CA2655740C - Procede de determination instantanee de taux de distorsion de signaux sur un reseau electrique alternatif, et dispositif associe - Google Patents
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Abstract
Procédé de détermination instantanée de taux de distorsion de signaux sur un réseau électrique alternatif, et dispositif associé. La présente invention répond à un besoin de calcul en temps réel d'une valeur instantanée de taux harmonique discret, adapté notamment à un réseau électrique produisant un signal à fréquence variable. D'une façon générale, l'invention propose un procédé de détermination instantanée de taux de distorsion sur des signaux à fréquence variable, et un dispositif associé, dans lequel on calcule un taux de distorsion harmonique sur une fenêtre temporelle la plus courte possible, correspondant à la durée d'une période du fondamental d'un signal considéré. Avantageusement, on cherche à déterminer précisément la valeur de la fréquence du signal dont le THD est à calculer, et on procède à une itération de certaines mesures réalisées lors d'un calcul donné pour le calcul du THD sur des signaux suivants.
Description
Procédé de détermination instantanée de taux de distorsion de signaux sur un réseau électrique alternatif, et dispositif associé.
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
La présente invention a pour objet un procédé de détermination instantanée d'un taux de distorsion de signaux sur un réseau électrique alternatif, et notamment sur un réseau électrique alternatif distribuant des signaux à fréquence variable. Elle concerne également un dispositif électronique apte à mettre en oeuvre un tel procédé.
L'invention a essentiellement pour but de proposer une solution pour fournir en temps réel des informations pour la caractérisation des perturbations présentes sur un réseau électrique, notamment un réseau électrique dont la fréquence de la tension disponible sur le réseau est variable. Le procédé selon l'invention est cependant directement transposable à des réseaux électriques dont la fréquence de la tension disponible est fixe.
Le domaine de l'invention est, d'une façon générale, celui de l'analyse des réseaux électriques à courant alternatif, et notamment la détermination des perturbations susceptibles d'être présentes sur de tels réseaux. Une telle analyse peut notamment consister en une opération visant à qualifier la linéarité de la caractéristique d'un système relié au réseau électrique considéré. Si cette caractéristique est linéaire, le système répond à une sinusoïde par une sinusoïde, sinon, il introduit une distorsion et le signal de sortie n'est plus sinusoïdal, mais a acquis des harmoniques Le taux de distorsion, encore appelé taux de distorsion harmonique, abrégé par le sigle THD, est une grandeur qui permet d'évaluer, à l'aide d'un nombre unique, la perturbation d'un courant ou d'une tension en un point d'un réseau électrique donné, en considérant la déformation de la grandeur sinusoïdale des signaux dudit réseau. Ce taux est fréquemment utilisé pour mesurer la pollution harmonique que provoquent les différents appareils reliés au réseau considéré, et pour surveiller des fluctuations rapides sur le réseau. Le THD est défini comme le rapport de la valeur efficace globale des harmoniques (c'est-à-dire la somme quadratique des harmoniques) à la valeur efficace de la composante fondamentale, selon la formule (1) suivante :
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
La présente invention a pour objet un procédé de détermination instantanée d'un taux de distorsion de signaux sur un réseau électrique alternatif, et notamment sur un réseau électrique alternatif distribuant des signaux à fréquence variable. Elle concerne également un dispositif électronique apte à mettre en oeuvre un tel procédé.
L'invention a essentiellement pour but de proposer une solution pour fournir en temps réel des informations pour la caractérisation des perturbations présentes sur un réseau électrique, notamment un réseau électrique dont la fréquence de la tension disponible sur le réseau est variable. Le procédé selon l'invention est cependant directement transposable à des réseaux électriques dont la fréquence de la tension disponible est fixe.
Le domaine de l'invention est, d'une façon générale, celui de l'analyse des réseaux électriques à courant alternatif, et notamment la détermination des perturbations susceptibles d'être présentes sur de tels réseaux. Une telle analyse peut notamment consister en une opération visant à qualifier la linéarité de la caractéristique d'un système relié au réseau électrique considéré. Si cette caractéristique est linéaire, le système répond à une sinusoïde par une sinusoïde, sinon, il introduit une distorsion et le signal de sortie n'est plus sinusoïdal, mais a acquis des harmoniques Le taux de distorsion, encore appelé taux de distorsion harmonique, abrégé par le sigle THD, est une grandeur qui permet d'évaluer, à l'aide d'un nombre unique, la perturbation d'un courant ou d'une tension en un point d'un réseau électrique donné, en considérant la déformation de la grandeur sinusoïdale des signaux dudit réseau. Ce taux est fréquemment utilisé pour mesurer la pollution harmonique que provoquent les différents appareils reliés au réseau considéré, et pour surveiller des fluctuations rapides sur le réseau. Le THD est défini comme le rapport de la valeur efficace globale des harmoniques (c'est-à-dire la somme quadratique des harmoniques) à la valeur efficace de la composante fondamentale, selon la formule (1) suivante :
2 Formule (1) : THD=100*~(Z(k-1_> -)Hk2)/Ho, où Ho représente la valeur de la moyenne quadratique, ou valeur efficace, de la composante fondamentale du signal considéré, et HK représente la valeur de la moyenne quadratique de l'harmonique de rang K. La formule (1) constitue une formule de calcul du taux de distorsion harmonique adaptée à
une approche fréquentielle du signal à traiter.
