Compteur d'énergie électrique comportant un transducteur
d'intensité à inductance mutuelle.
La présente invention concerne des compteurs d'énergie électrique en courant alternatif comprenant des transducteurs détecteurs de tension et d'intensité servant à appliquer des signaux représentatifs des composantes d'intensité et de tension d'une quantité d'énergie électrique à mesurer par des circuits de mesure électroniques, et en particulier de tels compteurs comprenant un transducteur détecteur d'intensité à inductance mutuelle à même de détecter des valeurs variant largement de
la composante d'intensité, les deux transducteurs produisant des signaux de sortie de bas niveau qui peuvent être utilisés par des circuits de mesure électroniques.
Des dispositifs servant à mesurer l'énergie électrique en courant alternatif sont largement utilisés par l.es producteurs d'énergie électrique pour mesurer la consommation d'utilisateurs distincts. Normalement, des wattheuremètres sont utilisés pour indiquer la consommation en. kilowattheures.
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portant un disque tournant, et sont reconnus comme des appareils de fiabilité et de précision élevées qui sont disponibles à des prix de revient raisonnables et sont à
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de'.. température extrêmes et dans d'autres conditions ambiantes variant largement.
Il est aussi connu de mesurer des quantités d'énergie
:,
électrique en courant alternatif, comme des kilowattheures,
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de circuits de mesure électroniques. Normalement, des transformateurs de mesure de tension et d'intensité produisent des signaux proportionnels aux composantes de tension et d'inten-
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tages de circuits multiplicateurs analogiques sont connus dans un type de circuit de mesure et sont agencés de manière à produire un signal proportionnel à l'intégrale dans le temps du produit des composantes de tension et d'intensité- On connaît un circuit de mesure électronique présentant une caractéristique de calcul logarithmique, dans lequel l.es signaux de tension et d'intensité sont appliqués à un dispositif semi-conducteur. Ce circuit produit un signal de sortie qui est proportionnel au produit des signaux de tension et d'intensité et une valeur mesurée de la quantité d'énergie électrique.
Un autre circuit de mesure de l'énergie électrique en courant alternatif connu du type à multiplicateur analogique est qualifié de circuit de mesure du type à multiplication
et division dans le temps. Un signal de composante de tension est échantillonné pour dériver un signal modulé par des impulsions de largeur variable correspondant aux variations de la composante de tension. Un signal de composante d'intensité est échantillonné à une cadence qui est fonction des signaux d'impulsion de largeur variable. Le signal de sortie résultant est formé d'une série d'impulsions dont les ampli-
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tensité et dont les largeurs sont proportionnelles
aux valeurs instantanées de la tension. Les signaux d'impulsion résultants sont filtrés pour donner une valeur moyenne ou un niveau en courant continu proportionnel au courant électrique alternatif mesuré. Le signal de valeur moyenne commande un circuit convertisseur tension-fréquence qui utilise des condensateurs intégrateurs. Les impulsions à fréquence variable provenant du circuit convertisseur. sont totalisées, de sorte qu'un compte total de ces impulsions est une mesure de la consommation d'énergie électrique.
Dans un autre circuit de mesure connu, les composantes de tension et d'intensité d'une quantité d'énergie électrique à mesurer sont appliquées à un générateur de Hall. Le signal de sortie du générateur de Hall est un signal proportionnel au produit des signaux de tension et d'intensité d'entrée. Le signal de sortie du générateur de Hall est appliqué à un dispositif intégrateur à transformateur à noyau saturable pour produire des impulsions qui sont proportionnelles à l'intégrale dans le temps du signal de sortie du générateur de Hall ou de l'énergie électrique à mesurer. Les signaux d'entrée de tension et d'intensité fournis au générateur de Hall proviennent
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Dans encore un autre circuit de mesure d'énergie électrique en courant alternatif connu et dans le procédé appliqué, la composante de tension d'une quantité d'énergie électrique à mesurer est convertie, par des techniques faisant intervenir des circuits électriques, en un signal proportionnel
à l'intégrale dans le temps de la composante de tension. Le signal de tension intégré dans le temps est comparé à des niveaux de référence croissants succe ssifs. Chaque fois qu'un . niveau de référence est atteint, la valeur instantanée de la composante d'intensité est échantillonnée et est convertie en des signaux numériques..' Ces signaux numériques sont sommés pour produire un signal de sortie correspondant à une mesure de l'énergie électrique en courant alternatif en wattheures. Certains inconvénients de dérive des composants des circuits multiplicateurs analogiques connus sont évités par le circuit précité.
Un autre exemple d'un circuit de mesure de l'énergie électrique fait intervenir un échantillonnage analogique vers numérique des composantes de tension et d'intensité, en vue
d'un traitement numérique et d'un calcul ultérieur. Plusieurs paramètres différents de l'énergie électrique sont calculés
par des techniques faisant intervenir des circuits de calculnumériques.
Dans chacune des techniques précitées utilisant des circuits pour mesurer de l'énergie électrique, les signaux d'entrée de tension et d'intensité parvenant au circuit de mesure de l'énergie électrique. en courant alternatif sont fournis directement par la tension et l'intensité d'alimentation ou
par des transformateurs de mesure qui produisent des signaux proportionnels aux composantes d'intensité et de tension d'alimentation de la quantité d'énergie électrique en cours de mesure. Les circuits électroniques peuvent opérer dans des gammes de signaux faibles, mais les tensions et intensités du courant électrique sont supérieures de plusieurs ordres de grandeur. Ainsi, les transducteurs détecteurs qui fournissent les signaux d'entrée représentatifs de la tension et de l'intensité aux circuits de mesure doivent avoir des rapports de transformation élevés. De plus, la réaction des transducteurs détecteurs doit
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de sortie doivent être constants. Dans le cas du transducteur d'intensité, la réponse linéaire doit s'étendre sur une large gamme d'intensités à détecter.
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un wattmètre à circuit électronique comportant un transformateur d'intensité à noyau à air unique comportant un primaire formé de plusieurs spires pour produire un signal de sortie proportionnel au courant de charge. Le signal de sortie est appliqué à
un circuit intégrateur comprenant un amplificateur opérationnel, de sorte que le montage du transformateur d'intensité produit un signal de tension proportionnel au courant de charge détecté et en phase avec celui-ci, qui est appliqué à un circuit électronique multiplicateur au carré à quart d'intervalle.
Dans des mesures d'énergie électrique types effectuées chez l'abonné, du courant électrique alternatif de 60 hertz est fourni à des tensions d'alimentation en substance constantes de
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quantité d'énergie électrique à mesurer. D'autre part, les courants qui définissent la composante d'intensité de la quantité d'énergie électrique à mesurer varient considérablement en réaction aux variations de charge. Pour les mesures destinées à la facturation, une réponse en substance linéaire est souhaitable dans une gamme générale de 0,5 à 200 ampères, c'est-à-dire dans un rapport d'intensité d'environ 400 à 1. Aux intensités d'ali-
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ampère, la réponse linéaire commence à se dégrader dans de nombreux systèmes. Dès lors, des montages à transformateurs
de tension standards peuvent fournir des transducteurs détecteurs de tension utiles. Cependant, les transformateurs d'intensité qui reçoivent les intensités d'entrée précitées variant dans un rapport de l'ordre de 400 à 1 et qui produisent des signaux de sortie de bas niveau exigent des systèmes souvent relativement volumineux et onéreux. Lorsqu'on souhaite fabriquer des dispositifs et des circuits électroniques de mesure de l'énergie en courant alternatif qui soient relativement compacts et d'un coût comparable à celui des vattheuremètres à induction classiques précités, les transducteurs détecteurs de tension et d'intensité contribuent sensiblement aux dimensions et au coût de ces dispositifs dans l'ensemble. On sait que dans les transducteurs à transformateur d'intensité précis, les ampèretours du primaire et du secondaire doivent
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tours dans le primaire, les dimensions du secondaire doivent être importantes pour produire des signaux de sortie linéaires de bas niveau, de sorte que les transformateurs d'intensité deviennent volumineux et relativement onéreux.
L'invention a pour but principal de procurer des circuits électroniques de mesure de l'énergie électrique en courant alternatif qui soient très fiables et précis et qui puissent être connectés de façon normalisée aux conducteurs fournissant l'énergie électrique à mesurer, par exemple les conducteurs d'entrée chez l'abonné et l'invention a aussi pour but de rendre le transducteur détecteur d'intensité de ces dispositifs compact, susceptible d'être fabriqué en masse par des <EMI ID=12.1>
signaux de sortie de bas niveau précis en réaction à des varia-
tions importantes des courants à détecter.
A cette fin, l'invention a pour objet un compteur d'éner- gie électrique en courant alternatif comportant un circuit électronique de mesure traitant des signaux analogiques représenta- ! tifs des composantes d'intensité et de tension d'alimentation d'une quantité d'énergie électrique en courant alternatif à
mesurer pour produire des signaux électroniques représentatifs des quantités quantifiées d'énergie électrique, le compteur comprenant : un transducteur détecteur de tension destiné à
être connecté en parallèle avec la composante de tension d'alimentation pour produire un signal de tension analogique sensible
à la tension, proportionnel à la composante de tension d'alimention; un transducteur détecteur d'intensité qui comprend un premier gros conducteur et un second destinés à être connectés
en série avec la composante d'intensité d'alimentation, le premier conducteur et le second comprenant chacun une partie d'enroulement primaire pour produire des variations de flux magnétique en réaction à la grandeur et à l'allure des variations
de l'intensité qui y passe, le transducteur détecteur
d'intensité comprenant, en outre, un enroulement secondaire
couplé magnétiquement aux variations de flux magnétique produites parles parties de l'enroulement primaire de manière à traverser un espace d'air, l'enroulement secondaire produisant
une force électromotrice sensible aux variations du flux magnétique, de sorte que cet enroulement secondaire produit un
signal de tension analogique sensible à l'intensité qui est proportionnel aux sommes des dérivées, par rapport au temps, du courait passant dans le premier gros conducteur et le second avec
un rapport de variation d'intensité allant jusqu'à environ
<EMI ID=13.1> la tension et à l'intensité pouvant être appliqués aux entrées à haute impédance pour signaux de bas niveau du circuit électronique de mesure.
