Brevet FR2561783A1 — publié le 19850927

La présente invention concerne un dispositif pour la surveillance d'une tension électrique sujette à des in- terruptions involontaires et momentanées. Elle peut être mise en oeuvre aussi bien pour la surveillance d'une tension électrique continue que pour celle d'une tension électrique alternative. On sait qu'il est souvent préjudiciable pour un système électrique que son alimentation soit sujette à des in- terruptions involontaires et momentanées, généralement désignées par le terme de microcoupures. C'est notamment le cas pour les systèmes informatiques. Il est donc par- ticulièrement important que l'on puisse surveiller les alimentations électriques, afin de déterminer le nombre et la durée des microcoupures qui ont lieu, et pouvoir en tenir compte et/ou y remédier. Une interruption momentanée de tension électrique se traduit par une brusque diminution d'amplitude, suivie d'un brusque rétablissement. Il est donc relativement aisé de détecter une telle interruption. Cependant, le signal ainsi détecté et représentatif d'une interruption est relativement informe et ne peut être utilisé pour attaquer des dispositifs électroniques d'exploitation. L'objet de la présente invention est de remédier à cet inconvénient et de réaliser un dispositif délivrant, pour chaque microcoupure (ou tout au moins pour chacune des microcoupures comprises dans une gamme de sensibili- té déterminée dudit dispositif), un signal caractéristi- que de forme parfaitement rectangulaire pour pouvoir être électroniquement exploité. A cette fin, selon l'invention, le dispositif pour la surveillance d'une tension électrique sujette à des in- terruptions involontaires et momentanées, est remarqua- ble en ce qu'il comporte des moyens pour détecter une telle interruption, des moyens pour élaborer un signal électrique continu dont la durée est représentative de celle de ladite interruption, des premiers moyens pour échantillonner la durée dudit signal électrique au moyen d'une première suite périodique d'impulsions rectangu- laires, des seconds moyens pour échantillonner la durée dudit signal électrique au moyen d'une seconde suite pé- riodique d'impulsions rectangulaires, lesdites première et seconde suites périodiques étant telles que les im- pulsions de chacune d'elles correspondent aux interval- les entre les impulsions de l'autre suite, et des moyens pour additionner les signaux d'échantillonnage apparais- sant aux sorties desdits premiers et seconds moyens échantillonnant la durée dudit signal électrique, afin d'obtenir un signal en créneau rectangulaire dont la du- rée correspond à celle de ladite interruption. Ainsi, grâce à ce double échantillonnage, on obtient un créneau rectangulaire parfait, fidèlement représentatif de l'interruption de tension correspondante. Le disposi- tif selon l'invention peut alors comporter des moyens de comptage destinés à compter le nombre des signaux en créneaux rectangulaires, puisque ledit créneau rectangu- laire sera susceptible d'actionner Iesdits moyens de comptage. Eventuellement, ce créneau rectangulaire pour- rait commander un générateur électrique de secours, apte à pallier la défaillance de la tension électrique sur- veillée. Afin de connaître la durée desdites microcoupures, il est avantageux que le dispositif conforme à l'invention comporte des troisièmes moyens pour l'échantillonnage des signaux en créneaux rectangulaires et des moyens de comptage destinés à compter la durée de chacun desdits signaux en créneaux rectangulaires. Par ailleurs, pour permettre le fonctionnement du dispo- sitif selon l'invention, celui-ci comporte de préférence des moyens d'alimentation électrique à batterie tampon pour l'alimentation d'au moins certains des moyens-dudit dispositif pendant les interruptions de la tension élec- trique. Dans un mode de réalisation avantageux, le dispositif est remarquable en ce que les impulsions de ladite pre- mière suite périodique sont identiques entre elles et sont identiques à celles de ladite seconde suite, en ce que dans chaque suite deux impulsions consécutives sont séparées par un intervalle de durée égale à la durée d'une impulsion et en ce que les impulsions de l'une des suites sont déphasées de 180' par rapport à celles de l'autre suite. Ainsi, lesdits premiers et seconds moyens d'échantillonnage peuvent comporter un générateur d'im- pulsions unique, associé à un inverseur. Lesdits premiers et seconds moyens d'échantillonnage peuvent comporter des mémoires verrouillables qui sont montées en parallèle à la sortie des moyens élaborant ledit signal électrique continu dont la durée est repré- sentative de celle de ladite interruption et dont les entrées de déclenchement reçoivent respectivement