Le THD donne ainsi une évaluation quantitative de contenu fréquentiel d'un signal à mesurer en indiquant l'importance énergétique des harmoniques par rapport à la composante fondamentale du signal.
Actuellement, la très grande majorité des appareils de mesure aptes à
calculer le THD d'un signal procèdent en utilisant un algorithme de FFT (Fast Fourier Transform en anglais, pour Transformée de Fourier Rapide), basé
sur la décomposition en séries de Fourier du signal à mesurer. Un tel algorithme donne l'amplitude et la phase de chaque pas fréquentiel. A partir de cette information, un second calcul, correspondant à la formule (1), permet de déterminer le THD. Par définition, de tels calculs sont adaptés à
des signaux stationnaires. Pour des raisons pratiques évidentes, ils font intervenir un nombre de points préalablement défini, très souvent égal à une puissance de deux pour optimiser les temps de calcul.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
Les appareils du commerce aujourd'hui disponibles sont adaptés pour mesurer des THD sur des signaux dont la fréquence est fixe et préalablement connue. Typiquement, de telles fréquences sont soit 50 Hz (Hertz) sur le réseau électrique Européen, soit 60 Hz sur le réseau électrique américain, ou encore 400 Hz par exemple sur certains réseaux présents dans le domaine de l'aéronautique. De tels appareils ne peuvent pas fonctionner pour réaliser des mesures sur un signal dont la fréquence est variable, et dont la valeur ne peut être prévue à l'avance.
De plus, les algorithmes FFT mentionnés calculent le THD sur un nombre important de périodes du signal. Avec un tel principe, il n'est pas possible de distinguer une variation rapide de THD sur un signal dont la durée est faible par rapport à la durée de la fenêtre de calcul ;en effet, une telle variation rapide serait moyennée par le reste du signal mesuré.
Enfin, le calcul des FFT s'applique par principe sur un nombre important de périodes du signal ;en effet, jusqu'à présent, les signaux
une approche fréquentielle du signal à traiter.
Le THD donne ainsi une évaluation quantitative de contenu fréquentiel d'un signal à mesurer en indiquant l'importance énergétique des harmoniques par rapport à la composante fondamentale du signal.
Actuellement, la très grande majorité des appareils de mesure aptes à
calculer le THD d'un signal procèdent en utilisant un algorithme de FFT (Fast Fourier Transform en anglais, pour Transformée de Fourier Rapide), basé
sur la décomposition en séries de Fourier du signal à mesurer. Un tel algorithme donne l'amplitude et la phase de chaque pas fréquentiel. A partir de cette information, un second calcul, correspondant à la formule (1), permet de déterminer le THD. Par définition, de tels calculs sont adaptés à
des signaux stationnaires. Pour des raisons pratiques évidentes, ils font intervenir un nombre de points préalablement défini, très souvent égal à une puissance de deux pour optimiser les temps de calcul.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
Les appareils du commerce aujourd'hui disponibles sont adaptés pour mesurer des THD sur des signaux dont la fréquence est fixe et préalablement connue. Typiquement, de telles fréquences sont soit 50 Hz (Hertz) sur le réseau électrique Européen, soit 60 Hz sur le réseau électrique américain, ou encore 400 Hz par exemple sur certains réseaux présents dans le domaine de l'aéronautique. De tels appareils ne peuvent pas fonctionner pour réaliser des mesures sur un signal dont la fréquence est variable, et dont la valeur ne peut être prévue à l'avance.
De plus, les algorithmes FFT mentionnés calculent le THD sur un nombre important de périodes du signal. Avec un tel principe, il n'est pas possible de distinguer une variation rapide de THD sur un signal dont la durée est faible par rapport à la durée de la fenêtre de calcul ;en effet, une telle variation rapide serait moyennée par le reste du signal mesuré.
Enfin, le calcul des FFT s'applique par principe sur un nombre important de périodes du signal ;en effet, jusqu'à présent, les signaux
3 analysés étaient stationnaires, et il n'était pas nécessaire de concentrer les calculs sur une durée courte ;en conséquence, les calculs existant de FFT
ne sont pas adaptés à des analyses sur des intervalles de temps très courts.
Or il existe désormais des secteurs industriels où l'utilisation de réseaux électriques à fréquence variable se développe. C'est le cas notamment du secteur de l'aéronautique. Par exemple, l'avion gros porteur A380 d'Airbus met en oeuvre un tel réseau électrique. En effet, le réseau électrique alternatif de l'A380 est un réseau triphasé dont la génération est assurée par quatre générateurs à fréquence variable, abrégé par le sigle VFG, directement accouplés sur l'étage haute pression de chaque réacteur.
