Brevet FR2487523A1 — publié le 19820129

Dispositif de mesure de la puissance réactive monophasée d'un réseau électrique Dans les réseaux qui subissent de fortes perturbations d'inten- sité, dans des portions de réseau proches de fours à arc par exemple, il est nécessaire de prévoir des dispositifs de régulation de compen- sation d'énergie réactive et pour cela, il convient d'utiliser des dispositifs de mesure de la puissance réactive absorbée par le cir- cuit électrique et si l'on veut agir immédiatement, pour atténuer les fluctuations de tension sur le réseau, il faut que le dispositif de mesure soit très rapide. On connait un dispositif de mesure de puissance réactive qui comprend un premier circuit multiplicateur recevant en entrée d'une part une image de la tension après passage dans un circuit déphaseur de -f et d'autre part une image du courant et un second circuit multiplicateur qui reçoit en entrée d'une part une image du courant après passage dans un circuit déphaseur de -2t- et d'autre part une image de la tension, on fait ensuite la différences dans un amplifi- cateur, entre les signaux de sortie du premier et du deuxième circuit multiplicateur. Les termes en 2 ow résultant du produit en valeur instantanée du courant et de la tension sont éliminés par le fait que l'on utilise deux circuits multiplicateurs en sortie desquels les termes en 2 tAuJ sont en opposition de phase et sont ainsi éliminés par soustraction dans l'amplificateur. Cependant, dans un tel dispositif o le second circuit multiplicateur reçoit une image du courant, déphasé de 2- ' il en résulte qu'une réponse à une perturbation de courant subit l'effet des constantes de temps du circuit déphaseur et, en régime transitoire, l'amplificateur qui réalise la soustraction des signaux de sortie des deux circuits multiplicateurs reçoit en entrée le signal provenant du premier circuit multiplicateur dont la réponse est instantanée et le signal du second circuit multiplicateur dont la réponse ne l'est pas. Il en résulte un écart transitoire qui fausse le signal de sortie et peut entraîner des dépassements très importants par rapport à la valeur réelle de la puissance réactive. La présente invention a donc pour but de réaliser un dispositif ayant une réponse rapide et sans dépassement de la valeur réelle -2 - de la puissance réactive, en régime transitoire de courant. L'invention a donc pour objet un dispositif de mesure de la puissance réactive monophasée d'un réseau électrique de pulsation W comportant un circuit multiplicateur recevant en entrée d'une part une image de la valeur instantanée de la tension du réseau après un passage préalable dans un circuit déphaseur de "OE et d'autre part une image de la valeur instantanée du courant, caractérisé en ce que le signal de sortie du circuit multiplicateur est envoyé vers un filtre éliminant les termes en 2 W. Selon une réalisation particulière de l'invention, le filtre est un filtre actif en double T ponté dont la première branche en T est constituée d'une première et d'une deuxième résistances situées dans la partie horizontale du T et d'un premier condensateur situé dans la partie verticale du T, ladite branche étant alimentée par un premier amplificateur et dont la deuxième branche est constituée d'un second et d'un troisième condensateurs situés dans la partie horizontale du T et d'une troisième résistance située dans la partie verticale du T, ladite seconde branche étant alimentée par un second amplificateur, la fréquence de rejet du filtre étant ajustable par des potentiomètres réglant le gain des deux dits amplificateurs. Avantageusement, le dispositif comporte en outre un système de réglage de la sélectivité du filtre. Pour cela, le signal de sortie du filtre est appliqué à un troisième amplificateur opérationnel à forte résistance d'entrée et à gain unité, dont une partie du signal de sortie est appliqué entre le premier condensateur et la troisième résistance du filtre par l'intermédiaire d'un quatrième amplificateur opérationnel comportant un potentiomètre de réglage du gain. Enfin, avantageusement la sortie du troisième amplificateur est envoyée vers un filtre actif passe-bas du deuxième ordre à la sortie duquel on obtient le signal représentatif de la puissance réactive recherchée. L'invention sera bien comprise à la lumière de la description ci-après faite en regard du dessin annexé dans lequel: La figure 1 montre un schéma de principe d'un dispositif de mesure de puissance réactive