Procédé de mesure d'énergie électrique alternative et installation pour la mise en oeuvre de ce procédé
La présente invention a pour objet un procédé de mesure d'énergie électrique alternative.
De l'expression pour l'énergie électrique alternative
W = S ui. dt il résulte que la mesure de celle-ci consiste à intégrer le produit de la tension par le courant.
Il existe plusieurs méthodes électromécaniques ou électriques, pour effectuer la multiplication de deux valeurs tout en respectant leurs signes. Toutefois, les méthodes électriques connues demandent des circuits très complexes si l'on désire obtenir une précision suffisante.
Il existe cependant une méthode électrique qui permet d'obtenir une précision suffisante par des moyens simples, mais elle présente l'inconvénient de ne pas pouvoir tenir compte du signe des valeurs à multiplier. Cette méthode dite à coïncidence consiste à introduire dans un dispositif multiplieur deux suites d'impulsions rectangulaires modulées en durée, chacune correspondant à une suite de valeurs instantanée de l'une des deux grandeurs à multiplier. Le dispositif ne délivre une impulsion à la sortie que lorsqu'il y a une coïncidence des deux impulsions à l'entrée. Le produit obtenu est représenté par un courant moyen.
L'invention a pour but d'éliminer les inconvénients cités ci-dessus en proposant un procédé suivant lequel on n'a que des grandeurs positives à multiplier, de sorte qu'il est possible d'utiliser la méthode à coïncidence. Ce procédé est caractérisé par le fait que l'on superpose à chacune des deux grandeurs alternatives, la tension et le courant, une grandeur continue ayant une valeur plus grande que la valeur maximum admise de la grandeur alternative, que l'on transforme chacune des deux grandeurs ainsi obtenues en une suite d'impulsions rectangulaires à fréquence de répétition constante, la durée de chacune de ces impulsions correspondant à une valeur instantanée de la grandeur correspondante, les fréquences des deux suites d'impulsions étant dans un rapport irrationnel,
que l'on additionne le produit des deux suites d'impulsions au produit des mêmes suites d'impulsions déphasées, d'un même angle, par rapport aux premières, d'une part, et les produits de la suite d'impulsions correspondant à une grandeur par la suite d'impulsions déphasée correspondant à l'autre grandeur et réciproquement, d'autre part, et par le fait que l'on soustrait la première somme de la seconde et qu'on intègre le résultat de cette soustraction.
L'invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus. Cette installation est caractérisée par le fait qu'elle comprend pour chacune des deux grandeurs alternatives, la tension et le courant, au moins un générateur d'impulsion capable de délivrer des impulsions rectangulaires, à fréquence de répétition constante, modulées en durée suivant des valeurs instantanées de la grandeur alternative, un déphaseur, deux multiplieurs et un sommateur relié à la sortie de ces derniers, la sortie du sommateur étant reliée à l'entrée d'un soustracteur dont la sortie est reliée à un intégrateur.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un schéma de principe d'une forme d'exécution de l'installation selon l'invention, ainsi que deux diagrammes explicatifs d'une mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
Les fig. 1 et 2 représentent les diagrammes.
La fig. 3 montre le schéma de principe.
La fig. 4 représente une variante d'une partie du schéma de la fig. 3.
Le procédé que l'on va décrire consiste à superposer à chacune des deux grandeurs alternatives à multiplier, la tension u et le courant i, une grandeur continue, respectivement k1 et k3 (fig. 1 et 2), ayant une valeur plus grande que la valeur maximum admise de la grandeur alternative. On transforme ensuite chacune des grandeurs ainsi obtenues en une suite d'impulsions rectangulaires d'amplitude constante, la durée de chacune de ces impulsions correspondant à une valeur instantanée de la grandeur correspondante. D'autre part, on produit un déphasage de chacune des deux grandeurs ainsi obtenues, par exemple de 1800, de manière à obtenir, à chaque instant, deux valeurs positives pour définir chacune d'elles.
Ce déphasage peut aussi être fait avant la transformation des grandeurs en suites d'impulsions rectangulaires. C'est ce dernier cas qui est représenté aux fig. 1 et 2 pour expliquer le but de la superposition des grandeurs continues et du déphasage.