L'excitation de l'alternateur est commandée de façon à obtenir une tension efficace de sortie régulée de 115 Volts à 200 Volts, la fréquence du réseau étant comprise entre 360 Hz et 800 Hz environ. Chaque réacteur entraîne un GFV qui alimente sa propre barre bus principale alternative.
D'une façon générale, l'utilisation croissante de l'électricité dans ce domaine d'application est motivée notamment par une réduction de masse de l'appareil considéré, en permettant une simplification des réseaux hydrauliques lourds et contraignants en terme de maintenance.
DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION
Un problème général que cherche à résoudre l'objet de l'invention est ainsi de pallier l'absence de moyens de calcul en temps réel d'une valeur instantanée de THD, tout en s'adaptant à un réseau électrique produisant un signal à fréquence variable.
L'objet de l'invention propose une solution aux problèmes et inconvénients qui viennent d'être exposés. D'une façon générale, l'invention propose un procédé de détermination instantanée de taux de distorsion sur des signaux à fréquence variable, et un dispositif associé, dans lequel on calcule un taux de distorsion harmonique sur une fenêtre temporelle la plus courte possible, correspondant à la durée d'une période du fondamental du signal considéré. Avantageusement, on cherche à déterminer précisément la valeur de la fréquence du signal dont le THD est à calculer, et on procède à
une itération de certaines mesures réalisées lors d'un calcul donné pour le calcul du THD sur des signaux suivants. Un tel procédé peut par ailleurs être appliqué directement à des réseaux électriques alternatifs à fréquence fixe.
L'invention concerne donc essentiellement un procédé de
ne sont pas adaptés à des analyses sur des intervalles de temps très courts.
Or il existe désormais des secteurs industriels où l'utilisation de réseaux électriques à fréquence variable se développe. C'est le cas notamment du secteur de l'aéronautique. Par exemple, l'avion gros porteur A380 d'Airbus met en oeuvre un tel réseau électrique. En effet, le réseau électrique alternatif de l'A380 est un réseau triphasé dont la génération est assurée par quatre générateurs à fréquence variable, abrégé par le sigle VFG, directement accouplés sur l'étage haute pression de chaque réacteur.
L'excitation de l'alternateur est commandée de façon à obtenir une tension efficace de sortie régulée de 115 Volts à 200 Volts, la fréquence du réseau étant comprise entre 360 Hz et 800 Hz environ. Chaque réacteur entraîne un GFV qui alimente sa propre barre bus principale alternative.
D'une façon générale, l'utilisation croissante de l'électricité dans ce domaine d'application est motivée notamment par une réduction de masse de l'appareil considéré, en permettant une simplification des réseaux hydrauliques lourds et contraignants en terme de maintenance.
DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION
Un problème général que cherche à résoudre l'objet de l'invention est ainsi de pallier l'absence de moyens de calcul en temps réel d'une valeur instantanée de THD, tout en s'adaptant à un réseau électrique produisant un signal à fréquence variable.
L'objet de l'invention propose une solution aux problèmes et inconvénients qui viennent d'être exposés. D'une façon générale, l'invention propose un procédé de détermination instantanée de taux de distorsion sur des signaux à fréquence variable, et un dispositif associé, dans lequel on calcule un taux de distorsion harmonique sur une fenêtre temporelle la plus courte possible, correspondant à la durée d'une période du fondamental du signal considéré. Avantageusement, on cherche à déterminer précisément la valeur de la fréquence du signal dont le THD est à calculer, et on procède à
une itération de certaines mesures réalisées lors d'un calcul donné pour le calcul du THD sur des signaux suivants. Un tel procédé peut par ailleurs être appliqué directement à des réseaux électriques alternatifs à fréquence fixe.
L'invention concerne donc essentiellement un procédé de
4 détermination instantanée d'un taux de distorsion sur un réseau électrique alternatif caractérisé en ce qu'il comporte les différentes étapes consistant à:
- recevoir, depuis le réseau électrique, un signal d'entrée (Sin);
- sélectionner avec un premier moyen de traitement (1), une période unique du signal d'entrée pour obtenir un signal échantillon (Sper);
- transmettre le signal échantillon à un deuxième moyen de traitement (2);
- calculer le taux de distorsion harmonique du signal échantillon avec le deuxième moyen de traitement.
Outre les caractéristiques principales qui viennent d'être mentionnées dans le paragraphe précédent, le procédé selon l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes :
- le réseau électrique alternatif est un réseau électrique alternatif à
fréquence variable, le signal d'entrée étant un signal à fréquence variable ;
- l'étape de sélection, avec le premier moyen de traitement, d'une période unique du signal d'entrée comporte les différentes opérations consistant à :
- filtrer le signal d'entrée au moyen d'un dispositif de filtrage filtrant la fréquence du fondamental du signal d'entrée, pour obtenir un signal filtré à
traiter;
- identifier la période du signal filtré à traiter et les instants de début et de fin d'alternance du signal filtré à traiter en détectant, au moyen d'un troisième moyen de traitement, des passages par zéro du fondamental présent dans le signal filtré à traiter ;
- sélectionner, avec un moyen de sélection, le signal échantillon en reportant sur le signal d'entrée les instants de début et de fin d'alternance du signal traité identifiés.
