Brevet FR2549608A1 — publié le 19850125

DISPOSITIF INDICATEUR D'ORDRE DE PHASES ET APPLICATION AUX PHASEMETRES La présente invention concerne un dispositif 5 indicateur utilisable comme indicateur d'ordre de phases sur un réseau électrique triphasé, permettant notamment de déterminer si un premier signal périodique présente un déphasage positif ou négatif par rapport à un second signal périodique 10 de même fréquence, ce dispositif comprenant: des moyens synchronisés susceptibles de recevoir le premier signal périodique pour produire un signal synchrone calé en fréquence et en phase sur ce premier; un détecteur de changement d'alternance 15 susceptible de recevoir le second signal périodique, et propre à produire un signal indicateur signalant le passage de ce second signal périodique d'une alternance d'un signe déterminé à l'alternance de signe opposé; et un circuit logique 20 recevant au moins ledit signal synchrone et ledit signal indicateur, et étant propre à produire au moins un premier signal de sortie dans un premier ou un second état selon que ledit signal indicateur se manifeste dans une alternance positive ou une 25 alternance négative dudit signal synchrone. Un dispositif de ce type est décrit par exemple dans le brevet français n 2 029 839 de la Compagnie des Compteurs. Bien que le dispositif décrit dans ce brevet antérieur soit utilisable comme indicateur d'ordre de phase, sa conception le réserve à des applications plus spécifiques. 35 On connait par ailleurs des indicateurs d'ordre de phases à l'usage des électriciens, essentiellement constitués par un réseau de résistances, de condensateurs et de néons; ces indicateurs ne 5 fonctionnent que sur une plage de fréquence faible, ont une fiabilité douteuse aux faibles tensions, et ne permettent pas de détecter des anomalies, telles qu'un mauvais déphasage résultant d'une erreur de branchement. Dans ce contexte, le but de la présente invention est de proposer un dispositif utilisable comme indicateur d'ordre de phase et dépourvu des inconvénients précités des indicateurs à néons, que 15 le dispositif du brevet français n 2 029 839, compte tenu de son objet, n'avait pas pour vocation d'éliminer. Le dispositif conforme à l'invention est 20 essentiellement caractérisé par le fait que lesdits moyens synchronisés comprennent un générateur de signaux asservi produisant, outre ledit signal synchrone, un ensemble de signaux de fréquence multiple de celle de ce signal synchrone, en ce que 25 le circuit logique, auquel sont appliqués ces signaux de fréquence multiple, en produit une combinaison booléenne représentative d'un ensemble d'au moins une plage de déphasage repérée par rapport à la phase du signal synchrone, et en ce 30 que ce circuit logique produit ledit premier signal de sortie dans le premier ou le second état en fonction de ce que ledit signal indicateur se manifeste, ou non, à l'intérieur d'une plage dudit ensemble d'au moins une plage de déphasage. 35 -3 Une telle conception de ce dispositif le rend notamment capable de détecter des déphasages anormaux -entre les premier et second signaux périodiques. Par exemple le générateur de signaux asservi comprend un compteur dont une sortie est reliée à une entrée d'un comparateur de phase, une autre entrée de ce comparateur recevant ledit premier 10 signal périodique, ce comparateur pilotant un oscillateur commandé en tension fournissant les impulsions d'entrée du compteur. Dans une forme de réalisation préférée, le 15 dispositif est caractérisé en ce que ledit ensemble d'au moins une plage de déphasage comprend deux plages, la première plage étant celle dans laquelle se manifeste ledit signal indicateur lorsque le second signal périodique a un retard de phase 20 acceptable sur le premier signal périodique, et la seconde plage étant celle dans laquelle se manifeste ledit signal indicateur lorsque le second signal périodique a une avance de phase acceptable sur le premier signal périodique, en ce que ledit 25 premier