L'invention ressortira plus clairement de la description détaillée donnée ci-après, à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels :
la Fig. 1 est une vue schématique comprenant un schéma électrique d'un compteur d'énergie électrique en courant alternatif qui comprend un transducteur détecteur d'intensité à inductance mutuelle conforme à l'invention;
la Fig. 2 est -une vue en élévation de côté, en partie arrachée, du compteur d'énergie électrique en courant alternatif représenté sur la Fig. 1;
la Fig. 3 est une vue en coupe transversale de face du compteur de la Fig. 2, suivant la ligne III-III et dans le sens des flèches;
la Fig. 4 est une vue en élévation de face d'une variante du transducteur détecteur d'intensité représenté sur les Fig. 1, 2 et 3, comprenant un circuit électrique à connecter à un système de compensation incorporé;
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transducteur détecteur d'intensité à inductance mutuelle du type à noyau à air propre à remplacer le transducteur représenté sur les Fig. 1, 2 et 3;
la Fig. 6 est une vue de face, en partie arrachée, d'une autre forme de compteur d'énergie électrique en courant alternatif conforme à l'invention comprenant une autre variante encore du transducteur détecteur d'intensité à inductance mutuelle représenté sur la Fig. 1;
la Fig. 7 est une vue en perspective, en partie arrachée, d'un des deux dispositifs distincts du transducteur détec-
<EMI ID=15.1> et comprenant, en outre, un blindage, et
la Fig. 8 est un schéma électrique du compteur représenté sur la Fig. 6.
Suivant l'invention, un circuit électronique de
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sité à inductance mutuelle comportant un enroulement secondaire ccuplé par induction à un enroulement primaire portant .une composante d'intensité de l'énergie électrique à mesurer. Le transducteur est sensible à des intensités variant dans un <EMI ID=17.1>
logiques pour la mesure de l'énergie électrique en courant alternatif qui sont proportionnels à la dérivée de l'intensité par rapport au temps. Une forme d'exécution préférée du transducteur est constituée d'un noyau feuilleté magnétiquement perméable comportant un-entrefer dans le trajet du flux magnétique reliant les enroulements primaire et secondaire. De gros conducteurs portant du courant forment chacun un enroulement primaire à une seule spire placé de manière à être couplé étroitement par induction avec, le noyau. Un flux magnétique est induit dans le noyau et dans l'entrefer par le passage du courant à détecter dans les gros conducteurs. Un enroulement secondaire est placé de manière à être couplé étroitement par induction
avec le noyau pour produire une tension induite ei = M di/dt, où M est l'inductance mutuelle entre les circuits de primaire
et de secondaire et di/dt est la dérivée de l'intensité dans le primaire par rapport au temps. Selon l'équation qui précède, le
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primaire par rapport au temps lorsque les enroulements primaire et secondaire sont couplés mutuellement, avec ou sans noyau magnétique. Une caractéristique importante de l'invention est que l'intensité est très faible dans l'enroulement secondaire lorsqu'il est connecté à des circuits électroniques à haute <EMI ID=19.1>
dérivée, par rapport au temps, de la composante d'intensité d'alimentation de la quantité d'énergie électrique à mesurer et convient comme le signal d'entrée analogique sensible à l'intensité pour un circuit électronique de mesure de l'énergie
en courant alternatif qui reçoit également un signal d'entrée analogique ev sensible à la tension. Le signal ei est traité dans le circuit de mesure d'énergie en courant alternatif en
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sion d'alimentation de l'énergie à mesurer, pour produire un
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alternatif. Le circuit dérive l'intégrale dans le temps du produit des composantes de tension et d'intensité d'une quan-tité d'énergie électrique sur un intervalle de temps prédéterminé pour fournir une mesure de l'énergie en wattheures.
Dans une forme d'exécution de l'invention, un noyau magnétique augmente le couplage inductif entre l'enroulement primaire et l'enroulement secondaire, mais en cas d'insuffisance de linéarité des caractéristiques magnétiques du noyau,
une variation donnée de l'intensité ne produit pas
une variation précisément proportionnelle du flux présent dans le milieu magnétique de l'enroulement. Dans une forme d'exécution, un système de compensation comprend
des barres de shunt feuilletées qui pontent l'entrefer du noyau. Les barres de shunt compensatrices se saturent à des densités
de flux élevées pour compenser les défauts de linéarité aux basses densités de flux dans le\noyau,qui sont au moins partiellement dus. à la variation non linéaire de perméabilité
avec l'induction magnétique dans la matière magnétique formant
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faibles intensités qui sont détectées. Les effets de la réponse non linéaire de la matière magnétique du noyau sont davantage atténués par de grands entrefers et par l'utilisation d'une ma-
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Un autre système compensateur comprend une bobine compensatrice de captage d.u flux placée près de l'entrefer. Les den-
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des densités de flux proportionnellement plus fortes aux faibles valeurs du flux qu'aux valeurs plus élevées du flux. Les signaux de sortie de la bobine compensatrice et de l'enroulement secondaire sont tous deux amenés à un amplificateur sommateur. La sortie de l'amplificateur sommateur fournit une tension induite ei proportionnelle à la dérivée du courant primaire par rapport au temps (di/dt) qui réagit plus linéairement aux densités de flux faibles dans le noyau.
Les systèmes compensateurs peuvent ne pas réaliser complètement une réponse magnétique linéaire constante; cependant, une compensation supplémentaire dans les circuits de mesure d'énergie électrique est possible par une modification de ces circuits opposant les caractéristiques de réponse des circuits de mesure aux caractéristiques de sortie non linéaire des transducteurs pour produire un signal. de sortie dans l'ensemble linéaire en fonction du courant d'entrée de transducteur.
Une forme d'exécution du système conforme à l'invention comprend des éléments d'un wattheuremètre à induction comprenant des formes modifiées de la section électromagnétique de tension et de la section électromagnétique d'intensité utilisant les mêmes enroulements de tension et d'intensité et les noyaux magnétiques associés que ceux prévus pour faire tourner magnétiquement un disque en vue d'une opération élec-.
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tion de tension pour fournir un signal analogique ev sensible à la tension d'alimentation et proportionnel à la composante de tension d'une quantité d'énergie électrique. Un enroulement secondaire est porté par le noyau d'intensité du
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à l'intensité d'alimentation. Les sections électromagnétiques du compteur à induction sont montées d'une manière classique sur un socle de wattheuremètre portant des bornes à
lames à insérer dans des bornes à douille coopérantes d'un coffret de montage de compteur. Un enroulement primaire de la section de tension est connecté à deux conducteurs d'alimentation et deux enroulements primaires à gros conducteurs de la section d'intensité sont connectés en série avec. les conducteurs d'alimentation par connexion aux bornes à lame;. Les secondaires des sections de tension et d'intensité produisent des signaux analogiques de tension et d'intensité sensibles à la quantité d'énergie électrique passant dans les conducteurs d'alimentation. Les signaux analogiques de tension et d'intensité sont amenés à un circuit de mesure d'énergie en courant alternatif associé monté sur la carcasse du compteur. La carcasse porte aussi les sections électromagnétiques du comp-
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boîtier de compteur classique comprenant un couvercle
en forme, de coiffe monté sur le socle du compteur.
Dans une autre forme d'exécution du noyau magnétique
du transducteur détecteur d'intensité, le noyau est forma d'un ensemble de couches comprenant des bandes 'de feuillard de matière magnétiquement perméable' qui sont courbées de place
en place en travers de leur axe longitudinal de sorte que leurs extrémités soient espacées pour former un entrefer magnétique prédéterminé. Le noyau est fait d'un acier magnétique orienté présentant des perméabilités initiales assez -.élevées. Deux enroulements primaires du noyau sont munis, en vue d'une connexion en série, de deux conducteurs d'alimentation. Un enroulement secondaire est formé par-dessus pour produire des signaux de sortie de bas niveau réagissant de manière linéaire aux variations du
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Le noyau feuilleté est de préférence formé par des feuillards découpés dans des tôles de l'acier magnétique orienté présentant une perméabilité initiale élevée.
Une autre forme d'exécution comprend un transducteur détecteur d'intensité à inductance mutuelle du type à noyau '
à air comportant un enroulement secondaire supporté par un
noyau non magnétique et deux enroulements primaires disposés en substance symétriquement l'un par rapport à l'autre
et par rapport- à l'enroulement secondaire. Les enroulements primaires peuvent être connectés en série avec les deux conducteurs d'alimentation présentant les larges rapports de variation
de l'intensité d'alimentation. L'enroulement secondaire est couplé par induction, par l'intermédiaire d'un entrefer, aux
flux de l'enroulement primaire pour produire un signal de sor-
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',fi
somme des dérivées des courants d'alimentation par rapport au temps.
Dans encore une autre forme d'exécution, de gros conducteurs du compteur peuvent être connectés chacun en série
avec des conducteurs d'alimentation séparés. Des parties droites des conducteurs forment une partie efficace d'enroulement primaire à une seule spire qui est entouré par un enroulement secondaire torique porté par un noyau non magnétique
monté sur un conducteur de courant associé. Les enroulements. secondaires sont connectés en série pour produire un signal sensible à l'intensité et proportionnel à la somme des dérivées des intensités d'alimentation par rapport au temps.
Cela étant, le transducteur détecteur d'intensité
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de sortie sensible à la dérivée, par rapport au temps, d'une composante d'intensité d'une quantité d'énergie électrique à mesurer, qui est sensible aux variations d'intensité dans de larges gammes, par exemple les fortes variations du cou:rant d'alimentation fourni aux abonnés d'un fournisseur de courant électrique. Ces variations de courant d'alimentation
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ducteur détecteur d'intensité est avantageusement réalisé, dans une forme d'exécution, sous la forme d'une section électromagnétique d'intensité modifiée d'un wattheuremètre à induction, de manière à pouvoir être monté sur une carcasse et sur un boîtier de wattheuremètre. Dans une autre forme d'exécution, le transducteur détecteur d'intensité est aussi avantageusement réalisé avec un enroulement secondaire torique couplé par induction, par l'intermédiaire d'un entrefer, à de gros conducteurs séparés ou combinés qui forment effectivement des enroulements primaires à une seule spire. Les enroulements secondaires toriques sont connectés en série pour produire le signal de tension analogique sensible à l'intensité lorsque les
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teur détecteur de tension est aussi monté sur la carcasse du compteur, de sorte que les deux transducteurs sont connectés à des bornes à lames en vue d'être attachés de manière classique à des -douilles correspondantes de points de mesure existants. Le transducteur détecteur d'intensité produit un signal de sortie convenant comme signal d'entrée sensible à l'intensité pour un circuit électronique de masure de signaux de bas niveau et le transducteur est agencé de manière
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rieurs ou un blindage supplémentaire est prévu, pour isoler le transducteur des flux magnétiques qui peuvent tendre à modi-fier ou affecter défavorablement la précision des signaux sen- sibles à l'intensité appliqués au circuit assooiés pour la mesure de l'énergie électrique en courant alternatif.