Comme on le voit aux fig. 1 et 2, la tension u et le courant i peuvent être représentés, à chaque instant, par deux valeurs positives, respectivement a, b et c, d. Ainsi, à l'instant t1 par exemple, la tension u peut être représentée par deux valeurs positives a1 et b1 et le courant i par deux valeurs positives cl et dl. Le déphasage étant en l'occurrence de 1800, on a a = kl + u, b = k3-u et c = k2 + i, d = k2-i d'où a-b = 2u et c-d = 2i ou u=1/2(a-b) et i=1/2(c-d)
L'expression pour l'énergie électrique W=I lui.
dut peut par conséquent s'écrire
EMI2.1
ou encore
EMI2.2
On a donc à multiplier les valeurs a, b, c et d qui sont toutes positives et le seront dans tous les cas. La multiplication est obtenue par la méthode de coïncidence connue. L'addition et l'intégration sont obtenues par des méthodes connues.
I1 est à remarquer qu'en cas d'un angle de déphasage autre que 1800, seule la constante devant l'intégral change de valeur.
L'installation que l'on va décrire sert à effectuer les opérations susmentionnées; elle comprend une source continue, non représentée, délivrant une tension et un courant continus ayant des valeurs plus grandes que les amplitudes maximums admises de la tension et du courant alternatifs utilisés pour la mesure de l'énergie électrique.
Pour chacune des deux grandeurs alternatives à multiplier, l'installation comprend un générateur d'impulsions rectangulaires, respectivement 1 et 2, capable de délivrer des impulsions à fréquence de répétition constante, modulées en durée suivant la valeur instantanée de la grandeur alternative appliquée à son entrée. Cette fréquence de répétition doit être sensiblement plus élevée que celle de la grandeur alternative. La sortie du générateur 1 est reliée, par les connexions a, à l'une des deux entrées de chacun de deux multiplieurs à coïncidence 5 et 7, d'une part, et à l'entrée d'un déphaseur 3 dont la sortie est reliée, par les connexions b, à l'une des deux entrées de chacun de deux autres multiplieurs à coïncidence 6 et 8. Le déphaseur 3 est prévu de manière à provoquer un déphasage entre la tension sur la connexion a et celle de la connexion b de 1800 par exemple.
La sortie du générateur 2 est reliée, d'une part, à la seconde entrée de chacun des deux multiplieurs 5 et 8 et, d'autre part, à l'entrée d'un second déphaseur 4 dont la sortie est reliée à la seconde entrée de chacun des deux multiplieurs 6 et 7. Le déphasage provoqué par le déphaseur 4 est également de 1800.
La sortie du multiplieur 5 est reliée par la connexion ac à l'une des deux entrées d'un sommateur 9 dont l'autre entrée est reliée par bd à la sortie du multiplieur 6. La sortie du sommateur 9 est reliée à l'une des deux entrées d'un soustracteur 11 dont l'autre entrée est reliée à la sortie d'un second sommateur 10 dont les deux entrées sont reliées, respectivement par ad et par bc, à la sortie du multiplieur 7 et à la sortie du multiplieur 8.
Enfin, la sortie du soustracteur 11 est reliée à l'entrée d'un intégrateur 12.
Le fonctionnement de l'installation décrite ci-dessus ressort clairement d'une comparaison de son schéma de principe avec l'expression pour l'énergie électrique.
EMI2.3
En effet, les connexions représentées au dessin sont munies de lettres désignant les tensions auxquelles elles sont soumises et ces lettres sont utilisées dans l'expression ci-dessus ; il en résulte que le dessin indique simultanément la fonction de chaque élément de l'installation décrite et le fonctionnement de celle-ci.
On voit donc que chacune des deux grandeurs u + k1 et i + k2, obtenues par superposition, respectivement, des tensions alternative et continue et des courants alternatif et continu, est transformée, par un générateur d'impulsions et un déphaseur, respectivement 1, 3 et 2, 4, en deux suites d'impulsions déphasées de 1800, respectivement a, b et c, d.
