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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43.
En. ce qui concerne plus en détail le transducteur détecteur d'intensité à inductance mutuelle 12 conforme à
<EMI ID=84.1>
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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
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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
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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
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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
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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
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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-
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<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
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site associé à l'entrefer. Ce flux magnétique parasite d'entrefer est souvent une fonction non linéaire du flux principal dans
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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>
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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-
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mesurer, comme mentionné plus haut à propos de la réception du
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On se référera ci-après à d'autres formes d'exécu-
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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-
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détecteur d'intensité 107 à inductance mutuelle à noyau à air, également conforme à l'invention.
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ducteurs d'intensité primaires 108 et 110 qui correspondent aux conducteurs d'intensité 36 et 37 du transducteur 12 représenté
<EMI ID=128.1>
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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
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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
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<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-
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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
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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
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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
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logique erroné, sensible à une intensité. Lorsque les parties 158 et 160 sont prévues pour le dispositif 152 et que
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136 est protégé d'une manière=analogue.
Le schéma électrique de la Fig. 8 illustre les connexions électriques du transducteur détecteur de ten-
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<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.