- l'étape d'identification de la période du signal filtré à traiter et des instants de début et de fin d'alternance du signal filtré à traiter comporte l'opération préalable supplémentaire consistant à transmettre, depuis le moyen de sélection vers le troisième moyen de traitement, une information relative à l'instant de fin d'alternance d'une portion de signal filtré
précédant directement le signal échantillon.
- le dispositif de filtrage comporte un premier filtre présentant une première fréquence de coupure et un deuxième filtre présentant une deuxième fréquence de coupure, le signal d'entrée étant transmis au premier filtre et au deuxième filtre, produisant respectivement un premier signal filtré
et un deuxième signal filtré, transmis respectivement à un premier moyen de
- recevoir, depuis le réseau électrique, un signal d'entrée (Sin);
- sélectionner avec un premier moyen de traitement (1), une période unique du signal d'entrée pour obtenir un signal échantillon (Sper);
- transmettre le signal échantillon à un deuxième moyen de traitement (2);
- calculer le taux de distorsion harmonique du signal échantillon avec le deuxième moyen de traitement.
Outre les caractéristiques principales qui viennent d'être mentionnées dans le paragraphe précédent, le procédé selon l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes :
- le réseau électrique alternatif est un réseau électrique alternatif à
fréquence variable, le signal d'entrée étant un signal à fréquence variable ;
- l'étape de sélection, avec le premier moyen de traitement, d'une période unique du signal d'entrée comporte les différentes opérations consistant à :
- filtrer le signal d'entrée au moyen d'un dispositif de filtrage filtrant la fréquence du fondamental du signal d'entrée, pour obtenir un signal filtré à
traiter;
- identifier la période du signal filtré à traiter et les instants de début et de fin d'alternance du signal filtré à traiter en détectant, au moyen d'un troisième moyen de traitement, des passages par zéro du fondamental présent dans le signal filtré à traiter ;
- sélectionner, avec un moyen de sélection, le signal échantillon en reportant sur le signal d'entrée les instants de début et de fin d'alternance du signal traité identifiés.
- l'étape d'identification de la période du signal filtré à traiter et des instants de début et de fin d'alternance du signal filtré à traiter comporte l'opération préalable supplémentaire consistant à transmettre, depuis le moyen de sélection vers le troisième moyen de traitement, une information relative à l'instant de fin d'alternance d'une portion de signal filtré
précédant directement le signal échantillon.
- le dispositif de filtrage comporte un premier filtre présentant une première fréquence de coupure et un deuxième filtre présentant une deuxième fréquence de coupure, le signal d'entrée étant transmis au premier filtre et au deuxième filtre, produisant respectivement un premier signal filtré
et un deuxième signal filtré, transmis respectivement à un premier moyen de
5 détection de passage par zéros et à un deuxième moyen de détection de passage par zéro du troisième moyen de traitement, produisant des informations relatives au passage par zéro et transmettant chacun à un unique comparateur logique lesdites informations de passage par zéro, ledit comparateur logique interprétant lesdites informations obtenues pour déterminer la fréquence du fondamental à considérer dans l'opération d'identification des instants de début et de fin d'alternance.
- la première fréquence de coupure est égale à la fréquence maximale observable sur le réseau à fréquence variable, et en ce que la deuxième fréquence de coupure est inférieure ou égale au double de la valeur de la fréquence minimale observable sur le réseau à fréquence variable.
- la première fréquence de coupure est égale à 800 Hz et en ce que la deuxième fréquence de coupure est égale à 600 Hz.
- l'étape de sélection, avec le premier moyen de traitement, d'une alternance unique du signal d'entrée comporte les différentes opérations consistant à :
- réaliser, au moyen d'un quatrième moyen de traitement et sur un signal tronqué correspondant au signal d'entrée sur un intervalle de temps préalablement déterminé, une analyse fréquentielle du signal tronqué, pour identifier un contenu fréquentiel et la fréquence du fondamental du signal d'entrée;
- identifier, au moyen d'un cinquième moyen de traitement, une date de début et une date de fin de cycle du fondamental ;
- sélectionner, avec un moyen de sélection, un intervalle temporel correspondant à une période du signal d'entrée en reportant sur le signal tronqué les dates de début et de fin de cycle du fondamental identifiées.
- le procédé comporte l'étape préalable consistant à transmettre, depuis le moyen de sélection vers le quatrième moyen de traitement , une information relative à l'instant de fin d'alternance d'une portion de signal précédant directement le signal échantillon.