Chacun des multiplieurs à coïncidence 5 à 8 a donc à multiplier deux valeurs positives. Les deux produits obtenus par une paire de multiplieurs, respectivement 5, 6 et 7, 8, sont additionnés par un sommateur, respectivement 9 et 10. La différence des deux sommes est obtenue par le soustracteur 11.
Enfin l'intégrateur 12 intégrant, par rapport au temps, cette différence proportionnelle à la puissance P, indique l'énergie W.
En ce qui concerne les différents dispositifs que comprend l'installation, à savoir les générateurs d'impulsions, les déphaseurs, les multiplieurs, les sommateurs, le soustracteur et l'intégrateur, ils peuvent être de n'importe quel type connu.
I1 est à remarquer que l'on peut prévoir la superposition des grandeurs continues k1 et k2 aux grandeurs alternatives u et i dans les générateurs d'impulsions 1 et 2. On peut également procéder au déphasage des grandeurs alternatives avant leur transformation en suite d'impulsions, comme cela est représenté aux fig. 1 et 2. I1 est évident que dans ce cas le nombre de générateurs d'impulsions devient deux fois plus grand.
Pour la précision de la mesure, il est important que la durée des impulsions rectangulaires non modulées en durée, c'est-à-dire des impulsions produites par le générateur en absence de la grandeur alter
T native à son entrée, soit stable et égale à 2' T étant la période de la fréquence du générateur. Or, les variations de la température, les fluctuations de la tension d'alimentation du générateur, le vieillissement des organes constitutifs, etc., peuvent donner lieu à des variations de cette durée.
Cet inconvénient peut être éliminé, par exemple, en comparant les valeurs moyennes des deux suites d'impulsions rectangulaires déphasées entre elles, et en agissant sur le générateur de manière que ces valeurs restent égales.
La fig. 4 montre le schéma de principe du réglage automatique de la durée d'impulsions suivant le procédé qui vient d'être énoncé.
L'entrée et la sortie du déphaseur 3 sont reliées, chacune par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas, respectivement 13 et 14, à l'une des deux entrées d'un comparateur 15 dont la sortie est reliée à l'entrée du générateur 1. La différence entre les valeurs moyennes à l'entrée et à la sortie du déphaseur, est utilisée pour le réglage automatique de la durée d'impulsions.
REVENDICATIONS
I. Procédé de mesure d'énergie éleotrique alterna- tive, caractérisé par le fait que l'on superpose à chacune des deux grandeurs alternatives, la tension et le courant, une grandeur continue ayant une valeur plus grande que la valeur maximum admise de la grandeur alternative, que l'on transforme chacune des deux grandeurs ainsi obtenues en une suite d'impulsions rectangulaires à fréquence de répétition constante, la durée de chacune de ces impulsions correspondant à une valeur instantanée de la grandeur correspondante, les fréquences des deux suites d'impulsions étant dans un rapport irrationnel, que l'on additionne le produit des deux suites d'impulsions au produit des mêmes suites d'impulsions déphasées, d'un même angle, par rapport aux premières, d'une part,
et les produits de la suite d'impulsions correspondant à une grandeur par la suite d'impulsions déphasée correspondant à rautre grandeur et réciproquement, d'autre part, et par le fait qu'on soustrait la première somme de la seconde et qu'on intègre le résultat de cette soustraction.
Method for measuring alternative electrical energy and installation for implementing this method
The present invention relates to a method for measuring alternating electrical energy.
Expression for alternative electrical energy
W = S ui. dt it results that the measurement of this one consists in integrating the product of the tension by the current.
There are several electromechanical or electrical methods, to perform the multiplication of two values while respecting their signs. However, the known electrical methods require very complex circuits if it is desired to obtain sufficient precision.
However, there is an electrical method which makes it possible to obtain sufficient precision by simple means, but it has the drawback of not being able to take into account the sign of the values to be multiplied. This so-called coincidence method consists in introducing into a multiplier device two series of rectangular pulses modulated in duration, each corresponding to a series of instantaneous values of one of the two quantities to be multiplied. The device delivers a pulse at the output only when there is a coincidence of the two pulses at the input. The product obtained is represented by an average current.