Les dessins et en particulier la Fig. 1 représentent
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alternatif 10 comprenant un transducteur détecteur d'intensité
à inductance mutuelle 12 conforme à l'invention. Le compteur 10 est représenté dans une forme d'exécution donnée à titre d'exem-
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que en courant alternatif de 60 hertz et une charge électrique en courant alternatif 16. La mesure de la consommation d'énergie électrique par la charge 16 est assurée par le compteur 10.
On sait que la quantité d'énergie électrique à mesurer en kilowattheures est calculée à partir d'une intégrale dans le temps
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tensité d'alimentation I de l'énergie électrique. Le compteur
10 est destiné à remplacer le wattheuremètre à induction nor-
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tations de leurs clients. Des conducteurs sous tension du côté alimentation 20 et 21 de la ligne à 240/120 volts à trois fils
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par exemple, par un transformateur pour distribution aérienne, aux bornes à douilles 23 et 24 d'une botte de montage de compteur
(non représentée). Des conducteurs sous tension du cota charge
26 et 27 connectent les autres bornes à douille 29 et 30, respectivement, à la charge électrique en courant alternatif 16
qui comprend normalement des appareils consommant de l'énergie électrique sous 120 et 240 volts. Un conducteur neutre mis à
la terre est normalement associé aux conducteurs 20 et 21 et 26 et 27 lorsque les conducteurs 20 et 21 sont des conducteurs de distribution connectés à un transformateur de distribution com- <EMI ID=39.1>
volts. Les quatre bornes à douille sont d'un type classique
à mâchoires normalement prévu dans une boîte de montage de compteur pour recevoir et connecter un wattheuremètre à induction entre la source 14 et la charge 16.
le compteur 10 comprend un boîtier 31, représenté sur les Fig. 2 et 3, utilisé de manière classique pour les wattheure-
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35 sont montées sur le boîtier 31 et sont destinées à s'enfoncer dans les bornes à douille 23, 24, 29 et 30, respectivement. Les gros conducteurs de courant 36 et 37 du compteur 10 fournissent les connexions en série entre les paires de bornes 32, 34 et 33,
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une distribution monophasée classique à trois fils partant d'un réseau de sous-distribution type, mais l'invention n'est pas limitée aux circuits d'alimentation et de charge particuliers décrits et, par exemple, elle est également applicable avec une distribution à deux fils lorsqu'un seul conducteur sous tension
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tection. A titre d'exemple non limitatif, la tension V peut avoir les valeurs classiques de 120 volts pour une mesure sur
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dans un système à trois fils, les conducteurs à 120 volts de la charge 16 sont connectés entre un conducteur sous tension et le
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nectés aux deux conducteurs 20 et 21, le courant sous 120 volts passe par un des deux conducteurs 36 ou 37 du compteur et le
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calcul de l'énergie en wattheures dans le circuit de mesure est toujours proportionnel, car un transducteur de tension, décrit
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tensité 1 passant dans chacun des conducteurs 36, 37 du compteur subit normalement des variations à détecter de manière linéaire entre 0,5 et 200 ampères lorsqu'elle est appliquée à la charge
16 dont la variation d'impédance induit les variations d'intensité. Le compteur 10 permet une mesure d'énergie sans modification des boites de montage de compteur et peut être connecté
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induction monophasé à deux ou trois fils.
Le transducteur détecteur d'intensité 12, décrit plus en détail ci-après, comprend des parties à une seule spire 38 et 39 des conducteurs 36 et 37, respectivement, encerclant partiellement un noyau magnétique perméable 40. Les parties de
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primaires à une seule spire du transducteur 12 couplé par in-
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que les courants passent dans les conducteurs 36 et 37. Le noyau magnétique 40 est ouvert et comporte un espace d'air ou entrefer sensible dans le trajet de flux magnétique passant dans le noyau et entre ses extrémités. Un enroulement secondaire de sortie 41 est formé par un enroulement unique couplé étroitement par induction au noyau 40 en vue de produire le signal analogique e. sensible à l'intensité détectée. La force électromotrice
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nel au taux de variation de l'intensité d'alimentation c'est-àdire dérivée de l'intensité d'alimentation I par rapport au temps ou di/dt passant dans les deux conducteurs 36 et 37. Par conséquent, dans le transducteur 12, le signal <EMI ID=52.1>
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deux courants d'alimentation appliqués aux parties d'enroulement primaires 38 et 39.
Un circuit électronique 43 de mesure de l'énergie
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46 est enroulé sur un noyau magnétique feuilleté 48 et est connecté aux bornes à lames 32 et 33 en vue de réagir à la tension d'alimentation V qui y est appliquée. Le noyau feuilleté
48 porte aussi un enroulement secondaire 49 couplé par induction à l'enroulement primaire 46 pour fournir le signal
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d'alimentation I et une amplitude proportionnelle à celle-ci, mais il en est déphasé de 90[deg.] en raison de la fonction de dérivée mathématique incluse dans les caractéristiques d'inductance mutuelle du transducteur 12 d'inductance mutuelle.
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représentatifs des composantes de tension et d'intensité, res-
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mesurer par le compteur 10.
En fait, le circuit 43 de mesure d'énergie électrique en courant alternatif produit un signal de taux d'impulsions sensible à l'énergie électrique, tel que décrit et revendiqué
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déposé le 11 juillet 1978 et cédé à la Demanderesse. Les <EMI ID=63.1>
représentatifs d'une quantité quantifiée d'énergie électrique en courant alternatif consommée par la charge électrique en courant alternatif 16. Les impulsions sont totalisées ou accumulées pour fournir des lectures cumulatives de la consommation d'énergie électrique en wattheures.
Le signal analogique e. sensible à l'intensité, représentatif de di/dt, constitue un signal qui est particulièrement utile dans le circuit de mesure d'énergie électrique en courant alternatif décrit et revendiqué dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique précitée
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et un signal de modulation pour produire des signaux modulés par des impulsions de largeur variable ayant un cycle de travail proportionnel à l'intensité détectée. Le signal modulé par des impulsions de largeur variable est appliqué à un circuit multiplicateur à division dans le temps, recevant aussi le signal analogique e sensible à la composante de tension, pour produire des impulsions ayant des valeurs quantifiées de l'énergie électrique mesurée en wattheures.
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cuit intégrateur électronique pour former un signal analogique directement proportionnel à l'intensité et en phase avec celle-ci, au lieu d'être utilisé directement sous forme de dérivée par rapport au.temps pour d'autres circuits de mesure de l'énergie électrique connus multiplicateurs à. division dans le temps, élévateurs au carré à quart d'intervalle, calculateurs numériques avec conversion analogiquenumérique ou d'autres types connus. De plus, les signaux
<EMI ID=67.1> à un" circuit de mesure électronique en temps machine programmable 51, comme décrit dans les demandes de brevets anglais n[deg.] 79.08975 et 79.08974 de la Demanderesse. Comme décrit dans ces mémoires, un dispositif d'affichage
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de paramètres rapportés au temps d'une quantité d'énergie électrique à mesurer.
Les Fig. 2 et 3 illustrent un boîtier de
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mètres à induction, comportant un socle 56, représenté sur la Fig. 2, portant les bornes à lames 32, 33, 34 et 35 qui font saillie à l'arrière du socle. 'Un couvercle en forme de coiffe de wattheuremètre 58 est fixé à la périphérie extérieure du socle 56 et forme un espace clos protégé 60 en avant de la partie antérieure du socle 56. Une carcasse de compteur 61 montée sur la partie antérieure du socle 56 est prévue pour supporter les organes de mesure du compteur 10. Le transducteur détecteur d'intensité 12
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la carcasse en substance de la même manière que les sections électromagnétiques de tension et d'intensité d'un
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sur la Fig. 1 et comme représenté aussi sur les Fig. 2 et 3-
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sentées sur la Fig. 2, portent les .composants électroniques des circuits.43 et 51, ainsi que le dispositif d'affichage numérique 53 et le blindage optique 68 faisant partie d'une liaison optique associée au circuit 51 comme décrit dans la
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de sortie de secondaire 70, 71 et 72 provenant de l'enroule- <EMI ID=77.1>
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les exigences du circuit d'entrée. Les conducteurs de sor-
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<EMI ID=82.1>
<EMI ID=83.1>
43.
En. ce qui concerne plus en détail le transducteur détecteur d'intensité à inductance mutuelle 12 conforme à
<EMI ID=84.1>
<EMI ID=85.1>
forme de U et est semblable à celui utilisé dans le dispositif électromagnétique d'intensité d'un wattheuremètre à induction du type D4S fourni par la Société Westinghouse Electric Corporation, Meter and Low Voltage Instrument Transformer Division, Raleigh, N.C. Les gros conducteurs 36 et 37 .et leurs parties d'enroulement primaire. 38 et 39 sont aussi les mêmes que dans la section électromagnétique
de compteur précitée. Les conducteurs de cuivre massif 36
<EMI ID=86.1>
impédances très faibles, à savoir de l'ordre de quelques centaines de microhms ou moins.
Des barres de shunt magnétiques 76 sont montées en travers d'un espace d'air ou entrefer 78 entre les extrémités du
<EMI ID=87.1>
s
Les barres de shunt sont formées par plusieurs bandes ma- , gnétiques séparées par des' bandes d'espacement non magnétiques pour former un système de compensation visant à améliorer la linéarité de réponse du transducteur 12 aux faibles valeurs de l'intensité d'alimentation. Les caractéristiques magnétiques des barres de shunt magnétiques 76 sont telles qu'elles se saturent aux valeurs élevées du flux magnétique dues aux intensités d'alimentation élevées
tout en présentant des trajets à faible réluctance pour le
<EMI ID=88.1> gnétique produites par des valeurs faibles des intensités
<EMI ID=89.1>
qui est plus élevée que celle de l'air aux faibles valeurs de flux, mais qui est encore sensiblement inférieure à celle du noyau 40. La réluctance élevée généralement constante de'. l'entrefer 78 est réduite par le shunt 76 aux faibles densités de flux correspondant aux valeurs peu élevées de l'intensité d'alimentation. En fait, le shunt modifie la réluctance.de l'entrefer d'une manière inversement proportionnelle aux caractéristiques de perméabilité non linéaires
<EMI ID=90.1>
<EMI ID=91.1>
caractéristiques non linéaires de la perméabilité aux. faibles valeurs du flux magnétique dans les courbes de magnétisation ou de saturation de la matière magnétique du noyau 40 justifient en substance la non-linéarité de l'augmentation du flux induit produite par des augmentations de l'inten- sité d'alimentation. Les barres de shunt 76 compensent la non-linéarité en opérant dans leur gamme de . non-saturations aux faibles valeurs de l'intensité et du flux magnétique tout en se saturant aux valeurs plus élevées du flux où les caractéristiques de perméabilité du noyau, sont plus linéaires. Le .shunt 76 est donc efficace, aux faibles valeurs de l'intensité pour augmenter le: couplage magnétique dans l'entrefer entre les extrémités du noyau, en diminuant magnétique- <EMI ID=92.1>
la longueur efficace de l'entrefer.