- l'étape de calcul, avec le deuxième moyen de traitement, du taux de
- la première fréquence de coupure est égale à la fréquence maximale observable sur le réseau à fréquence variable, et en ce que la deuxième fréquence de coupure est inférieure ou égale au double de la valeur de la fréquence minimale observable sur le réseau à fréquence variable.
- la première fréquence de coupure est égale à 800 Hz et en ce que la deuxième fréquence de coupure est égale à 600 Hz.
- l'étape de sélection, avec le premier moyen de traitement, d'une alternance unique du signal d'entrée comporte les différentes opérations consistant à :
- réaliser, au moyen d'un quatrième moyen de traitement et sur un signal tronqué correspondant au signal d'entrée sur un intervalle de temps préalablement déterminé, une analyse fréquentielle du signal tronqué, pour identifier un contenu fréquentiel et la fréquence du fondamental du signal d'entrée;
- identifier, au moyen d'un cinquième moyen de traitement, une date de début et une date de fin de cycle du fondamental ;
- sélectionner, avec un moyen de sélection, un intervalle temporel correspondant à une période du signal d'entrée en reportant sur le signal tronqué les dates de début et de fin de cycle du fondamental identifiées.
- le procédé comporte l'étape préalable consistant à transmettre, depuis le moyen de sélection vers le quatrième moyen de traitement , une information relative à l'instant de fin d'alternance d'une portion de signal précédant directement le signal échantillon.
- l'étape de calcul, avec le deuxième moyen de traitement, du taux de
6 distorsion harmonique du signal échantillon comporte les opérations consistant à :
- réaliser une analyse fréquentielle complète du signal échantillon pour déterminer l'amplitude de chacune des harmoniques du signal échantillon ;
- appliquer aux amplitudes déterminées une formule de calcul du taux de distorsion harmonique adaptée à une approche fréquentielle du signal à
traiter.
- l'étape de calcul, avec le deuxième moyen de traitement, du taux de distorsion harmonique du signal échantillon comporte les opérations consistant à :
- calculer les valeurs efficaces du signal complet et du fondamental ;
- appliquer aux valeurs efficaces calculées une formule de calcul du taux de distorsion harmonique adaptée à une approche temporelle du signal à
traiter.
- le signal d'entrée est un signal numérique.
- le signal d'entrée est un signal analogique.
La présente invention se rapporte également à un dispositif de détermination instantanée d'un taux de distorsion sur des signaux d'un réseau électrique alternatif, apte à mettre en oeuvre au moins un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, ledit dispositif recevant en entrée un signal d'entrée, caractérisé en ce que le dispositif comporte notamment :
- un premier moyen de traitement pour sélectionner une période unique du signal d'entrée pour obtenir un signal échantillon;
- un deuxième moyen de traitement, recevant en entrée le signal échantillon, pour calculer le taux de distorsion harmonique du signal échantillon reçu.
Outre les caractéristiques principales qui viennent d'être mentionnées dans le paragraphe précédent, le dispositif selon l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes :
- le réseau électrique alternatif est un réseau à fréquence variable ;
- le premier moyen de traitement comporte :
- un dispositif de filtrage filtrant la fréquence du fondamental du signal d'entrée, pour obtenir un signal filtré à traiter;
- un troisième moyen de traitement identifiant la période du signal filtré à
- réaliser une analyse fréquentielle complète du signal échantillon pour déterminer l'amplitude de chacune des harmoniques du signal échantillon ;
- appliquer aux amplitudes déterminées une formule de calcul du taux de distorsion harmonique adaptée à une approche fréquentielle du signal à
traiter.
- l'étape de calcul, avec le deuxième moyen de traitement, du taux de distorsion harmonique du signal échantillon comporte les opérations consistant à :
- calculer les valeurs efficaces du signal complet et du fondamental ;
- appliquer aux valeurs efficaces calculées une formule de calcul du taux de distorsion harmonique adaptée à une approche temporelle du signal à
traiter.
- le signal d'entrée est un signal numérique.
- le signal d'entrée est un signal analogique.
La présente invention se rapporte également à un dispositif de détermination instantanée d'un taux de distorsion sur des signaux d'un réseau électrique alternatif, apte à mettre en oeuvre au moins un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, ledit dispositif recevant en entrée un signal d'entrée, caractérisé en ce que le dispositif comporte notamment :
- un premier moyen de traitement pour sélectionner une période unique du signal d'entrée pour obtenir un signal échantillon;
- un deuxième moyen de traitement, recevant en entrée le signal échantillon, pour calculer le taux de distorsion harmonique du signal échantillon reçu.
Outre les caractéristiques principales qui viennent d'être mentionnées dans le paragraphe précédent, le dispositif selon l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes :
- le réseau électrique alternatif est un réseau à fréquence variable ;
- le premier moyen de traitement comporte :
- un dispositif de filtrage filtrant la fréquence du fondamental du signal d'entrée, pour obtenir un signal filtré à traiter;
- un troisième moyen de traitement identifiant la période du signal filtré à
7 traiter et les instants de début et de fin d'alternance du signal filtré à
traiter en détectant des passages par zéro du fondamental présent dans le signal filtré à traiter ;
- un moyen de sélection déterminant le signal échantillon en reportant sur le signal d'entrée les instants de début et de fin d'alternance du signal traité
identifiés.