signal de sortie est associé à la première plage, et en ce que le circuit logique produit un second signal de sortie, associé à la seconde plage, et homologue du premier signal de sortie, la combinaison des états des premier et second signaux 30 de sortie donnant ainsi une information immédiate sur la présence ou l'absence d'un déphasage inacceptable des premier et second signaux périodiques. De préférence, les premier et second signaux de sortie sont dans un état inactivé lorsque le déphasage entre les premier et second signaux périodiques se situe respectivement dans les 5 première et seconde plages, et dans un état activé lorsque le déphasage entre les premier et second signaux périodiques se situe respectivement en dehors des première et seconde plages. Une anomalie de déphasage est alors signalée par des états activés, se manifestant simultanément, des deux signaux indicateurs Une anomalie de déphasage se distingue ainsi de toute panne du dispositif utilisé. Le dispositif comprend avantageusement une alimentation à pont redresseur susceptible de recevoir le premier signal périodique, cette alimentation fournissant à ce dispositif une 20 tension régulée dont le niveau est sensiblement constant et indépendant de la tension constituant le premier signal périodique pour autant que cette tension dépasse un seuil minimal déterminé. De préférence, ce dispositif comprend en outre:un circuit générateur de tension produisant une tension de mesure sensiblement proportionnelle à la tension constituant le premier signal périodique, et un ensemble de comparateurs comprenant chacun 30 deux entrées dont la première reçoit ladite tension régulée et la seconde ladite tension de mesure, les proportions dans lesquelles la tension régulée d'une part, et la tension de mesure d'autre part, sont appliquées aux entrées respectives des 35 -5 comparateurs étant différentes pour au moins deux comparateurs; les signaux de sortie de ces deux comparateurs au moins sont envoyés sur des organes d'affichage adoptant un état visible qui est 5 fonction du niveau de ces signaux de sortie, la configuration des états des organes d'affichage étant ainsi représentative de la plage d'amplitude dans laquelle se trouve ladite tension constituant le premier signal périodique. 10 Pour permettre d'indiquer que la tension régulée est au dessous d'une valeur minimale déterminée, les organes d'affichage, par exemple constitués de diodes luminescentes, sont reliés à une 15 alimentation électrique par l'intermédiaire d'un organe de blocage n'autorisant leur fonctionnement que pour une valeur de la tension régulée supérieure à cette valeur minimale. En gardant la même conception, il est possible de définir l'ensemble de plages de déphasage par un grand nombre de plages adjacentes couvrant au total l'intervalle de O à 360 degrés Chacune des plages couvre alors un angle de déphasage très petit Le 25 dispositif de l'invention, qui permet d'identifier celle des plages qui correspond au déphasage entre les premier et second signaux périodiques effectue ainsi une véritable mesure de ce déphasage, et constitue un phasemètre. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence au dessin annexé, sur lequel: 35 la figure 1 est un schéma d'un dispositif conforme à l'invention. la figure 2 (a) à (e) est un diagramme de formes d'ondes associé au schéma de la figure 1. En tant qu'indicateur d'ordre de phases, le dispositif de l'invention est destiné à être raccordé par trois entrées la, lb, lc, à trois 10 phases respectives A, B, C d'un réseau électrique triphasé; la tension VAB entre les phases A et B constitue un premier signal périodique et la tension VAC entre les phases A et C constitue un second signal périodique de même fréquence. 