<EMI ID=93.1>
comprend en substance 300 spires de fil de petit diamètre,
par exemple de fil n[deg.] 36 (0,127 mm) dans une forme d'exécution,
<EMI ID=94.1>
l'entrefer 78 de manière à produire des signaux analogiques sensibles à la tension ev de faible niveau pouvant être fournis à des composants électroniques à semi-conducteurs du cir-
<EMI ID=95.1>
d'intensité à inductance mutuelle conforme à l'invention fournit des intensités très faibles lorsqu'il est connecté à une entrée de circuit à impédance très élevée en série avec l'en-
<EMI ID=96.1>
de mesure d'intensité classiques comprennent des noyaux magnétiques fermés ou continus dont l'entrefer est minime ou négligeable. Des charges secondaires à très basse impédance doivent être connectées aux transformateurs de mesure d'intensité et les signaux de sortie secondaires sont des signaux d'intensité proportionnels à une intensité primaire et en phase avec celle-
<EMI ID=97.1>
une valeur maximum de l'ordre de 5 volts et une valeur minimum de l'ordre de 0,010-volt, correspondant à des variations d'intensité d'alimentation qui se produisent simultanément dans les
<EMI ID=98.1>
<EMI ID=99.1>
roulement secondaire est compatible avec l'impédance relativement élevée présentée par l'entrée d'un. circuit
de mesure, à titre d'exemple non limitatif 50.000 à
100.000 ohms ou plus, car le transducteur d'intensité 12 est du type à inductance mutuelle.
Conformément aux principes de l'invention,.il
<EMI ID=100.1>
constante d'inductance mutuelle M entre le circuit des parties conductrices 38 et 39 de l'enroulement primaire et l'en-
<EMI ID=101.1>
au temps, du courant d'alimentation passant par les enroule-
<EMI ID=102.1>
portionnel à di/dt. -Il va de soi que le terme di/dt utilisé dans le présent mémoire est égal à la somme des dérivées par rapport au temps, des deux composantes d'intensité d'alimentation, c'est-à-dire que di/dt est égal à dil/dt + di2/dt ou
<EMI ID=103.1>
<EMI ID=104.1>
calculer et passant dans les conducteurs 36 et 37 du compteur, respectivement. On sait qu'une force électromotrice
<EMI ID=105.1>
de l'intensité dans l'autre circuit (primaire) lorsque les deux circuits sont proches l'un de l'autre. Le coefficient ou la constante d'inductance mutuelle M entre les circuits dépend du couplage magnétique des circuits des enroulements primaires et secondaires et ces caractéristiques sont décri-
<EMI ID=106.1>
D. Van Nostrand Co., Inc., de New York, N.Y., 2ème édition,
1939, pages 435 à 439. Comme décrit à la page 438, l'inductance mutuelle M de deux enroulements voisins dont les
<EMI ID=107.1>
plage et est égal à un dans le cas d'un couplage de.flux complet sans fuite. L'inductance mutuelle .est fortement accrue lorsque les enroulements sont placés sur un noyau ou barreau commun magnétiquement perméable, par exemple le noyau magnétique 40. Cependant, l'inductance mutuelle n'est; pas toujours constante, pour des raisons décrites plus haut, ce qui provoque de légères variations de la proportionnalité du flux magnétique dans le noyau pour une variation 1.' intensité donnée.
En général, lorsque les enroulements d'un transducteur à inductance mutuelle sont couplés par l'intermédiaire d'un entrefer qui entoure réciproquement les enroulements,
<EMI ID=108.1>
comme décrit plus loin à propos des Fig. 5 à 8, le coefficient d'inductance mutuelle M dépend du nombre de spires dans les enroulements primaires et secondaires, de la section et de la forme des enroulements de la position relative de ces enroulements. Les transducteurs décrits comprennent un ou deux enroulements primaires reliant des en- roulements secondaires identiques ou différents, de sorte que la tension induite dans le secondaire est proportionnelle à
un flux ou à la somme des flux des deux courants primaires, soit dil/dt + di2/dt comme mentionné plus haut. L'enroulement secondaire unique ou les deux enroulements secondaires de
<EMI ID=109.1>
tionnel à une des.intensités d'alimentation ou à la somme des intensités d'alimentation appliquées aux transducteurs. Un noyau magnétique en fer doux, par exemple le noyau
<EMI ID=110.1>
amélioré pour les liaisons de flux qui couplent
les enroulements de sorte que le positionnement relatif des enroulements est moins critique, mais que l'inductance mutuelle dépend des caractéristiques du noyau magnétique.
Un blindage magnétique et électrostatique est souvent souhaitable pour les transducteurs à inductance mutuelle à noyau à air, comme décrit plus en détail ci-après. Un blin-dage magnétique et électrostatique est requis pour éviter les effets des champs magnétiques étrangers et des signatlx de
60 hertz ou de fréquence plus élevée. Ce blindage n'est généralement pas requis pour une transducteur du type à noyau magnétique, comme le transducteur 12, mais un transducteur de ce type dépend de la perméabilité de matières magnétiques habituellement disponibles et des effets de l'ampleur de l'entrefer, en particulier lorsque le flux magnétique induit par le courant d'alimentation varie fortement, par exemple dans un rapport
<EMI ID=111.1>
contribue à compenser les non-linéarités aux basses valeurs de l'intensité, comme mentionné plus haut. Une autre amélioration de la compensation des caractéristiques non linéaires du transducteur à inductance mutuelle à noyau magnétique est décrite
<EMI ID=112.1>
Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 923. 530 précitée décrit un circuit servant à compenser davantage les non-linéarités dans le signal
<EMI ID=113.1>
La Fig. 4 illustre un transducteur détecteur à intensité d'inductance mutuelle 80 modifié destiné à remplacer le transducteur 12 représenté aux Fig. 1, 2 et 3. Le transducteur 80 est formé par un noyau feuilleté 82 comprenant des bandes en matière magnétique perméable, de préférence en acier magnétique orienté ayant une perméabilité initiale
<EMI ID=114.1>
ducteurs détecteurs d'intensité au flux magnétique produit par des intensités faibles. La matière magnétique feuilletée des noyaux d'intensité des wattheuremètres à induction, comme représenté sur les Fig. 2 et 3, est une matière moins onéreuse parce qu'elle n'est pas orientée. Les feuillets du noyau 82 sont pliées transversalement par rapport à leur axe longitudinal suivant la configuration générale en C représentée sur
<EMI ID=115.1>
des conducteurs d'intensité 86 et 87 forment une boucle à une seule spire constituant des enroulements primaires 89 et 90 comme des parties des conducteurs 36 et 37 forment des enroulements primaires à une seule spire dans le transducteur 12 ci-dessus. L'enroulement secondaire 92 correspond à l'enroule-
<EMI ID=116.1>
<EMI ID=117.1>
à l'intensité.
Le transducteur 80 comprend, en outre, un autre système de compensation pouvant aussi être utilisé avec le transducteur 12 pour améliorer sa réponse linéaire aux flux produits pas les faibles intensités. Un enroulement magnétique de captage 97, formé de préférence sur une bobine, est
<EMI ID=118.1>
site associé à l'entrefer. Ce flux magnétique parasite d'entrefer est souvent une fonction non linéaire du flux principal dans
<EMI ID=119.1>
linéairement proportionnel à l'intensité dans l'enroulement primaire. Le flux parasite ou de fuite est plus élevé, proportionnellement au flux principal du noyau, aux faibles intensités qu'aux intensités élevées. On obtient ainsi une force électromotrice induite et une tension de sortie de l'enroulement de captage 97 qui réagissent d'une manière davantage proportionnelle aux faibles flux magnétiques induits qu'aux flux plus élevés. Comme la tension induite dans l'enroulement secondaire 92 est moins sensible aux intensités et flux faibles . et que la tension induite dans l'enroulement 97 est proportion- <EMI ID=120.1>
<EMI ID=121.1>
amenés à un circuit amplificateur sommateur 99, assurent une compensation. La sortie de l'amplificateur 99 produit un. signal analogique ei compensé et plus linéairement proportionnel à la dérivée, par rapport au temps, de la somme des intensités d'alimentation, soit di/dt. Le signal de sortie de l'amplificateur
99 peut être amené à un circuit de mesure de l'énergie électri-
<EMI ID=122.1>
<EMI ID=123.1>
mesurer, comme mentionné plus haut à propos de la réception du
<EMI ID=124.1>
On se référera ci-après à d'autres formes d'exécu-
<EMI ID=125.1>
illustrent des transducteurs détecteurs d'intensité à inductance mutuelle dans lesquels un couplage inductif entre les transducteurs 9st assuré exclusivement par un entrefer ou intervalle ayant une perméabilité équivalente à celle de l'air et dits du typa à noyau à air. La. Fig. 5 illustre un transducteur détecteur d'intensité à inductance mutuelle à noyau à air 1C6 qui n'est pas à l'échelle, mais qui est conforme à l'inven-
<EMI ID=126.1>
détecteur d'intensité 107 à inductance mutuelle à noyau à air, également conforme à l'invention.
<EMI ID=127.1>
ducteurs d'intensité primaires 108 et 110 qui correspondent aux conducteurs d'intensité 36 et 37 du transducteur 12 représenté
<EMI ID=128.1>
<EMI ID=129.1>
le flux sont incluses dans les conducteurs 108 et 110 respectivement. Un enroulement secondaire 116 comporte des conducteurs
<EMI ID=130.1>
<EMI ID=131.1>
<EMI ID=132.1>
<EMI ID=133.1>
des courants d'alimentation par rapport au temps, comme décrit plus haut, est produit au niveau des conducteurs 118 et 119. Il est particulièrement souhaitable que. les spires d'enroulement primaire 112 et 114 présentent une symétrie spéculaire l'une par rapport à l'autre et par rapport à l'enroulement secondaire
116. Les enroulements primaires 112 et 114 s'étendent de préférence jusqu'au centre de l'anneau défini par l'enroulement se-
<EMI ID=134.1>
est disposé symétriquement et uniformément autour du support d'enroulement 120. Ce transducteur est nettement moins sensible aux champs magnétiques extérieurs ou étrangers dont les effets sont annulés par la disposition symétrique des enroulements.