monophasée selon l'art antérieur connu. La figure 2 donne une représentation schématique de principe - 3 - du dispositif de mesure de puissance réactive selon l'invention. La figure 3 donne un exemple pratique de réalisation. d'un dispo- sitif selon l'invention. En se reportant à la figure 1 qui donne une représentaiton schématique d'un dispositif connu de mesure de puissance réactive, l'ensemble comporte deux voies de mesure. La première comprend un circuit multiplicateur 1 recevant en entrée d'une part un signal image du courant circulant dans le réseau dont on veut connaître la puissance réactive absorbée, ce signal étant appliqué à la borne 2 et d'autre part un signal image de la tension appliqué à la borne 3. Un circuit déphaseur 4, déphasant la tension de -rest interposé entre la borne 3 et le circuit multiplicateur 1. La seconde voie comprend également un circuit multiplicateur 5 qui reçoit en entrée d'une part une image de la tension, appliquée à la borne 3 et d'autre part une image du courant appliquée à la borne 2, un circuit déphaseur 6 étant interposé entre le signal image du courant appliqué à la borne 2 et le circuit multiplicateur 5 déphasant le signal image du courant de. Les signaux images de la tension et du courant appliqués aux bornes 3 et 2 sont de la forme respectivement u = U \r sin UJ t et i = I Yr2sin (W t- f) dans ces formules, u représente la valeur instantanée de la tension, i la valeur instantanée du courant, uNla pulsation, t le déphasage entre le courant et la tension, U la valeur efficace de la tension et I la valeur efficace du courant. A la sortie du dispositif multiplicateur 1 est disposé un circuit inverseur 7 qui donne en sortie un signal égal à 2UI cos Wt sin ( W t- f) qui est envoyé à l'une des entrée d'un circuit sommateur inverseur 8. Le circuit multiplicateur 5 donne en sortie un signal égal à -2UI sin W t cos (UJ t- f) qui est appliqué à une seconde entrée du circuit sommateur inverseur 8. En sortie du circuit 8, on obtient le signal désiré: 2UI sin e donc directement proportionnel à la puissance réactive. Cependant, dans ce dispositif, à cause des constantes de temps d es au circuit déphaseur 6, la réponse, en sortie du circuit multiplicateur 5, à une variation du courant i n'est pas instantanée alors qu'en sortie du circuit multiplicateur 1, la réponse à une -4 - variation de courant est pratiquement instantanée, il s'ensuit qu'en régime transitoire de courant, l'amplificateur 8 fait la somme d'une réponse qui est instantanée et d'une réponse qui ne l'est pas, le signal de sortie est donc fausé et cela peut entraîner des dépassements très importants par rapport à la valeur réelle actuelle de la puissance réactive. Cette mauvaise qualité du dispositif en régime transitoire rend son emploi difficile dans des régulateurs de compensateurs statiques d'énergie réactive destinés à des réseaux fortement perturbés en courant, par des fours à arc par exemple, et nécessitant des systèmes de mesure très rapides. La figure 2 donne un schéma de principe d'un dispositif de mesure de la puissance réactive conforme à l'invention. Il comprend essentiellement un circuit multiplicateur 9, un circuit déphaseur 10 et un filtre 11. Le circuit multiplicateur 9 reçoit directement une image du courant instantanée de la forme i = I r2 sin ( tut- f) appliqué à la borne 12 et une image de la tension instantanée dela forme u = U j7sin Wt déphasée de l dans le circuit déphaseur 10 et appliqué à la borne 13. A la sortie du circuit multiplicateur 9, on obtient un signal égal à -UI sin (2 uV t- f) + UI sin r. Le filtre 11 qui suit est calculé pour éliminer le premier terme UI sin (2 y) t- f) de pulsation 2 Wa. La figure 3 donne une représentation schématique d'un dispositif complet conforme à l'invention. En entrée du dispositif sont appliquées, d'une part entre les bornes 14 et 15 une image de la tension et d'autre part entre les bornes 16 et 17 une image du courant du réseau-électrique dont on désire connaître la puissance réactive absorbée. Ces images tension et courant proviennent par exemple de transformateurs de tension et de courant. Le dispositif comprend essentiellement - un circuit déphaseur 10 pur actif qui déphasé la mesure de tension en quadrature. Ce circuit est constitué d'un amplificateur opéra- tionnel 18 en gain unité, associé au circuit déphaseur composé d'une résistance 19 et d'un condensateur 20. - un circuit multiplicateur 9 analogiques-analogique qui multiplie la tension de