15 Dans une telle application, le déphasage acceptable entre ces deux signaux VAB et VAC est positif ou négatif, et égal à 60 . La première fonction du dispositif est d'indiquer si le déphasage entre VAB et VAC est positif ou négatif et la seconde fonction est de vérifier que la valeur absolue de déphasage est bien égale à, ou au moins voisine de, 60 . Entre les entrées la et lb sont montés en série deux résistances R 1, R 2 et un pont redresseur à diodes P 1; une thermistance Thl à coefficient de température positif est branchée en parallèle sur 30 la résistance R 1 en vue de limiter la puissance admise dans le dispositif. Deux diodes Zener Z 1, et Z 2 sont montées en série entre les bornes de courant redressé du pont P 1, en parallèle sur un condensateur chimique C 1 et une diode photoémettrice D 1 -Le condensateur C 1, dont la borne commune avec la diode D 1 est mise à la masse, fournit entre ses 5 bornes une tension régulée dont le niveau est sensiblement constant et indépendant de la tension VAB entre les bornes la et lb, pour autant que cette tension dépasse un seuil minimal déterminé. Une telle tension régulée est également fournie, 10 par rapport à la masse, par la borne commune entre les diodes Zener Z 1 et Z 2. La diode photoémettrice D 1, aux bornes de laquelle est montée une résistance R 24, indique, 15 en état de fonctionnement, que le niveau de tension dépasse 15 volts. Entre la borne lb et la masse sont montées en série deux résistances chutrices R 3, R 4 et un 20 demi-pont redresseur à diodes P 2. Un condensateur électrolytique à faible courant de fuite C 2, en parallèle sur une résitance R 5, filtre la tension redressée par le demi- pont P 2 25 et fournit entre ses bornes, dont l'une est à la masse, une tension de mesure continue sensiblement proportionnelle à la tension crête à crête disponible entre les bornes la et lb. Une cascade de résistances R 6 à R 10 montées en série entre le point commun aux diodes Zl, Z 2 et la masse permet de disposer de plusieurs tensions atténuées entre la masse et les points communs successifs de ces résistances Un ensemble 35 de quatre comparateurs K 1 à K 4, appartenant par exemple à - un circuit intégré LM 339, est associé à cette cascade de résistances. Le comparateur K 1 reçoit sur son entrée négative la tension de mesure fournie par le condensateur C 2 et, sur son entrée positive, la tension disponible entre les résistances R 9 et R 10 qui sont disposées au bas de la cascade, au potentiel 10 le plus proche de la masse. Les comparateurs K 2 à K 4 reçoivent -sur leurs entrées positives respectives la tension de mesure issue du condensateur C 2 et sur leurs entrées 15 négatives respectives les tensions respectivement disponibles entre les résistances R 9 et R 8, R 8 et R 7, R 7 et R 6. Les entrées négatives de deux comparateurs 20 adjacents sont séparées par une résistance, de sorte que les proportions dans lesquelles la tension régulée issue du point commun à Z 1, Z 2 d'une part, et la tension de mesure issue du condensateur C 2 d'autre part, sont appliquées aux 25 entrées respectives des comparateurs sont différentes pour deux comparateurs différents. Les sorties des comparateurs K 2 à K 4 attaquent les diodes électroluminescentes D 2 à D 4 montées 30 en série, via la jonction collecteur base d'un transistor T 1, entre le point commun aux diodes Z 1, l Z 2 et la masse L'émetteur du transistor T 1 est relié à la sortie du comparateur K 1 à travers des résistances R 23 et Rll, le point 35 commun entre ces résistances étant raccordé au potentiel régulé (+) fourni par le condensateur Ci. Lorsque la tension aux bornes du condensateur C 2 s'élève à partir de zéro, le comparateur K 1 est, de l'ensemble des comparateurs, le premier à changer d'état en raison de son mode de raccordement Il constitue ainsi, avec le transistor T 1, un organe de blocage propre à n'autoriser le fonctionnement des diodes D 2 a D 4 que pour une tension de mesure supérieure à un seuil prédéterminé. Pour des tension de mesure de plus en plus élevées, les comparateurs K 2 à K 4 changent d'état les uns après les autres, de sorte que les diodes D à sont activées les unes après les autres. A titre d'exemple, la diode D 2 peut fonctionner pour