Dans une forme d'exécution préférée du transducteur 106, l'enroulement secondaire 92 comporte 1950 spires'
<EMI ID=135.1>
et une dimension de chaque enroulement extérieur d'environ 0,64 cm x 1,27 cm et produit un signal ei de 403 millivolts pour un courant d'alimentation I de 200 ampères et de
<EMI ID=136.1>
En ce qui concerne le transducteur d'intensité à inductance mutuelle 107 représenté sur la Fig. 6, deux éléments de transducteur en substance identiques 126 et
128 sont montés dans un compteur 10a en substance identique au compteur 10, sauf que le transducteur 107 remplace le transducteur 12. Les transducteurs 126 et 128 sont représentés sur la Fig. 7 sans les systèmes de blindage qui peuvent être prévus comme indiqué aux Fig. 7 et 8 et comme décrit ci-après. Deux gros conducteurs droits 130 et 132 remplacent respectivement les conducteurs 36 et 37 et sont connectés de manière analogue en série entre les bornes à
<EMI ID=137.1>
132 sont faits de la même matière conductrice épaisse d'en-
<EMI ID=138.1>
que les conducteurs 36 et 37. Chaque élément de transducteur
126 et 128 comprend un enroulement secondaire torique cylindri-
<EMI ID=139.1>
des éléments de transducteur indépendants détectant sépa- rément les intensités des conducteurs 130 et' 132. Une vue
-en perspective de l'ensemble de l'élément de transducteur
126 avec l'enroulement torique 134 est représentée, en par-.- <EMI ID=140.1>
magnétique en matière plastique, représenté partielle-
<EMI ID=141.1>
perméabilité que l'air. Les enroulements 134 et 136 comprennent chacun approximativement 1500 spires de fil d'un diamètre de l'ordre de 0,01 cm. La dimension moyenne de chaque spire enroulée parallèlement aux conducteurs 130 et
<EMI ID=142.1>
<EMI ID=143.1>
lement 136 sont connectés en série, comme le montre la Fig. 6, d'une manière assurant une sommation des tensions. Les conducteurs 142 et 144 produisent le signal analogique sen-
<EMI ID=144.1>
<EMI ID=145.1>
<EMI ID=146.1>
driques en matière plastique 148 et 150 montés sur les conducteurs 130 et 132, respectivement. Les enroulements 134
et 136 encerclent ou entourent donc les conducteurs 130
et 132, au niveau de parties de ces conducteurs qui forment effectivement des enroulements primaires monospires. Les flux magnétiques produits par les intensités dans les conducteurs 130 et 132 traversent les noyaux à air effectifs comprenant le conducteur 130 et l'enroulement 134, d'une part, e-t le conducteur 132 et l'enroulement 136, d'autre part, et induisent des tensions proportionnelles au taux de variation des intensités dans les conducteurs 130 et 132.
Un blindage électrostatique et magnétique est de préférence prévu pour chaque section de transducteur 126 et
128, comme indiqué pour l'enroulement 134 sur la Fig. 7 et dans le circuit schématique de la Fig. 8. Des dispositifs de
<EMI ID=147.1>
couche de matièr3 conductrice sur l'intérieur de l'enroulement 132 pour forme? un trajet mis à la masse pour les signaux étrangers de haute fréquence et autres signaux, de manière à éviter leur couplage aux enroulements secondaires 132 et 134 sans effet sur le couplage du flux magnétique entre le conducteur associé et l'enroulement secondaire. Le dispositif de blindage magnétique et électrostatique combiné 151 est représenté sur la Fig. 7 comme étant formé par deux coiffes stratifiées 158 et 160 présentant des trous centraux qui sont glissés sur le conducteur associé
<EMI ID=148.1>
mités ouvertes adaptées l'une à l'autre qui se touchent et sont en contact magnétique et conducteur l'une avec l'autre, de sorte que les coiffes 158 et 160 enferment en substance complètement l'enroulement 134. La partie extérieure telle que la-partie 160-1 de chaque coiffe 158 et 160 est faite d'une matière magnétique douce. Une partie intérieure, telle que la partie 160-2, est faite d'une matière conductrice semblable à la matière 153 pour former le reste du blindage électrostatique complet. Les parties 158 et 160 et la couche
153 forment le système de blindage complet pour l'enroulement 134. Les signaux extérieurs ou champs de flux magnétiques étrangers, provenant, par exemple, du transducteur de
<EMI ID=149.1>
<EMI ID=150.1>
logique erroné, sensible à une intensité. Lorsque les parties 158 et 160 sont prévues pour le dispositif 152 et que
<EMI ID=151.1>
136 est protégé d'une manière=analogue.
Le schéma électrique de la Fig. 8 illustre les connexions électriques du transducteur détecteur de ten-
<EMI ID=152.1>
<EMI ID=153.1> <EMI ID=154.1>
<EMI ID=155.1>
deux sections de transducteur 126 et 128 sont appliqués au circuit de mesure électronique de l'énergie électrique en courant alternatif 43, comme décrit pour le compteur 10 représenté sur la Fig. 1.
Electricity meter with a transducer
intensity with mutual inductance.
The present invention relates to alternating current electrical energy meters comprising voltage and intensity sensor transducers for applying signals representative of the intensity and voltage components of an amount of electrical energy to be measured by circuits. electronic measurement devices, and in particular such meters comprising a mutual inductance intensity transducer capable of detecting values varying widely from
the intensity component, the two transducers producing low level output signals which can be used by electronic measuring circuits.
Devices for measuring electrical energy in alternating current are widely used by electrical energy producers to measure the consumption of separate users. Normally, watt-hour meters are used to indicate consumption. kilowatt hours.
<EMI ID = 1.1>
carrying a rotating disc, and are recognized as high reliability and precision devices which are available at reasonable cost prices and are at
<EMI ID = 2.1>
temperature extremes and other widely varying ambient conditions.
It is also known to measure amounts of energy
:,
electric alternating current, like kilowatt hours,
<EMI ID = 3.1>
electronic measurement circuits. Normally voltage and current transformers produce signals proportional to the voltage and current components
<EMI ID = 4.1>
stages of analog multiplier circuits are known in one type of measurement circuit and are arranged so as to produce a signal proportional to the integral over time of the product of the voltage and current components. An electronic measurement circuit is known having a logarithmic calculation characteristic, in which the voltage and intensity signals are applied to a semiconductor device. This circuit produces an output signal which is proportional to the product of the voltage and current signals and a measured value of the amount of electrical energy.
Another known alternating current electrical energy measurement circuit of the analog multiplier type is described as a multiplication type measurement circuit
and division over time. A voltage component signal is sampled to derive a signal modulated by pulses of variable width corresponding to variations in the voltage component. An intensity component signal is sampled at a rate which is a function of the pulse signals of variable width. The resulting output signal is formed by a series of pulses whose amplifiers
<EMI ID = 5.1>
density and whose widths are proportional
to instantaneous voltage values. The resulting pulse signals are filtered to give an average value or a DC level proportional to the measured alternating electric current. The mean value signal controls a voltage-frequency converter circuit which uses integrating capacitors. The variable frequency pulses from the converter circuit. are summed, so that a total count of these pulses is a measure of electrical energy consumption.
In another known measurement circuit, the voltage and current components of an amount of electrical energy to be measured are applied to a Hall generator. The Hall generator output signal is a signal proportional to the product of the input voltage and current signals. The Hall generator output signal is applied to a saturable core transformer integrator to produce pulses that are proportional to the time integral of the Hall generator output signal or the electrical energy to be measured. The voltage and current input signals supplied to the Hall generator come from
<EMI ID = 6.1>
In yet another known circuit for measuring electrical energy in alternating current and in the method applied, the voltage component of an amount of electrical energy to be measured is converted, by techniques involving electrical circuits, into a signal proportional
to the time component of the voltage component. The time integrated voltage signal is compared to successively increasing reference levels. Whenever one. reference level is reached, the instantaneous value of the intensity component is sampled and is converted into digital signals. 'These digital signals are summed to produce an output signal corresponding to a measurement of electrical energy in alternating current in watt hours. Some drawbacks of drifting of the components of known analog multiplier circuits are avoided by the aforementioned circuit.
Another example of an electrical energy measurement circuit involves analog to digital sampling of the voltage and current components, with a view to
digital processing and subsequent calculation. Several different parameters of electrical energy are calculated
by techniques involving digital computing circuits.
In each of the aforementioned techniques using circuits for measuring electrical energy, the voltage and intensity input signals reaching the electrical energy measurement circuit. in alternating current are supplied directly by the supply voltage and current or
by measurement transformers which produce signals proportional to the current and supply voltage components of the quantity of electrical energy being measured. Electronic circuits can operate in weak signal ranges, but the voltages and intensities of the electric current are several orders of magnitude higher. Thus, the detector transducers which supply the input signals representative of the voltage and the current to the measurement circuits must have high transformation ratios. In addition, the reaction of the sensor transducers must
<EMI ID = 7.1>
output must be constant. In the case of the intensity transducer, the linear response must extend over a wide range of intensities to be detected.
<EMI ID = 8.1>
an electronic circuit wattmeter comprising a single air core intensity transformer comprising a primary formed by several turns to produce an output signal proportional to the load current. The output signal is applied to
an integrator circuit comprising an operational amplifier, so that the mounting of the current transformer produces a voltage signal proportional to the detected load current and in phase with it, which is applied to an electronic multiplier circuit squared to quarter d 'interval.
In typical subscriber electrical energy measurements, 60 Hz alternating current is supplied at substantially constant supply voltages of
<EMI ID = 9.1>
amount of electrical energy to be measured. On the other hand, the currents which define the intensity component of the quantity of electrical energy to be measured vary considerably in response to variations in charge. For measurements intended for billing, a response in linear substance is desirable in a general range of 0.5 to 200 amperes, that is to say in an intensity ratio of approximately 400 to 1. At the intensities d 'ali-
<EMI ID = 10.1>
amp, the linear response begins to degrade in many systems. From then on, transformer assemblies
standard voltage transducers can provide useful voltage sensing transducers. However, the current transformers which receive the aforementioned input currents varying in a ratio of the order of 400 to 1 and which produce low level output signals require systems which are often relatively bulky and expensive. When it is desired to manufacture electronic devices and circuits for measuring energy in alternating current which are relatively compact and of a cost comparable to that of the conventional induction vattheuremeters mentioned above, the voltage and current sensor transducers contribute significantly the dimensions and cost of these devices as a whole. We know that in transducers with a precise intensity transformer, the amperetours of primary and secondary must
<EMI ID = 11.1>
towers in the primary, the dimensions of the secondary must be large to produce low-level linear output signals, so that the current transformers become large and relatively expensive.