The object of the invention is to eliminate the drawbacks mentioned above by proposing a method according to which there are only positive quantities to be multiplied, so that it is possible to use the coincidence method. This process is characterized by the fact that one superimposes on each of the two alternating magnitudes, the voltage and the current, a continuous magnitude having a value greater than the maximum admissible value of the alternating magnitude, which one transforms each of the two quantities thus obtained in a series of rectangular pulses at a constant repetition frequency, the duration of each of these pulses corresponding to an instantaneous value of the corresponding quantity, the frequencies of the two series of pulses being in an irrational relationship,
that we add the product of the two series of pulses to the product of the same series of out-of-phase pulses, at the same angle, with respect to the first ones, on the one hand, and the products of the series of pulses corresponding to a quantity subsequently of phase-shifted pulses corresponding to the other quantity and vice versa, on the other hand, and by the fact that we subtract the first sum from the second and that we integrate the result of this subtraction.
The subject of the invention is also an installation for implementing the method described above. This installation is characterized by the fact that it comprises for each of the two alternating quantities, the voltage and the current, at least one pulse generator capable of delivering rectangular pulses, at constant repetition frequency, modulated in duration according to values. instantaneous of the alternating quantity, a phase shifter, two multipliers and an adder connected to the output of the latter, the output of the adder being connected to the input of a subtracter whose output is connected to an integrator.
The appended drawing represents, by way of example, a block diagram of an embodiment of the installation according to the invention, as well as two explanatory diagrams of an implementation of the method according to the invention.
Figs. 1 and 2 represent the diagrams.
Fig. 3 shows the block diagram.
Fig. 4 shows a variant of part of the diagram of FIG. 3.
The process which will be described consists in superimposing on each of the two alternating quantities to be multiplied, the voltage u and the current i, a continuous quantity, respectively k1 and k3 (fig. 1 and 2), having a value greater than the maximum admissible value of the alternating quantity. Each of the quantities thus obtained is then transformed into a series of rectangular pulses of constant amplitude, the duration of each of these pulses corresponding to an instantaneous value of the corresponding quantity. On the other hand, one produces a phase shift of each of the two quantities thus obtained, for example 1800, so as to obtain, at each instant, two positive values to define each of them.
This phase shift can also be done before the transformation of the quantities into series of rectangular pulses. It is the latter case which is represented in FIGS. 1 and 2 to explain the purpose of the superposition of the continuous quantities and of the phase shift.
As seen in Figs. 1 and 2, the voltage u and the current i can be represented, at each instant, by two positive values, respectively a, b and c, d. Thus, at time t1 for example, the voltage u can be represented by two positive values a1 and b1 and the current i by two positive values cl and dl. The phase shift being in this case 1800, we have aa = kl + u, b = k3-u and c = k2 + i, d = k2-i hence ab = 2u and cd = 2i or u = 1/2 (ab) and i = 1/2 (cd)
The expression for electrical energy W = I him.
dut can therefore be written
EMI2.1
or
EMI2.2
We therefore have to multiply the values a, b, c and d which are all positive and will be so in all cases. The multiplication is obtained by the known coincidence method. Addition and integration are obtained by known methods.
It should be noted that in the event of a phase shift angle other than 1800, only the constant in front of the integral changes value.
The installation which will be described serves to perform the aforementioned operations; it comprises a DC source, not shown, delivering a DC voltage and a DC current having values greater than the maximum admissible amplitudes of the AC voltage and current used for the measurement of the electrical energy.
For each of the two alternating quantities to be multiplied, the installation includes a rectangular pulse generator, respectively 1 and 2, capable of delivering pulses at a constant repetition frequency, modulated in duration according to the instantaneous value of the alternating quantity applied to its Entrance. This repetition frequency must be significantly higher than that of the alternating quantity. The output of generator 1 is connected, by connections a, to one of the two inputs of each of two coincidence multipliers 5 and 7, on the one hand, and to the input of a phase shifter 3 whose output is connected, by connections b, to one of the two inputs of each of two other coincident multipliers 6 and 8. The phase shifter 3 is provided so as to cause a phase shift between the voltage on connection a and that of connection b from 1800 for example.