un niveau de tension VAB supérieur à 80 V, la diode D 3 pour un niveau supérieur à 180 V, et la diode D 4 pour un niveau supérieur à 300 V. Ainsi, le fonctionnement de la diode D 2 et le non fonctionnement de la diode D 3 indique un niveau de tension compris entre 80 V et 180 V. Quel que soit le nombre de diodes allumées, le 30 courant circulant dans celles-ci est régulé par le transistor T 1. A l'entrée la du dispositif est raccordé un générateur de signaux asservi constitué des deux 35 circuits 2 a et 2 b, et des composants associés, tels que les résistances R 13 à R 17, les condensateurs C 3 à C 5 et les diodes D 5, D 6. Le détail de montage de ces composants ne sera pas donné puisque les circuits 2 a, 2 b peuvent être constitués de circuits intégrés du commerce, de types 4046 et 4020 respectivement, que l'homme de l'art sait connecter en suivant les indications du 10 constructeur. Le circuit 2 a est essentiellement constitué d'un oscillateur commandé en tension (VCO) et d'un comparateur de phase pilotant cet oscillateur, 15 tandis que le circuit 2 b est un compteur Le circuit 2 a envoie au compteur 2 b des impulsions F à la fréquence d'oscillation du VCO et le compteur 2 b retourne au circuit 2 a un signal Q 9 de fréquence plus faible, visible sur la figure 2 (b) Le 20 comparateur de phase interne au circuit 2 a compare la phase du signal Q 9 avec la phase du signal VAB. Le comparateur de phase corrige la fréquence de l'oscillateur en fonction du résultat de cette comparaison, de sorte que le signal Q 9 est, comme 25 le montre la figure 2, calé en fréquence et en phase sur le signal VAB constituant le premier signal périodique. Hormis le signal synchrone Q 9, le compteur 2 b 30 produit des signaux Q 1, Q 7, Q 8, ayant une fréquence multiple de celle de Q 9 et également calés en phase sur ce signal Q 9, comme le montre la figure 2 pour les signaux Q 7 et Q 8, en opposition de phase avec le signal Q 9 En d'autres termes, les signaux Q 1, 35 Q 7 et Q 8 sont obtenus par division de fréquence du signal d'oscillation F et application d'un déphasage fixe éventuellement nul, le facteur de division de fréquence étant toutefois moins élevé 5 pour ces signaux que pour Q 9 En particulier le signal Q 1, non représenté, qui a la fréquence la plus élevée, peut être synchrone du signal d'oscillation F. Ces signaux Q 1, Q 7, Q 8 et Q 9 sont envoyés sur un circuit logique comprenant les bascules bistables de type D, L 1 à L 4, les portes logiques OU L 5 à L 8 et des composants annexes, tels que les résistances R 18 à R 20, la diode D et les 15 condensateurs C 6 à C 7 Par exemple, les deux couples de bascules L 1, L 2 et L 3, L 4 peuvent être constitués d'un circuit intégré du commerce de référence 4013, et les portes OU L 5 à L 8 peuvent être celles d'un circuit intégré de 20 référence 4071. L'entrée D de la bascule L 1 reçoit, à travers deux résistances chutrices R 21 et R 22 le signal VAC, formant le second signal périodique La 25 bascule L constitue ainsi un détecteur de changement d'alternance du signal VAC, et produit sur sa sortie Q un signal CA indicateur de passage d'alternance, synchronisé avec le signal Q 1 que cette bascule reçoit sur son entrée d'horloge H Le 30 signal indicateur CA est appliqué sur les entrées H des autres bascules L 2, L 3, L 4 qui reçoivent également, sur leurs entrées D respectives, les signaux Q 7, Q 8 et Q 9 La bascule L 4, commandée par le comparateur Kl, attaque, par sa sortie Q, la 35 porte OUL 5 et, par sa sortie Q, la porte OUL 7 Ce montage assure que le circuit logique ne fournira une quelconque information, indiquant un fonctionnement correct, que si le niveau de tension 5 de mesure est au moins égal à 60 V par exemple et en tous cas suffisant pour avoir provoqué le changement d'état du comparateur K 1. Les sorties Q et Q des bascules L 2 à L sont reliées aux entrées des portes OU interconnectées L 5 à L 8 de façon que la sortie de la porte L 6 représente la fonction booléenne NON ( illustrées à la figure 2 e. Par rapport à l'instant O d'apparition d'une 20 alternance du signal VAB ou, ce qui est équivalent, d'une alternance du signal Q 9, et pour la fréquence considérée de VAB ou Q 9, la plage O 1 couvre un déphasage compris entre 45 et 900, et la plage 2 un déphasage compris entre 270 et 315 . 