The main object of the invention is to provide electronic circuits for measuring electrical energy in alternating current which are very reliable and precise and which can be connected in a standardized manner to the conductors supplying the electrical energy to be measured, for example the conductors. of entry to the subscriber and the invention also aims to make the transducer intensity detector of these devices compact, capable of being mass produced by <EMI ID = 12.1>
precise low level output signals in response to varia-
important currents to detect.
To this end, the subject of the invention is an alternating current electrical energy meter comprising an electronic measurement circuit processing analog signals represented! tifs of the current and supply voltage components of a quantity of electrical energy in alternating current at
measure to produce electronic signals representative of quantified amounts of electrical energy, the meter comprising: a voltage detector transducer for
be connected in parallel with the supply voltage component to produce a sensitive analog voltage signal
voltage, proportional to the supply voltage component; an intensity detector transducer which comprises a first large conductor and a second intended to be connected
in series with the supply current component, the first conductor and the second each comprising a primary winding part for producing variations in magnetic flux in response to the magnitude and the shape of the variations
of the intensity passing there, the detector transducer
of intensity including, in addition, a secondary winding
magnetically coupled to variations in magnetic flux produced by the parts of the primary winding so as to pass through an air space, the secondary winding producing
an electromotive force sensitive to variations in the magnetic flux, so that this secondary winding produces a
analog voltage signal sensitive to the intensity which is proportional to the sums of the derivatives, with respect to time, of the current passing in the first large conductor and the second with
an intensity variation ratio of up to about
<EMI ID = 13.1> the voltage and current that can be applied to the high impedance inputs for low level signals of the electronic measurement circuit.
The invention will emerge more clearly from the detailed description given below, by way of example, with reference to the appended drawings, in which:
Fig. 1 is a schematic view comprising an electrical diagram of an alternating current electrical energy meter which comprises a mutual inductance intensity detector transducer according to the invention;
Fig. 2 is a side elevation view, partially broken away, of the alternating current electric energy meter shown in FIG. 1;
Fig. 3 is a front cross-sectional view of the counter of FIG. 2, along line III-III and in the direction of the arrows;
Fig. 4 is a front elevation view of a variant of the intensity detector transducer shown in FIGS. 1, 2 and 3, comprising an electrical circuit to be connected to an incorporated compensation system;
<EMI ID = 14.1>
mutual inductance intensity transducer of the clean air core type to replace the transducer shown in Figs. 1, 2 and 3;
Fig. 6 is a front view, partly broken away, of another form of alternating current electrical energy meter according to the invention comprising yet another variant of the mutual inductance intensity transducer shown in FIG. 1;
Fig. 7 is a perspective view, partially broken away, of one of the two separate devices of the detected transducer
<EMI ID = 15.1> and further comprising shielding, and
Fig. 8 is an electrical diagram of the counter shown in FIG. 6.
According to the invention, an electronic circuit for
<EMI ID = 16.1>
mutual inductance unit comprising a secondary winding which is induction coupled to a primary winding carrying an intensity component of the electrical energy to be measured. The transducer is sensitive to intensities varying in a <EMI ID = 17.1>
logic for the measurement of electrical energy in alternating current which are proportional to the derivative of the intensity with respect to time. A preferred embodiment of the transducer consists of a magnetically permeable laminated core comprising an air gap in the path of the magnetic flux connecting the primary and secondary windings. Large current carrying conductors each form a primary winding with a single coil placed so as to be tightly coupled by induction with, the core. A magnetic flux is induced in the core and in the air gap by the passage of the current to be detected in the large conductors. A secondary winding is placed so as to be tightly coupled by induction
with the core to produce an induced voltage ei = M di / dt, where M is the mutual inductance between the primary circuits
and secondary and di / dt is the derivative of the intensity in the primary with respect to time. According to the above equation, the
<EMI ID = 18.1>
primary with respect to time when the primary and secondary windings are mutually coupled, with or without a magnetic core. An important characteristic of the invention is that the intensity is very low in the secondary winding when it is connected to high electronic circuits <EMI ID = 19.1>
derivative, with respect to time, of the supply intensity component of the quantity of electrical energy to be measured and is suitable as the intensity-sensitive analog input signal for an electronic energy measurement circuit
in alternating current which also receives an analog input signal ev sensitive to the tension. The signal ei is processed in the AC energy measurement circuit in
<EMI ID = 20.1>
supply of the energy to be measured, to produce a
<EMI ID = 21.1>
alternative. The circuit derives the time integral of the product of the voltage and current components of an amount of electrical energy over a predetermined time interval to provide a measure of energy in watt hours.
In one embodiment of the invention, a magnetic core increases the inductive coupling between the primary winding and the secondary winding, but in the event of insufficient linearity of the magnetic characteristics of the core,
a given variation in intensity does not produce
a precisely proportional variation of the flux present in the magnetic medium of the winding. In one embodiment, a compensation system includes
laminated shunt bars which bridge the air gap of the core. Compensator shunt bars saturate at densities
high fluxes to compensate for linearity defects at low flux densities in the nucleus, which are at least partially due. to the nonlinear variation in permeability
with magnetic induction in the magnetic material forming
<EMI ID = 22.1>
low intensities that are detected. The effects of the nonlinear response of the magnetic material of the nucleus are further mitigated by large air gaps and by the use of a ma-
<EMI ID = 23.1>
Another compensating system comprises a compensating coil for collecting the flow placed near the air gap. The den-
<EMI ID = 24.1>
flux densities proportionally higher at low values of flux than at higher values of flux. The output signals from the compensating coil and the secondary winding are both fed to a summing amplifier. The output of the summing amplifier provides an induced voltage ei proportional to the derivative of the primary current with respect to time (di / dt) which reacts more linearly to low flux densities in the nucleus.
Compensator systems may not fully achieve a constant linear magnetic response; however, additional compensation in electrical energy measurement circuits is possible by modifying these circuits opposing the response characteristics of the measurement circuits to the non-linear output characteristics of the transducers to produce a signal. output in the linear assembly as a function of the transducer input current.
An embodiment of the system according to the invention comprises elements of an induction watt-hour meter comprising modified forms of the electromagnetic voltage section and of the electromagnetic intensity section using the same voltage and intensity windings and associated magnetic cores as those intended to magnetically rotate a disc for an electrical operation.
<EMI ID = 25.1>
tion of voltage to provide an analog signal ev sensitive to the supply voltage and proportional to the voltage component of an amount of electrical energy. A secondary winding is carried by the intensity core of the
<EMI ID = 26.1>
at the supply intensity. The electromagnetic sections of the induction meter are mounted in a conventional manner on a base of a watt-hour meter carrying terminals to
blades to be inserted into cooperating socket terminals of a meter mounting box. A primary winding of the voltage section is connected to two supply conductors and two primary windings of large conductors of the current section are connected in series with. the supply conductors by connection to the blade terminals ;. The secondaries of the voltage and current sections produce analog signals of voltage and current sensitive to the amount of electrical energy passing through the supply conductors. The analog voltage and current signals are supplied to an associated alternating current energy measurement circuit mounted on the carcass of the meter. The carcass also carries the electromagnetic sections of the comp-
<EMI ID = 27.1>
conventional meter housing with cover
shaped, cap mounted on the meter base.
In another embodiment of the magnetic core
of the intensity detector transducer, the core is formed by a set of layers comprising strips of 'strip of magnetically permeable material' which are curved in place
in place across their longitudinal axis so that their ends are spaced to form a predetermined magnetic gap. The core is made of oriented magnetic steel with fairly high initial permeabilities. Two primary windings of the core are provided, for a series connection, with two supply conductors. A secondary winding is formed over it to produce low level output signals which react linearly to changes in the
<EMI ID = 28.1>
The laminated core is preferably formed by strips cut from sheets of oriented magnetic steel having a high initial permeability.
Another embodiment includes a core type mutual inductance intensity transducer.
with a secondary winding supported by a
non-magnetic core and two primary windings arranged substantially symmetrically with respect to each other
and with respect to the secondary winding. The primary windings can be connected in series with the two supply conductors with the wide variation ratios
power intensity. The secondary winding is coupled by induction, via an air gap, to the
flow of the primary winding to produce a signal of exit
<EMI ID = 29.1>
', fi
sum of the derivatives of the supply currents with respect to time.
In yet another embodiment, large meter conductors can each be connected in series
with separate supply conductors. Straight parts of the conductors form an effective primary winding part with a single turn which is surrounded by a secondary toric winding carried by a non-magnetic core
mounted on an associated current conductor. The windings. secondary are connected in series to produce a signal sensitive to the intensity and proportional to the sum of the derivatives of the supply intensities compared to time.
However, the intensity detector transducer
<EMI ID = 30.1>
of output sensitive to the derivative, with respect to time, of an intensity component of an amount of electrical energy to be measured, which is sensitive to variations in intensity in wide ranges, for example large variations in the neck : power supply supplied to subscribers of an electric power supplier. These variations in supply current
<EMI ID = 31.1>
The intensity detector conductor is advantageously made, in one embodiment, in the form of an electromagnetic section of modified intensity of an induction watt-hour meter, so that it can be mounted on a carcass and on a watt-hour meter housing. . In another embodiment, the intensity detector transducer is also advantageously produced with a toroidal secondary winding coupled by induction, via an air gap, to large separate or combined conductors which effectively form primary windings to a single turn. The secondary toric windings are connected in series to produce the analog voltage signal sensitive to the intensity when the
<EMI ID = 32.1>
The voltage detector is also mounted on the carcass of the meter, so that the two transducers are connected to leaf terminals in order to be conventionally attached to corresponding sockets of existing measurement points. The intensity sensing transducer produces an output signal suitable as an intensity sensitive input signal for a low level signal masking electronic circuit and the transducer is arranged so
<EMI ID = 33.1>
additional shielding is provided to isolate the transducer from magnetic fluxes which may tend to modify or adversely affect the accuracy of the intensity sensitive signals applied to the circuit for the measurement of electrical energy in current alternative.
The drawings and in particular FIG. 1 represent
<EMI ID = 34.1>
alternative 10 comprising an intensity detector transducer
with mutual inductance 12 according to the invention. The counter 10 is shown in an embodiment given by way of example.
