utilisés comme modulateurs marque-espace dans la multiplication par partage de temps et qui satisfont à la relation dans laquelle fo est la fréquence de répétition pour Ie = 0 et 1r est une constante. Lorsqu'on utilise des oscillateurs de ce genre, on a, Le compteur réversible 21 forme la différence des deux fréquences de répétition fa2 et fal divisée par la rapport de diviseur N. Il donne à sa sortie une succession d'impulsions ayant une fréquence de répétition fs qui obéit, pendant la demi-période Ta à la relation : fsa fa2a-fa1a N Pendant la demi-période Tb, les deux oscillateurs 16' et 16" sont intervertis fonctionnellement de sorte que l'on a La moyenne fs de la fréquence de répétition fs est : et constitue une mesure de la puissance électrique active tandis que le compte momentané du compteur réversible 21 correspond à l'énergie électrique. Ici encore, le résultat de la mesure ne comporte aucune erreur de zéro. REVENDICATIONS 1 - Multiplicateur biparabolique pour la mesure de puissance ou d'énergie électrique comportant un élément additionneur et un élément soustracteur servant à former la somme et la différence de deux variables proportionnelles respectivement à la tension du réseau et au courant de consommateur, deux éléments formateurs de carré servant à former le carré de la somme et le carré de la différence des variables et-un élément soustracteur supplémentaire servant à former la différence entre le carré de la somme et le carré de la différence des variables, multiplicateur caractérisé par le fait qu'il comporte des commutateurs commandés par un générateur de rythme et servant à intervenir fonctionnellement de façon périodique les deux éléments formateurs de carré. 2 - Multiplicateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les commutateurs sont des inverseurs de p8les reliés aux entrées et aux sorties des éléments formateurs de carré.