25 Ainsi la sortie de la porte L 8 sera excitée si le signal indicateur CA se manifeste en dehors de la plage 2, et en particulier à l'intérieur de la plage ç 1, et la sortie de la porte L 6 sera 30 excitée si le signal indicateur CA se manifeste en dehors de la plage 1, et notamment à l'intérieur de la plage 02. Des organes d'affichage, tels que des diodes luminescentes D 8, D 9, sont respectivement connectés aux sorties des portes L 6 et L 8 de façon à rendre visible l'état excité ou non excité de ces sorties. Le déphasage entre VAB et VAC est a priori de + 60 ou 60 Si VAC est en retard sur VAB de 60 comme le montre la figure 2 (a), il en résultera le 10 fonctionnement de D 9 et le non fonctionnement de D 8 puisque le signal indicateur CA se manifestera dans la plage l Si au contraire VAC est en avance de 60 sur VAB, il en résultera le non fonctionnement de D 9 et le fonctionnement de D 8. 15 Si enfin VAC est en avance ou en retard sur VAB d'un angle compris entre O et + 45 , on entre 90 et 270 , ce qui correspond à une anomalie de déphasage dans le cas d'un réseau triphasé 20 équilibré, il en résultera le fonctionnement simultané de D 8 et D 9. Il serait bien sûr possible, en inversant simplement les sorties des portes L 6 et L 8, de faire en sorte que l'allumage de la diode D 8 corresponde à un déphasage entre VAB et VAC compris dans la plage O 1 et que l'allumage de la diode D 9 correponde à un déphasage compris dans la plage 2. Par ailleurs, en se basant sur l'enseignement de la présente invention et les connaissances disponibles de l'algèbre de Boole, l'homme de l'art peut concevoir un circuit logique utilisant des signaux de fréquence plus élevée que Q 7, et par exemple Q 1, 35 et capable d'identifier un grand nombre de plages telles que 1 et 2 mais adjacentes, de faible largeur et couvrant dans leur ensemble le domaine de O à 360 degrés Un tel dispositif, qui par 5 l'identification d'une plage, effectue une mesure du déphasage avec une précision égale à la plus petite période des signaux combinés par le circuit logique, est alors utilisable comme phasemètre. 10 REVENDICATIONS 1 Dispositif indicateur utilisable comme indicateur d'ordre de phases sur un réseau 5 électrique triphasé, permettant notamment de déterminer si un premier signal périodique présente un déphasage positif ou négatif par rapport à un second signal périodique de même fréquence VAC, ce dispositif comprenant: des 10 moyens synchronisés ( 2 a, 2 b) susceptibles de recevoir le premier signal périodique pour produire un signal synchrone (Q 9) calé en fréquence et en phase sur ce premier signal périodique; un détecteur de changement 15 d'alternance susceptible de recevoir le second signal périodique, et propre à produire un signal indicateur (CA) signalant le passage de ce second signal périodique d'une alternance d'un signe déterminé a l'alternance de signe 20 opposé; et un circuit logique (L 2 à L 8) recevant au moins ledit signal synchrone et ledit signal indicateur, et étant propre à produire au moins un premier signal de sortie (sur D 8) dans un premier ou un second état selon que ledit signal 25 indicateur se manifeste dans une alternance positive ou une alternance négative dudit signal synchrone, caractérisé en ce que lesdits moyens synchronisés comprennent un générateur de signaux asservi ( 2 a, 2 b) produisant, outre ledit 30 signal synchrone, un ensemble de signaux (Qi' Q 7 ' Q 8) de fréquence multiple de celle de ce signal synchrone, en ce que le circuit logique, auquel sont appliqués ces signaux de fréquence multiple, en produit une combinaison booléenne représentative d'un ensemble d'au moins une plage de déphasage ( 1, l 2, ou NON 1, NONÉ 2) repérée par rapport à la phase du signal 5 synchrone, et en ce que ce circuit logique produit ledit premier signal de sortie dans le premier ou le second état en fonction de ce que ledit signal indicateur se manifeste, ou non, à l'intérieur d'une plage ( O 1) dudit ensemble 10 d'au moins une plage de déphasage. 