<EMI ID = 35.1>
that in alternating current of 60 hertz and an electrical load in alternating current 16. The measurement of the consumption of electrical energy by the load 16 is ensured by the meter 10.
We know that the quantity of electrical energy to be measured in kilowatt hours is calculated from a time integral
<EMI ID = 36.1>
supply voltage I of electrical energy. The counter
10 is intended to replace the standard induction watt-hour meter
<EMI ID = 37.1>
their customers. Live conductors on the supply side 20 and 21 of the 240/120 volt three-wire line
<EMI ID = 38.1>
for example, by a transformer for aerial distribution, at the socket terminals 23 and 24 of a meter mounting boot
(not shown). Live conductors on the load side
26 and 27 connect the other socket terminals 29 and 30, respectively, to the AC electrical load 16
which normally includes devices consuming electrical energy at 120 and 240 volts. A neutral conductor
earth is normally associated with conductors 20 and 21 and 26 and 27 when conductors 20 and 21 are distribution conductors connected to a distribution transformer <EMI ID = 39.1>
volts. The four socket terminals are of a conventional type
with jaws normally provided in a meter mounting box to receive and connect an induction watt hour meter between the source 14 and the load 16.
the counter 10 comprises a housing 31, shown in FIGS. 2 and 3, conventionally used for watt hours-
<EMI ID = 40.1>
35 are mounted on the housing 31 and are intended to be inserted into the socket terminals 23, 24, 29 and 30, respectively. The large current conductors 36 and 37 of the counter 10 provide the series connections between the pairs of terminals 32, 34 and 33,
<EMI ID = 41.1>
<EMI ID = 42.1>
a conventional three-phase three-wire distribution starting from a typical sub-distribution network, but the invention is not limited to the particular supply and load circuits described and, for example, it is also applicable with a distribution to two wires when only one conductor energized
<EMI ID = 43.1>
tection. By way of nonlimiting example, the voltage V can have the conventional values of 120 volts for a measurement on
<EMI ID = 44.1>
in a three-wire system, the 120 volt conductors of the load 16 are connected between a live conductor and the
<EMI ID = 45.1>
connected to the two conductors 20 and 21, the current at 120 volts passes through one of the two conductors 36 or 37 of the meter and the
<EMI ID = 46.1>
calculation of the energy in watt hours in the measurement circuit is always proportional, because a voltage transducer, described
<EMI ID = 47.1>
voltage 1 passing through each of the conductors 36, 37 of the meter normally undergoes variations to be detected linearly between 0.5 and 200 amperes when applied to the load
16 whose variation in impedance induces variations in intensity. The meter 10 allows an energy measurement without modification of the meter mounting boxes and can be connected
<EMI ID = 48.1>
two or three wire single phase induction.
The intensity detector transducer 12, described in more detail below, comprises parts with a single turn 38 and 39 of the conductors 36 and 37, respectively, partially encircling a permeable magnetic core 40. The parts of
<EMI ID = 49.1>
primary to a single turn of transducer 12 coupled by in-
<EMI ID = 50.1>
that the currents pass through the conductors 36 and 37. The magnetic core 40 is open and has a significant air space or air gap in the magnetic flux path passing through the core and between its ends. A secondary output winding 41 is formed by a single winding closely coupled by induction to the core 40 to produce the analog signal e. sensitive to the intensity detected. The electromotive force
<EMI ID = 51.1>
nel at the rate of change of the supply intensity, that is to say derived from the supply intensity I with respect to time or di / dt passing through the two conductors 36 and 37. Consequently, in the transducer 12 , the signal <EMI ID = 52.1>
<EMI ID = 53.1>
two supply streams applied to the primary winding parts 38 and 39.
An electronic circuit 43 for measuring energy
<EMI ID = 54.1>
<EMI ID = 55.1>
<EMI ID = 56.1>
<EMI ID = 57.1>
46 is wound on a laminated magnetic core 48 and is connected to the blade terminals 32 and 33 in order to react to the supply voltage V which is applied there. The laminated core
48 also carries a secondary winding 49 coupled by induction to the primary winding 46 to provide the signal
<EMI ID = 58.1>
<EMI ID = 59.1>
power supply I and an amplitude proportional to it, but it is phase shifted by 90 [deg.] due to the mathematical derivative function included in the mutual inductance characteristics of the mutual inductance transducer 12.
<EMI ID = 60.1>
representative of the voltage and current components, res-
<EMI ID = 61.1>
measure by counter 10.
In fact, the circuit 43 for measuring electrical energy in alternating current produces a pulse rate signal sensitive to electrical energy, as described and claimed.
<EMI ID = 62.1>
filed on July 11, 1978 and assigned to the Claimant. The <EMI ID = 63.1>
representative of a quantified amount of alternating current electrical energy consumed by the alternating current electrical charge 16. The pulses are summed or accumulated to provide cumulative readings of electrical energy consumption in watt hours.
The analog signal e. sensitive to the intensity, representative of di / dt, constitutes a signal which is particularly useful in the circuit for measuring electrical energy in alternating current described and claimed in the aforementioned patent application of the United States of America
<EMI ID = 64.1>
<EMI ID = 65.1>
and a modulation signal for producing signals modulated by pulses of variable width having a duty cycle proportional to the detected intensity. The pulse width modulated signal is applied to a time division multiplier circuit, also receiving the analog signal e sensitive to the voltage component, to produce pulses having quantized values of electrical energy measured in watt hours .
<EMI ID = 66.1>
cooked electronic integrator to form an analog signal directly proportional to the phase and in phase with it, instead of being used directly as a derivative with respect to time for other circuits for measuring electrical energy known multipliers to. time division, square elevators at quarter intervals, digital computers with analog to digital conversion or other known types. In addition, the signals
<EMI ID = 67.1> to an "electronic measuring circuit in programmable machine time 51, as described in the English patent applications Nos. [Deg.] 79.08975 and 79.08974 of the Applicant. As described in these memories, a display device
<EMI ID = 68.1>
of parameters related to the time of an amount of electrical energy to be measured.
Figs. 2 and 3 illustrate a housing
<EMI ID = 69.1>
induction meters, comprising a base 56, shown in FIG. 2, carrying the leaf terminals 32, 33, 34 and 35 which project at the rear of the base. 'A cover in the form of a watt-hour meter cap 58 is fixed to the outer periphery of the base 56 and forms a protected closed space 60 in front of the front part of the base 56. A meter casing 61 mounted on the front part of the base 56 is designed to support the measuring elements of the counter 10. The intensity detector transducer 12
<EMI ID = 70.1>
<EMI ID = 71.1>
the carcass in much the same way as the electromagnetic sections of voltage and intensity of a
<EMI ID = 72.1>
<EMI ID = 73.1>
<EMI ID = 74.1>
in Fig. 1 and as also shown in FIGS. 2 and 3-
<EMI ID = 75.1>
felt in FIG. 2, carry the electronic components of circuits 43 and 51, as well as the digital display device 53 and the optical shielding 68 forming part of an optical link associated with circuit 51 as described in
<EMI ID = 76.1>
secondary output 70, 71 and 72 from the winding- <EMI ID = 77.1>
<EMI ID = 78.1>
<EMI ID = 79.1>
<EMI ID = 80.1>
input circuit requirements. The exit conductors
<EMI ID = 81.1>
<EMI ID = 82.1>
<EMI ID = 83.1>
43.
In. which relates in more detail to the mutual inductance intensity transducer detector 12 in accordance with
<EMI ID = 84.1>
<EMI ID = 85.1>
U shape and is similar to that used in the electromagnetic intensity device of an induction watt-hour meter type D4S supplied by the Westinghouse Electric Corporation, Meter and Low Voltage Instrument Transformer Division, Raleigh, NC Large conductors 36 and 37 .and their primary winding parts. 38 and 39 are also the same as in the electromagnetic section
of the aforementioned counter. Solid copper conductors 36
<EMI ID = 86.1>
very low impedances, i.e. on the order of a few hundred microhms or less.
Magnetic shunt bars 76 are mounted across an air space or air gap 78 between the ends of the
<EMI ID = 87.1>
s
The shunt bars are formed by several magnetic strips separated by non-magnetic spacing strips to form a compensation system aimed at improving the linearity of response of the transducer 12 to low values of the supply intensity. The magnetic characteristics of the magnetic shunt bars 76 are such that they are saturated with the high values of the magnetic flux due to the high supply intensities.
while presenting low reluctance paths for the
<EMI ID = 88.1> genetics produced by low values of intensities
<EMI ID = 89.1>
which is higher than that of air at low flux values, but which is still appreciably lower than that of core 40. The generally constant high reluctance of '. the air gap 78 is reduced by the shunt 76 to low flux densities corresponding to the low values of the supply intensity. In fact, the shunt modifies the reluctance. Of the air gap in a manner inversely proportional to the nonlinear permeability characteristics.
<EMI ID = 90.1>
<EMI ID = 91.1>
nonlinear characteristics of permeability to. low values of the magnetic flux in the magnetization or saturation curves of the magnetic material of the core 40 essentially justify the non-linearity of the increase in the induced flux produced by increases in the supply intensity. Shunt bars 76 compensate for non-linearity by operating in their range of. non-saturations at low values of intensity and magnetic flux while saturating at higher values of flux where the core permeability characteristics are more linear. The .shunt 76 is therefore effective, at low intensity values to increase the: magnetic coupling in the air gap between the ends of the core, by decreasing magnetic- <EMI ID = 92.1>
the effective length of the air gap.
<EMI ID = 93.1>
essentially comprises 300 turns of small diameter wire,
for example wire n [deg.] 36 (0.127 mm) in one embodiment,
<EMI ID = 94.1>
the air gap 78 so as to produce low level voltage sensitive analog signals ev which can be supplied to semiconductor electronic components of the circuit
<EMI ID = 95.1>
mutual inductance current according to the invention provides very low currents when connected to a very high impedance circuit input in series with the
<EMI ID = 96.1>
conventional intensity measurement devices include closed or continuous magnetic cores with a small or negligible air gap. Secondary loads with very low impedance must be connected to the current transformers and the secondary output signals are intensity signals proportional to a primary current and in phase with it.
<EMI ID = 97.1>
a maximum value of the order of 5 volts and a minimum value of the order of 0.010-volts, corresponding to variations in power intensity which occur simultaneously in the
<EMI ID = 98.1>
<EMI ID = 99.1>
secondary bearing is compatible with the relatively high impedance presented by the input of a. circuit
of measurement, by way of nonlimiting example 50,000 to
100,000 ohms or more, because the intensity transducer 12 is of the mutual inductance type.