lesdi- tes première et seconde suites périodiques d'impulsions rectangulaires. Afin d'obtenir une représentation encore plus fidèle de l'interruption de tension par le signal en créneau rec- tangulaire, il est avantageux que ledit signal électri- que continu soumis au double échantillonnage soit sou- mis à une mise en forme préalable. Aussi, selon une par- ticularité importante de la présente invention, les moyens d'élaboration dudit signal électrique continu dont la durée est représentative de celle de ladite in- terruption comportent au moins une porte logique à com- mutation rapide. De plus, il est avantageux que lesdits moyens d'élaboration permettent d'ajuster le seuil de déclenchement de ladite porte logique à commutation ra- pide. On conçoit aisément que le dispositif conforme à l'in- vention permette la surveillance des tensions continues et des tensions alternatives. Toutefois, il est particu- lièrement utile pour la surveillance de la tension de réseaux d'alimentation alternative susceptibles d'être le siège de microcoupures. Dans ce cas, les moyens d'élaboration du signal électrique continu, dont la du- rée est représentative de celle de l'interruption, com- portent un redresseur, de préférence à double alternan- ce, et un circuit intégrateur, de façon à fournir une tension redressée ondulée, qui comportera une interrup- tion en concordance avec chacune des interruptions appa- raissant dans la tension alternative du réseau. Afin de permettre de faire varier la sensibilité de détection du dispositif selon l'invention, il est avantageux que ce circuit intégrateur soit du type à constante de temps réglable. Ainsi, il est possible de déterminer un ou plusieurs seuils de sensibilité et de choisir, par la durée, le type d'interruptions que l'on désire détec- ter. Quoique la surveillance de la tension d'un réseau d'ali- mentation soit l'une des applications les plus intéres- santes de la présente invention, il va de soi que le le dispositif selon l'invention peut servir à de nom- breuses utilisations. Par exemple, ce dispositif peut: - vérifier de façon permanente le bon fonctionnement d'un onduleur ou de tout autre système de secours con- necté à un réseau d'alimentation électrique et ayant en charge d'alimenter régulièrement un système placé en aval; - vérifier l'alimentation électrique de systèmes embar- qués à bord de machines roulantes reliées à un réseau par des frotteurs (caténaires), générateurs de microcou- pures perturbant de façon notoire le fonctionnement des- dits systèmes; - contrôler des éléments perturbateurs (moteurs, relais, contacteurs, etc...) connectés à un réseau et suscepti- bles de perturber la tension de celui-ci en engendrant des microcoupures intempestives et aléatoires; - etc.... Les figures du dessin annexé feront bien comprendre com- ment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est un schéma électrique d'un mode de réali- sation du dispositif de surveillance de microcoupures, conforme à l'invention. Les figures 2a à 2j sont des diagrammes illustrant, en fonction du temps t, la forme des signaux électriques en différents points du schéma électrique de la figure 1. Le dispositif de détection et de mesure de microcoupu- res, conforme à l'invention et montré schématiquement sur la figure 1, comporte un détecteur 1 fournissant son signal de sortie à un dispositif 2 d'adaptation au comp- tage, qui, lui-même, attaque un compteur de nombre de microcoupures 3 et un compteur de durée de microcoupures 4. Aux compteurs 3 et 4 peuvent être associés des affi- cheurs, imprimantes, etc... tels que celui illustré par la référence 5. Le dispositif selon l'invention comporte de plus une alimentation 6 chargée de fournir l'énergie électrique nécessaire pendant une microcoupure ainsi qu'un dispositif 7 de confirmation de microcoupures. Le détecteur 1 comporte un primaire 8 aux bornes 9 et 10 duquel est appliqué le signal alternatif SR à surveil- ler et un secondaire 11, l'ensemble 8-11 formant un transformateur abaisseur. Le secondaire 11 applique la tension alternative qui le parcourt à un redresseur 12 à double alternance, associé à un filtre intégrateur 13 à 17. Ce filtre intégrateur comporte, d'une part, plu- sieurs condensateurs en parallèle 13,14 pouvant être commutés à volonté à l'aide d'un commutateur 15, afin de faire varier la sensibilité dudit détecteur et, d'autre part, des résistances 16 et 17 montées en pont. Par exemple, le condensateur 13 et les résistances 16 et 17 sont choisis pour que leur constante de temps soit infé- rieure à 100 ms, tandis que la constante de temps formée par le condensateur 14 et les résistances 16 et 17 est supérieure à 100 ms. De plus, la résistance 17 est va- riable pour permettre de faire varier la tension