2 Dispositif suivant la renvendication 1, caractérisé en ce que le générateur de signaux asservi comprend un compteur ( 2 b) dont une 15 sortie est reliée à une entrée d'un comparateur de phase (en 2 a), une autre entrée de ce comparateur recevant ledit signal périodique, ce comparateur pilotant un oscillateur commandé en tension (en 2 a) fournissant les impulsions 20 d'entrée (F) du compteur. 3 Dispositif indicateur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit ensemble d'au moins une plage de déphasage comprend deux 25 plages ( 1, ç 2), la première plage ( 1) étant celle dans laquelle se manifeste ledit signal indicateur lorsque le second signal périodique a un retard de phase acceptable sur le premier signal périodique, et la seconde plage( O 2) 30 étant celle dans laquelle se manifeste ledit signal indicateur lorsque le second signal périodique a une avance de phase acceptable sur le premier signal périodique, en ce que ledit premier signal de sortie est associé à la 35 première plage, et en ce que le circuit logique produit un second signal de sortie (sur D 9), associé à la seconde plage, et homologue du premier signal de sortie, la combinaison des 5 états des premier et second signaux de sortie donnant ainsi une information sur la présence ou l'absence d'un déphasage inacceptable des premier et second signaux périodiques. 4 Dispositif indicateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une alimentation à pont redresseur (P 1, Z 1, Z 2 ' C 1) recevant ledit premier signal périodique, cette 15 alimentation fournissant à ce dispositif une tension régulée dont le niveau est sensiblement constant et indépendant de la tension représentative du premier signal périodique pour autant que cette tension dépasse un seuil 20 minimal déterminé. Dispositif indicateur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: un circuit générateur de tension (P 2, C 2) produisant une tension de mesure sensiblement proportionnelle à la tension représentative du premier signal périodique, et un ensemble de comparateurs (K 2 à K 4) comprenant chacun deux entrées dont la première reçoit ladite tension régulée et la seconde ladite tension de mesure, les proportions dans lesquelles la tension régulée 35 d'une part, et la tension de mesure d'autre part, sont appliquées aux entrées respectives des comparateurs étant différentes pour au moins deux comparateurs, et en ce que les signaux de 5 sortie de ces deux comparateurs au moins sont envoyés sur des organes d'affichage (D 2 à D 4) adoptant un état visible qui est fonction du niveau de ces signaux de sortie, la configuration des états des organes d'affichage 10 étant ainsi représentative de la plage d'amplitude dans laquelle se trouve ladite tension constituant le premier signal périodique. 6 Dispositif indicateur selon la revendications 5, 15 caractérisé en ce que lesdits organes d'affichage sont reliés à une alimentation électrique par un organe de blocage (K 1, T 1) n'autorisant leur fonctionnement que pour une valeur de la tension régulée supérieure à une 20 valeur minimale déterminée. 7 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédente combinée à la revendication 3, caractérisé en ce que les 25 premier et second signaux de sortie sont dans un état inactivé lorsque le déphasage entre les premier et second signaux périodiques se situe respectivement dans les première et seconde plages, et dans un état activé lorsque le 30 déphasage entre les premier et second signaux périodiques se situe respectivement en dehors des première et seconde plages. 25496 '8 8 Application aux phasemètres du dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes. 15 20 25 30