- le dispositif de filtrage comporte un premier filtre présentant une première fréquence de coupure et un deuxième filtre présentant une deuxième fréquence de coupure, le premier filtre et le deuxième filtre recevant le signal d'entrée et produisant respectivement un premier signal filtré et un deuxième signal filtré, et le troisième moyen de traitement comporte : -un premier moyen de détection de passage par zéros et un deuxième moyen de détection de passage par zéro, recevant respectivement le premier signal filtré et le deuxième signal filtré, et produisant des informations relatives au passage par zéro respectivement du premier signal filtré et du deuxième signal filtré ; -un unique comparateur logique recevant les informations relatives au passage par zéro et interprétant lesdites informations obtenues pour déterminer la fréquence du fondamental à considérer.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent :
- à la figure 1, une représentation schématique et générale du dispositif selon l'invention ;
- à la figure 2, un premier exemple de réalisation schématique d'un premier moyen de traitement intervenant dans le dispositif selon l'invention ;
- à la figure 3, un deuxième exemple de réalisation schématique du premier moyen de traitement intervenant dans le dispositif selon l'invention ;
- à la figure 4, un exemple de réalisation détaillé de l'exemple de réalisation de la figure 2;
à la figure 5, un premier exemple de réalisation schématique d'un deuxième moyen de traitement intervenant dans le dispositif selon l'invention ;
traiter en détectant des passages par zéro du fondamental présent dans le signal filtré à traiter ;
- un moyen de sélection déterminant le signal échantillon en reportant sur le signal d'entrée les instants de début et de fin d'alternance du signal traité
identifiés.
- le dispositif de filtrage comporte un premier filtre présentant une première fréquence de coupure et un deuxième filtre présentant une deuxième fréquence de coupure, le premier filtre et le deuxième filtre recevant le signal d'entrée et produisant respectivement un premier signal filtré et un deuxième signal filtré, et le troisième moyen de traitement comporte : -un premier moyen de détection de passage par zéros et un deuxième moyen de détection de passage par zéro, recevant respectivement le premier signal filtré et le deuxième signal filtré, et produisant des informations relatives au passage par zéro respectivement du premier signal filtré et du deuxième signal filtré ; -un unique comparateur logique recevant les informations relatives au passage par zéro et interprétant lesdites informations obtenues pour déterminer la fréquence du fondamental à considérer.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent :
- à la figure 1, une représentation schématique et générale du dispositif selon l'invention ;
- à la figure 2, un premier exemple de réalisation schématique d'un premier moyen de traitement intervenant dans le dispositif selon l'invention ;
- à la figure 3, un deuxième exemple de réalisation schématique du premier moyen de traitement intervenant dans le dispositif selon l'invention ;
- à la figure 4, un exemple de réalisation détaillé de l'exemple de réalisation de la figure 2;
à la figure 5, un premier exemple de réalisation schématique d'un deuxième moyen de traitement intervenant dans le dispositif selon l'invention ;
8 - à la figure 6, un deuxième exemple de réalisation schématique du deuxième moyen de traitement intervenant dans le dispositif selon l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DES FORMES DE REALISATION
PREFEREES DE L'INVENTION
Les différents éléments apparaissant sur plusieurs figures auront gardé, sauf précision contraire, la même référence.
La figure 1 montre de façon très schématique un exemple 100 de dispositif selon l'invention. Un signal d'entrée Sin est fourni par le réseau électrique à fréquence variable. Le signal d'entrée Sin est reçu par un premier moyen de traitement 1, qui sélectionne, selon une première étape du procédé selon l'invention, une unique période du signal d'entrée Sin. Bien que le réseau électrique considéré fournisse un courant alternatif à
fréquence variable, on parle ici de période du signal d'entrée pour désigner la période du signal d'entrée caractérisant, pendant une fenêtre temporelle donnée, ledit signal d'entrée ;ce dernier étant effectivement périodique sur la fenêtre temporelle considérée.
La période unique sélectionnée par le premier moyen de traitement lest alors transmise, par l'intermédiaire d'un signal échantillon Sper, à un deuxième moyen de traitement 2 du dispositif selon l'invention. Le deuxième moyen de traitement 2 réalise, selon une deuxième étape du procédé selon l'invention, un calcul de THD pour chaque période de signal qui lui est transmise par l'intermédiaire du signal échantillon Sper. Ainsi, pour chaque période du signal d'entrée Sin, qui est transmise au deuxième moyen de traitement par l'intermédiaire du signal échantillon Sper, le dispositif selon l'invention est en mesure de réaliser un calcul de THD, et de fournir , sous la forme d'un signal de sortie Sout, une valeur numérique, ou, dans le cas d'un traitement entièrement analogique, une forme analogique du résultat du calcul.