In accordance with the principles of the invention, .il
<EMI ID = 100.1>
mutual inductance constant M between the circuit of the conductive parts 38 and 39 of the primary winding and the
<EMI ID = 101.1>
at the time, the supply current passing through the windings-
<EMI ID = 102.1>
portable to di / dt. -It goes without saying that the term di / dt used in this memo is equal to the sum of the derivatives with respect to time, of the two components of supply intensity, that is to say that di / dt is equal to dil / dt + di2 / dt or
<EMI ID = 103.1>
<EMI ID = 104.1>
calculating and passing through the conductors 36 and 37 of the counter, respectively. We know that an electromotive force
<EMI ID = 105.1>
of the intensity in the other (primary) circuit when the two circuits are close to each other. The mutual inductance coefficient or constant M between the circuits depends on the magnetic coupling of the primary and secondary winding circuits and these characteristics are described
<EMI ID = 106.1>
D. Van Nostrand Co., Inc., of New York, N.Y., 2nd edition,
1939, pages 435 to 439. As described on page 438, the mutual inductance M of two neighboring windings whose
<EMI ID = 107.1>
range and is equal to one in the case of a full flow coupling without leakage. The mutual inductance is greatly increased when the windings are placed on a magnetically permeable core or common bar, for example the magnetic core 40. However, the mutual inductance is not; not always constant, for reasons described above, which causes slight variations in the proportionality of the magnetic flux in the nucleus for a variation 1. ' given intensity.
In general, when the windings of a mutual inductance transducer are coupled via an air gap which reciprocally surrounds the windings,
<EMI ID = 108.1>
as described later in connection with Figs. 5 to 8, the mutual inductance coefficient M depends on the number of turns in the primary and secondary windings, the section and the shape of the windings of the relative position of these windings. The transducers described comprise one or two primary windings connecting identical or different secondary windings, so that the voltage induced in the secondary is proportional to
a flux or the sum of the fluxes of the two primary currents, ie dil / dt + di2 / dt as mentioned above. The single secondary winding or both secondary windings of
<EMI ID = 109.1>
tional to one of the supply intensities or to the sum of the supply intensities applied to the transducers. A soft iron magnetic core, for example the core
<EMI ID = 110.1>
improved for flow links that couple
the windings so that the relative positioning of the windings is less critical, but that the mutual inductance depends on the characteristics of the magnetic core.
Magnetic and electrostatic shielding is often desirable for air core mutual inductance transducers, as described in more detail below. Magnetic and electrostatic shielding is required to avoid the effects of foreign magnetic fields and signal signals.
60 hertz or higher frequency. This shielding is generally not required for a transducer of the magnetic core type, such as transducer 12, but a transducer of this type depends on the permeability of magnetic materials usually available and on the effects of the size of the air gap, in particular particularly when the magnetic flux induced by the supply current varies greatly, for example in a ratio
<EMI ID = 111.1>
helps to compensate for non-linearities at low intensity values, as mentioned above. Another improvement of the compensation of the nonlinear characteristics of the mutual inductance magnetic core transducer is described.
<EMI ID = 112.1>
United States of America No. [deg.] 923. 530 supra describes a circuit for further compensating for non-linearities in the signal
<EMI ID = 113.1>
Fig. 4 illustrates a modified mutual inductance intensity transducer detector 80 intended to replace the transducer 12 shown in FIGS. 1, 2 and 3. The transducer 80 is formed by a laminated core 82 comprising strips of permeable magnetic material, preferably of oriented magnetic steel having an initial permeability
<EMI ID = 114.1>
intensity detector conductors to the magnetic flux produced by low intensities. The laminated magnetic material of the intensity cores of induction watt-hour meters, as shown in Figs. 2 and 3, is a less expensive material because it is not oriented. The sheets of the core 82 are folded transversely with respect to their longitudinal axis according to the general configuration in C shown on
<EMI ID = 115.1>
intensity conductors 86 and 87 form a single-turn loop constituting primary windings 89 and 90 as parts of conductors 36 and 37 form primary windings as a single turn in the transducer 12 above. The secondary winding 92 corresponds to the winding-
<EMI ID = 116.1>
<EMI ID = 117.1>
to the intensity.
The transducer 80 further comprises another compensation system which can also be used with the transducer 12 to improve its linear response to the fluxes produced by the low intensities. A magnetic capture winding 97, preferably formed on a coil, is
<EMI ID = 118.1>
site associated with the air gap. This parasitic magnetic gap flux is often a non-linear function of the main flux in
<EMI ID = 119.1>
linearly proportional to the intensity in the primary winding. The parasitic or leakage flux is higher, proportional to the main flux of the nucleus, at low intensities than at high intensities. One thus obtains an induced electromotive force and an output voltage of the capture winding 97 which react in a more proportional manner to the weak induced magnetic fluxes than to the higher fluxes. As the voltage induced in the secondary winding 92 is less sensitive to low currents and fluxes. and that the voltage induced in the winding 97 is proportion- <EMI ID = 120.1>
<EMI ID = 121.1>
supplied to a summing amplifier circuit 99, provide compensation. The output of amplifier 99 produces a. analog signal ei compensated and more linearly proportional to the derivative, with respect to time, of the sum of the supply intensities, ie di / dt. Amplifier output signal
99 can be supplied to an electrical energy measurement circuit
<EMI ID = 122.1>
<EMI ID = 123.1>
measure, as mentioned above about receiving the
<EMI ID = 124.1>
Other forms of execution are referred to below.
<EMI ID = 125.1>
illustrate transducers of intensity detector with mutual inductance in which an inductive coupling between the transducers 9st provided exclusively by an air gap or gap having a permeability equivalent to that of air and called air core typa. The. 5 illustrates a 1C6 air core mutual inductance intensity transducer which is not to scale, but which conforms to the invention.
<EMI ID = 126.1>
intensity detector 107 with mutual inductance with air core, also according to the invention.
<EMI ID = 127.1>
primary intensity conductors 108 and 110 which correspond to the intensity conductors 36 and 37 of the transducer 12 shown
<EMI ID = 128.1>
<EMI ID = 129.1>
flux are included in conductors 108 and 110 respectively. A secondary winding 116 has conductors
<EMI ID = 130.1>
<EMI ID = 131.1>
<EMI ID = 132.1>
<EMI ID = 133.1>
supply currents versus time, as described above, is produced at conductors 118 and 119. It is particularly desirable that. the primary winding turns 112 and 114 have a specular symmetry with respect to each other and with respect to the secondary winding
116. The primary windings 112 and 114 preferably extend to the center of the ring defined by the winding
<EMI ID = 134.1>
is arranged symmetrically and uniformly around the winding support 120. This transducer is much less sensitive to external or foreign magnetic fields, the effects of which are canceled out by the symmetrical arrangement of the windings.
In a preferred embodiment of the transducer 106, the secondary winding 92 comprises 1950 turns'
<EMI ID = 135.1>
and a dimension of each external winding of approximately 0.64 cm x 1.27 cm and produces a signal ei of 403 millivolts for a supply current I of 200 amperes and
<EMI ID = 136.1>
With regard to the mutual inductance current transducer 107 shown in FIG. 6, two substantially identical transducer elements 126 and
128 are mounted in a counter 10a substantially identical to the counter 10, except that the transducer 107 replaces the transducer 12. The transducers 126 and 128 are shown in FIG. 7 without the shielding systems which can be provided as shown in Figs. 7 and 8 and as described below. Two large straight conductors 130 and 132 respectively replace conductors 36 and 37 and are similarly connected in series between the terminals
<EMI ID = 137.1>
132 are made of the same thick conductive material from
<EMI ID = 138.1>
as conductors 36 and 37. Each transducer element
126 and 128 includes a cylindrical toroidal secondary winding
<EMI ID = 139.1>
independent transducer elements separately detecting the intensities of the conductors 130 and 132. A view
-in perspective of the whole transducer element
126 with the toroidal winding 134 is represented, by -.- <EMI ID = 140.1>
magnetic plastic, shown partially-
<EMI ID = 141.1>
permeability than air. The windings 134 and 136 each comprise approximately 1500 turns of wire with a diameter of the order of 0.01 cm. The average dimension of each turn wound parallel to the conductors 130 and
<EMI ID = 142.1>
<EMI ID = 143.1>
Lement 136 are connected in series, as shown in Fig. 6, in a manner ensuring a summation of the tensions. Conductors 142 and 144 produce the analog signal
<EMI ID = 144.1>
<EMI ID = 145.1>
<EMI ID = 146.1>
plastic pins 148 and 150 mounted on conductors 130 and 132, respectively. The windings 134
and 136 therefore surround or surround the conductors 130
and 132, at the parts of these conductors which effectively form single-coil primary windings. The magnetic fluxes produced by the intensities in the conductors 130 and 132 pass through the effective air cores comprising the conductor 130 and the winding 134, on the one hand, and the conductor 132 and the winding 136, on the other hand, and induce voltages proportional to the rate of change of the intensities in the conductors 130 and 132.
An electrostatic and magnetic shield is preferably provided for each transducer section 126 and
128, as shown for winding 134 in FIG. 7 and in the schematic circuit of FIG. 8. Devices
<EMI ID = 147.1>
layer of conductive material on the inside of the winding 132 to form? a grounded path for foreign high frequency signals and other signals, so as to avoid their coupling to the secondary windings 132 and 134 without effect on the coupling of the magnetic flux between the associated conductor and the secondary winding. The combined magnetic and electrostatic shielding device 151 is shown in FIG. 7 as being formed by two laminated caps 158 and 160 having central holes which are slid over the associated conductor
<EMI ID = 148.1>
open mites adapted to each other which touch and are in magnetic and conductive contact with each other, so that the caps 158 and 160 substantially enclose the winding 134. The outer part as the-part 160-1 of each cap 158 and 160 is made of a soft magnetic material. An interior part, such as part 160-2, is made of a conductive material similar to material 153 to form the remainder of the complete electrostatic shield. Parts 158 and 160 and the layer
153 form the complete shielding system for the winding 134. External signals or foreign magnetic flux fields, for example from the transducer
<EMI ID = 149.1>
<EMI ID = 150.1>
wrong logic, sensitive to intensity. When the parts 158 and 160 are provided for the device 152 and that
<EMI ID = 151.1>
136 is protected in a similar manner.
The electrical diagram of FIG. 8 illustrates the electrical connections of the voltage detector transducer.
<EMI ID = 152.1>
<EMI ID = 153.1> <EMI ID = 154.1>
<EMI ID = 155.1>
two transducer sections 126 and 128 are applied to the electronic circuit for measuring electrical energy in alternating current 43, as described for the counter 10 shown in FIG. 1.