au point milieu A du pont de résistance 16,17. Cette ten- sion au point A attaque l'entrée d'une porte logique à commutation rapide 18, elle-même suivie de deux portes logiques semblables 19 et 20 en cascade. Bien entendu, la résistance variable 17 permet d'ajuster le seuil de déclenchement de la porte 18. La sortie B de la porte 20 attaque le dispositif 2 d'adaptation au comptage. La pluralité des portes 18,19, 20 en cascade a pour but de mettre le plus possible en forme le signal apparaissant au point A. Le dispositif 2 d'adaptation au comptage comporte deux mémoires verrouillables 21 et 22, du type dit "latch", pourvues chacune d'une entrée de données, d'une entrée de déclenchement et d'une sortie. Dans ce type de mémoi- re, la transmission des données entre l'entrée de don- nées et la sortie est verrouillée pendant la durée des signaux qui sont appliqués sur l'entrée de déclenche- ment, et qui, de plus, remettent à zéro ladite mémoire. Les deux mémoires 21 et 22 ont leurs entrées de données reliées en commun à la sortie B de la porte 20. Par ail- leurs, les entrées de déclenchement des mémoires 21 et 22 sont alimentées à partir d'un multivibrateur 23, res- pectivement à travers une porte logique à commutation rapide 24 et à travers la cascade formée par la porte logique 24 et une autre porte logique à commutation ra- pide 25. L'agencement des portes 24 et 25 est tel que le signal à la sortie D de la porte 25 est décalé de 180 par rapport au signal à la sortie C de la porte 24. Les sorties E et F des mémoires 21 et 22 sont reliées aux entrées d'une porte logique 26 de type OU, dont la sor- tie est reliée, d'une part au compteur 4 de durée de mi- crocoupures par une porte logique 43 de type ET, et, d'autre part au compteur 3 du nombre de microcoupures par un amplificateur 27. Pendant les microcoupures, le multivibrateur 23 est ali- menté par l'alimentation 6 qui comporte à cet effet une batterie 28 chargée par un chargeur 29, lui-même ali- menté à partir d'un secondaire auxiliaire 30 du trans- formateur 8,11, par l'intermédiaire d'un redresseur 31 à double alternance et d'un filtre 32. Le dispositif 7 comporte un autre secondaire auxiliaire 33 du transformateur 8,11, ainsi qu'un redresseur 34 à double alternance, relié au compteur 3. La porte ET 43 comporte deux entrées, dont l'une est re- liée à la sortie G de la porte 26 et l'autre à la sortie H d'un oscillateur 35. Le fonctionnement du dispositif conforme à l'invention, montré par la figure 1, est explicité ci-après, à l'aide des figures 2a à 2i. A titre illustratif et non pas li- mitatif, on suppose que la fréquence du multivibrateur 23 est plusieurs fois supérieure à celle de la tension alternative SR à surveiller, alors que la fréquence de l'oscillateur 35 est plusieurs milliers de fois supé- rieure à celle de ladite tension SR. Par exemple, la fréquence de la tension SR est 50Hz, alors que les fréquences du multivibrateur 23 et de l'oscillateur 35 sont respectivement égales à 400Hz et 1 MHz. Comme l'indique la figure 2a, le signal SR appliqué au primaire 8 est par exemple constitué par un signal sinu- soidal 36, sujet à des microcoupures 37, commençant à l'instant t1 et finissant à l'instant t4. Dans l'exemple représenté, la microcoupure 37 entraîne l'an- nulation de l'amplitude du signal 36 entre les instants t1 et t2, la nullité de cette amplitude entre les instants t2 et t3 et le rétablissement de ladite am- plitude entre les instants t3 et t4. Après être passé dans le transformateur 8,1t, avoir été redressé par le redresseur 12, puis avoir été intégré par l'intégrateur 13 à 17, le signal SR est transfor- mé, au point A, dans le signal SA représenté sur la- figure 2b et constitué d'une tension ondulée, dans la- quelle apparaît une interruption entre les instants t1 et t4. Les flancs avant et arrière de cette interruption dé- clenchent les portes 18,19 et 20, de sorte qu'au point B on obtient le signal SB de la figure 2c, formé par un créneau 38 à flancs avant et arrière inclinés. Le multivibrateur 23, constamment alimenté grâce au dis- positif 6, émet un signal alternatif en créneaux rectan- gulaires, de sorte qu'aux points C et D sont constamment disponibles le signal Sc de la figure 2d et le signal SD de la figure 2e, respectivement. Les créneaux rec- tangulaires 39 du signal S et les créneaux rectangu- laires 40 du signal SD sont identiques, mais déphasés de 180'. Grâce aux mémoires 21 et 22, le créneau 38 appliqué au point B est échantillonné par les signaux Sc et SD. Les résultats de l'échantillonnage du créneau 38 par le signal Sc et par le signal SD sont respectivement représentés par les signaux SE et SF des figures 2f et 2g. L'addition desdits signaux SE et SF par la porte 26 engendre le signal