sortie du circuit déphaseur 10 par la tension entre -5 - les bornes 16 et 17 qui est proportionnelle à la mesure du courant (image courant). - un filtre actif 11 en double T ponté, dont la première branche en T est constituée de résistances 21 et 22, et d'un condensateur 23 et est alimentée par un amplificateur 24 et dont la seconde branche en T est constituée de condensateurs 25 et 26 et d'une résistance 27 et est alimentée par un amplificateur opérationnel 28. Ce filtre élimine du produit effectué par le circuit multipli- cateur 9 la composante à fréquence double de celle des signaux d'entrée. La fréquence éliminée est donc double de celle des mesures tension et courant, elle est ajustable par des potentiomètres 29 et 30 réglant le gain des amplificateurs 24 et 28 le signal de sortie du filtre 11 est appliqué à un amplificateur opérationnel 31 à forte résistance d'entrée 32, dont le gain est unité. Une partie du signal de sortie de l'amplificateur 31 est appliquée entre le condensateur 23 et la résistance 27 du filtre 11 par l'inter- médiaire d'un amplificateur opérationnel 33 ce qui augmente la sélec- tivité du filtre; cette dernière est ajustable par un potentiomètre 34 réglant le gain de l'amplificateur 33. - un filtre actif passe-bas du deuxième ordre qui diminue, du signal de sortie de l'amplificateur 31, les composantes harmoniques de rang supérieur à deux, présentes dans le produit effectué par le circuit multiplicateur 9. Ce filtre est constitué d'un amplificateur opération- nel 35 associé à des circuits déphaseurs à résistances 36, 37, 38 et à condensateurs 39 et4O. Sa fréquence de coupure est égale à la fréquence de rejet du filtre 11. En sortie, entre les bornes 41 et 42 on obtient une tension continue constituant la grandeur de sortie du système, proportionnelle à la puissance réactive absorbée par le réseau de courant i et de tension u. Dans le dispositif de l'invention ci-dessus décrit, la grandeur de sortie est une tension continue affectée d'une très faible ondu- lation résiduelle. Elle est facilement utilisable par un régulateur analogique. - 6- La mesure reste valable même si le courant absorbé n'est pas sinusoïdal pourvu qu'il soit alternatif symétrique et qui la tension soit sinusoïdale. Dans ces conditions, aucun filtre n'est nécessaire sur la mesure courant. l'utilisation d'un filtre en double T ponté à forte sélectivité permet un temps de réponse global à un échelon d'amplitude ou de phase du courant de 10 ms environ, sans dépassement, dans toute la plage de mesure. -7 - REVENDICATIONS 1/ Dispositif de mesure de la puissance réactive monophasée d'un réseau électrique de pulsation WA comportant un circuit multiplicateur recevant en entrée d'une part une image de la valeur instantanée de la tension du réseau après un passage préalable dans un circuit déphaseur deit et d'autre part une image de la valeur instantanée du courant, caractérisé en ce que le signal de sortie du circuit multiplicateur est envoyé vers un filtre éliminant les termes en 2 tJ. 2/ Dispositif de mesure de la puissance réactive selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que le filtre est un filtre actif en double T ponté dont la première branche en T est constituée d'une première et d'une deuxième résistances situées dans la partie horizontale du T et d'un premier condensateur situé dans la partie verticale du T ladite première branche étant alimentée par un premier amplifi- cateur et dont la deuxième branche est constituée d'un second et d'un troisième condensateurs situés dans la partie horizontale du T et d'une troisième résistance située dans la partie verticale du T, ladite seconde branche étant alimentée par un second amplificateur, la fréquence de rejet du filtre étant ajustable par des potentiomètres réglant le gain des deux dits amplificateurs. 3/ Dispositif de mesure de la puissance réactive selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce que le signal de sortie du filtre est appliqué à un troisième amplificateur opérationnel à forte résistance d'entrée et à gain unité dont une partie du signal de sortie est appliqué entre le premier condensateur et la troisième résistance du filtre par l'intermédiaire d'un quatrième amplificateur opérationnel comportant un potentiomètre de réglage du gain. 4/ Dispositif de mesure de la puissance active selon la revendication 3, caractérisé en ce que le signal de sortie du troisième amplificateur est envoyé vers un filtre actif passe-bas du deuxième ordre.