D'une façon générale, le traitement des signaux qui vient d'être décrit, est mis en oeuvre soit directement sur des signaux analogiques, soit sur des échantillons numériques, obtenus de manière classique par passage d'un signal analogique dans un convertisseur analogique/numérique.
La figure 2 montre un premier exemple de réalisation du premier moyen de traitement 1. Dans cet exemple, le premier moyen de traitement 1
DESCRIPTION DETAILLEE DES FORMES DE REALISATION
PREFEREES DE L'INVENTION
Les différents éléments apparaissant sur plusieurs figures auront gardé, sauf précision contraire, la même référence.
La figure 1 montre de façon très schématique un exemple 100 de dispositif selon l'invention. Un signal d'entrée Sin est fourni par le réseau électrique à fréquence variable. Le signal d'entrée Sin est reçu par un premier moyen de traitement 1, qui sélectionne, selon une première étape du procédé selon l'invention, une unique période du signal d'entrée Sin. Bien que le réseau électrique considéré fournisse un courant alternatif à
fréquence variable, on parle ici de période du signal d'entrée pour désigner la période du signal d'entrée caractérisant, pendant une fenêtre temporelle donnée, ledit signal d'entrée ;ce dernier étant effectivement périodique sur la fenêtre temporelle considérée.
La période unique sélectionnée par le premier moyen de traitement lest alors transmise, par l'intermédiaire d'un signal échantillon Sper, à un deuxième moyen de traitement 2 du dispositif selon l'invention. Le deuxième moyen de traitement 2 réalise, selon une deuxième étape du procédé selon l'invention, un calcul de THD pour chaque période de signal qui lui est transmise par l'intermédiaire du signal échantillon Sper. Ainsi, pour chaque période du signal d'entrée Sin, qui est transmise au deuxième moyen de traitement par l'intermédiaire du signal échantillon Sper, le dispositif selon l'invention est en mesure de réaliser un calcul de THD, et de fournir , sous la forme d'un signal de sortie Sout, une valeur numérique, ou, dans le cas d'un traitement entièrement analogique, une forme analogique du résultat du calcul.
D'une façon générale, le traitement des signaux qui vient d'être décrit, est mis en oeuvre soit directement sur des signaux analogiques, soit sur des échantillons numériques, obtenus de manière classique par passage d'un signal analogique dans un convertisseur analogique/numérique.
La figure 2 montre un premier exemple de réalisation du premier moyen de traitement 1. Dans cet exemple, le premier moyen de traitement 1
9 est constitué d'un dispositif de filtrage 11, d'un troisième moyen de traitement 12, d'un dispositif de sélection 15, et d'un circuit d'itération 16.
Le dispositif de filtrage 11 reçoit en entrée le signal d'entrée Sin ;sa fonction est de filtrer le signal d'entrée Sin pour ne conserver que les fréquences proches de la fréquence de la composante fondamentale, aussi appelée fondamental, du signal d'entrée Sin, et fournir ainsi un signal filtré
à
traiter Sf. Le signal filtré à traiter Sf est ensuite transmis au troisième moyen de traitement 12, dont la fonction est de réaliser une opération de détection de passage par zéro du fondamental, afin d'identifier la période du signal filtré Sf et les instants de début d'alternance et de fin d'alternance du signal filtré Sf.
D'une façon générale, on désigne par le terme alternance la portion de signal comprise entre un premier instant, dit de début d'alternance, et un deuxième instant, dit de fin d'alternance, les amplitudes du signal aux instants de début d'alternance et de fin d'alternance étant égales, mais pas nécessairement nulle, le signal considéré ayant évolué sur une unique période entière entre les instants de début d'alternance et de fin d'alternance. Le terme cycle désigne une alternance particulière, pour laquelle les amplitudes constatées aux instants - ou dates - de début et de fin d'alternance sont nulles.
Des informations relatives aux instants de début et de fin d'alternance sont transmises sous la forme d'un signal Sp à une première entrée d'un dispositif de sélection, qui reçoit par ailleurs, au niveau d'une deuxième entrée, le signal d'entrée Sin. Le dispositif de sélection 15 a alors pour fonction de ne sélectionner, en reportant les instants de début d'alternance et de fin d'alternance sur le signal d'entrée Sin, qu'une unique période du signal d'entrée Sin, la période ainsi sélectionnée correspondant au signal échantillon Sper qui est alors transmis au deuxième moyen de traitement 2.
Simultanément à la transmission du signal échantillon Sper au deuxième moyen de traitement 2, un premier signal d'information Sm, correspondant à des informations de fin de traitement et comportant notamment l'instant de fin d'alternance de la période du signal Sin qui vient d'être traitée, sont transmises depuis le moyen de sélection 15 vers un circuit d'itération 16. Ce dernier exploite ces informations pour transmettre, par l'intermédiaire d'un deuxième signal d'information Sn, une donnée d'entrée au troisième moyen de traitement 12, ce dernier étant apte à extraire du deuxième signal d'information Sn une information de début d'alternance de la prochaine période du signal Sin à traiter. Cette dernière sera donc la période directement suivante du signal Sin, la totalité du signal Sin pouvant 5 ainsi être traitée.