SG de la figure 2h, cons- titué d'un créneau rectangulaire parfait 41, commençant à l'instant t1 et finissant à l'instant t4. Chaque créneau 41, qui constitue la représentation fidé- le (au moins en ce qui concerne la durée) d'une micro- coupure 37, peut être compté dans le compteur 3, après amplification par l'amplificateur 27. Le dispositif 7 2 561783 fournit au compteur 3, une confirmation d'apparition de microcoupure. Dans la porte 43, chaque créneau 41 est ensuite échantillonné par les impulsions 42 du signal SH de l'oscillateur 35 (voir la figure 2i), de sorte que, à la sortie I de cette porte 43, on obtient le signal SI de la figure 2j. Le compteur 4 peut donc déterminer et emmagasiner la durée t4t1 du créneau 41 et donc de 1' interruption 37. 1 1 REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour la surveillance d'une tension élec- trique (36) sujette à des interruptions involontaires et momentanées (37), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (8 à 11) pour détecter une telle interruption (37), des moyens (12 à 20) pour élaborer un signal électrique continu (38) dont la durée est représentative de celle de ladite interruption (37), des premiers moyens (21,23,24) pour échantillonner la durée dudit signal électrique (38) au moyen d'une première suite périodique (Sc) d'impul- sions rectangulaires (39), des seconds moyens (22,23,24,25) pour échantillonner la durée dudit signal électrique (38) au moyen d'une seconde suite périodique (SD) d'impulsions rectangulaires (40), lesdites pre- mière et seconde suites périodiques étant telles que les impulsions de chacune d'elles correspondent aux inter- valles entre les impulsions de l'autre suite, et des moyens (26) pour additionner les signaux d'échantillon- nage (SE et SF) apparaissant aux sorties desdits premiers et seconds moyens échantillonnant la durée du- dit signal électrique (38), afin d'obtenir un signal (41) en créneau rectangulaire dont la durée correspond à celle de ladite interruption (37). 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de comptage (3) destinés à compter le nombre des signaux (41) en créneaux rectangulaires. 3.- Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte des troisièmes moyens (35,43) pour l'échantillonnage des signaux (41) en cré- neaux rectangulaires et des moyens de comptage (4) des- tinés à compter la durée de chacun desdits signaux (41) en créneaux rectangulaires. 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'alimenta- tion électrique (6) à batterie tampon (28) pour l'ali- mentation d'au moins certains des moyens dudit disposi- tif pendant les interruptions (37) de la tension élec- trique (36). 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les impulsions (30) de ladite pre- mière suite périodique sont identiques entre elles et sont identiques à celles (40) de ladite seconde suite, en ce que dans chaque suite deux impulsions consécutives sont séparées par un intervalle de durée égale à la du- rée d'une impulsion et en ce que les impulsions de l'une des suites sont déphasées de 180' par rapport à celles de l'autre suite. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits premiers et seconds moyens d'échantillonnage comportent un générateur d'impulsions unique (23,24), associé à un inverseur (25). 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits premiers et seconds moyens d'échantillonnage comportent des mémoires verrouilla- bles(21,22), qui sont montées en parallèle à la sortie des moyens (12 à 20) élaborant ledit signal électrique continu (38) dont la durée est représentative de celle de ladite interruption (37) et dont les entrées de de- clenchement reçoivent respectivement lesdites premiere et seconde suites périodiques d'impulsions rectangulai- res. 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens (12 à 20) d'élaboration dudit signal électrique continu (38) dont la durée est représentative de celle ladite interruption (37) compor- tent au moins une porte logique (18,19,20) à commutation rapide. 9.Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens (12 à 20) d'élaboration dudit signal électrique continu (38) dont la durée est représentative de celle de ladite interruption (37) com- portent des moyens (17) permettant d'ajuster le seuil de déclenchement de ladite porte logique (18) à commutation rapide. 10.- Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 9, destiné à la surveillance d'une tension électrique alternative (36), caractérisé en ce que lesdits moyens (12 à 30) d'élabo- ration dudit signal électrique continu (38) dont la du- rée est représentative de celle de ladite interruption (37) comportent un redresseur (12) à double alternance et un circuit intégrateur (13 à 17) à constante de temps réglable.