The output of generator 2 is connected, on the one hand, to the second input of each of the two multipliers 5 and 8 and, on the other hand, to the input of a second phase shifter 4 whose output is connected to the second input of each of the two multipliers 6 and 7. The phase shift caused by the phase shifter 4 is also 1800.
The output of multiplier 5 is connected by connection ac to one of the two inputs of a summer 9, the other input of which is connected by bd to the output of multiplier 6. The output of summer 9 is connected to one of the two inputs of a subtracter 11 whose other input is connected to the output of a second adder 10 whose two inputs are connected, respectively by ad and by bc, to the output of the multiplier 7 and to the output of the multiplier 8.
Finally, the output of the subtracter 11 is connected to the input of an integrator 12.
The operation of the installation described above emerges clearly from a comparison of its block diagram with the expression for electrical energy.
EMI2.3
Indeed, the connections shown in the drawing are provided with letters designating the voltages to which they are subjected and these letters are used in the expression above; As a result, the drawing simultaneously indicates the function of each element of the installation described and the operation thereof.
It can therefore be seen that each of the two quantities u + k1 and i + k2, obtained by superposition, respectively, of the alternating and direct voltages and of the alternating and direct currents, is transformed, by a pulse generator and a phase shifter, respectively 1, 3 and 2, 4, in two series of pulses phase-shifted by 1800, respectively a, b and c, d.
Each of the coincidence multipliers 5 to 8 therefore has to multiply two positive values. The two products obtained by a pair of multipliers, respectively 5, 6 and 7, 8, are added by an adder, respectively 9 and 10. The difference of the two sums is obtained by the subtracter 11.
Finally, the integrator 12 integrating, with respect to time, this difference proportional to the power P, indicates the energy W.
As regards the various devices that the installation comprises, namely the pulse generators, the phase shifters, the multipliers, the summers, the subtracter and the integrator, they can be of any known type.
It should be noted that one can provide for the superposition of the continuous quantities k1 and k2 on the alternative quantities u and i in the pulse generators 1 and 2. It is also possible to proceed with the phase shift of the alternative quantities before their transformation into a series of pulses, as shown in fig. 1 and 2. It is obvious that in this case the number of pulse generators becomes twice as large.
For the accuracy of the measurement, it is important that the duration of the rectangular pulses not modulated in duration, that is to say of the pulses produced by the generator in the absence of the quantity alter
T native to its input, ie stable and equal to 2 ′ T being the period of the generator frequency. However, variations in temperature, fluctuations in the supply voltage of the generator, aging of the constituent parts, etc., can give rise to variations of this duration.
This drawback can be eliminated, for example, by comparing the average values of the two series of rectangular pulses out of phase with each other, and by acting on the generator so that these values remain equal.
Fig. 4 shows the block diagram of the automatic adjustment of the pulse duration according to the method just described.
The input and the output of the phase shifter 3 are each connected by means of a low-pass filter, respectively 13 and 14, to one of the two inputs of a comparator 15 whose output is connected to the generator input 1. The difference between the average values at the input and output of the phase shifter is used for automatic adjustment of the pulse duration.
CLAIMS
I. Method for measuring alternating eleotric energy, characterized by the fact that one superimposes on each of the two alternating quantities, the voltage and the current, a continuous quantity having a value greater than the maximum admissible value of the alternating magnitude, which each of the two magnitudes thus obtained is transformed into a series of rectangular pulses with a constant repetition frequency, the duration of each of these pulses corresponding to an instantaneous value of the corresponding magnitude, the frequencies of the two series of 'pulses being in an irrational ratio, that we add the product of the two series of pulses to the product of the same series of out-of-phase pulses, at the same angle, with respect to the first, on the one hand,
and the products of the sequence of pulses corresponding to a quantity by the phase-shifted sequence of pulses corresponding to the other quantity and vice versa, on the other hand, and by the fact that we subtract the first sum from the second and that we integrate the result of this subtraction.