La figure 3 montre un deuxième exemple de réalisation du premier moyen de traitement 1. Dans cet exemple, le premier moyen de traitement 1 est constitué d'un quatrième moyen de traitement 13, d'un cinquième moyen de traitement 14, du dispositif de sélection 15, et du circuit d'itération 16.
Le dispositif de filtrage 11 reçoit en entrée le signal d'entrée Sin ;sa fonction est de filtrer le signal d'entrée Sin pour ne conserver que les fréquences proches de la fréquence de la composante fondamentale, aussi appelée fondamental, du signal d'entrée Sin, et fournir ainsi un signal filtré
à
traiter Sf. Le signal filtré à traiter Sf est ensuite transmis au troisième moyen de traitement 12, dont la fonction est de réaliser une opération de détection de passage par zéro du fondamental, afin d'identifier la période du signal filtré Sf et les instants de début d'alternance et de fin d'alternance du signal filtré Sf.
D'une façon générale, on désigne par le terme alternance la portion de signal comprise entre un premier instant, dit de début d'alternance, et un deuxième instant, dit de fin d'alternance, les amplitudes du signal aux instants de début d'alternance et de fin d'alternance étant égales, mais pas nécessairement nulle, le signal considéré ayant évolué sur une unique période entière entre les instants de début d'alternance et de fin d'alternance. Le terme cycle désigne une alternance particulière, pour laquelle les amplitudes constatées aux instants - ou dates - de début et de fin d'alternance sont nulles.
Des informations relatives aux instants de début et de fin d'alternance sont transmises sous la forme d'un signal Sp à une première entrée d'un dispositif de sélection, qui reçoit par ailleurs, au niveau d'une deuxième entrée, le signal d'entrée Sin. Le dispositif de sélection 15 a alors pour fonction de ne sélectionner, en reportant les instants de début d'alternance et de fin d'alternance sur le signal d'entrée Sin, qu'une unique période du signal d'entrée Sin, la période ainsi sélectionnée correspondant au signal échantillon Sper qui est alors transmis au deuxième moyen de traitement 2.
Simultanément à la transmission du signal échantillon Sper au deuxième moyen de traitement 2, un premier signal d'information Sm, correspondant à des informations de fin de traitement et comportant notamment l'instant de fin d'alternance de la période du signal Sin qui vient d'être traitée, sont transmises depuis le moyen de sélection 15 vers un circuit d'itération 16. Ce dernier exploite ces informations pour transmettre, par l'intermédiaire d'un deuxième signal d'information Sn, une donnée d'entrée au troisième moyen de traitement 12, ce dernier étant apte à extraire du deuxième signal d'information Sn une information de début d'alternance de la prochaine période du signal Sin à traiter. Cette dernière sera donc la période directement suivante du signal Sin, la totalité du signal Sin pouvant 5 ainsi être traitée.
La figure 3 montre un deuxième exemple de réalisation du premier moyen de traitement 1. Dans cet exemple, le premier moyen de traitement 1 est constitué d'un quatrième moyen de traitement 13, d'un cinquième moyen de traitement 14, du dispositif de sélection 15, et du circuit d'itération 16.
10 Le quatrième moyen de traitement 13 reçoit en entrée le signal d'entrée Sin, dont il extrait une portion correspondant à une fenêtre temporelle préalablement définie du signal Sin et formant un signal tronqué ;la fonction du quatrième moyen de traitement 13 est de réaliser une analyse fréquentielle du signal tronqué, afin d'en extraire le contenu fréquentiel et d'identifier la fréquence du fondamental du signal tronqué. Les informations élaborées par le quatrième moyen de traitement 13 sont transmises, sous la forme d'un troisième signal d'information Sg au cinquième moyen de traitement 14, dont la fonction est de déterminer, à
partir des informations fréquentielles transmises, les instants de début et de fin d'alternance du signal d'entrée Sin, correspondant aux dates de début de cycle et de fin de cycle du fondamental du signal tronqué.
Comme dans le premier exemple, les informations relatives aux instants de début et de fin d'alternance sont transmises sous la forme du signal d'information Sp à la première entrée du dispositif de sélection 15, dont le fonctionnement est le même que celui décrit au premier exemple.
Les signaux fournis et reçus par le circuit d'itération 16 sont identiques à ceux du premier exemple décrit. Cependant, dans le deuxième exemple, le deuxième signal d'information Sn est transmis au quatrième moyen de traitement 13, qui a ainsi connaissance de la nouvelle date à partir de laquelle la recherche du fondamental du signal d'entrée doit être recherchée.
La figure 4 montre un exemple de réalisation détaillé correspondant au dispositif plus général représenté sur la figure 2. Cet exemple détaillé, est particulièrement adapté au cas où la fréquence du fondamental du signal d'entrée Sin est susceptible de varier sur une plage de fréquences comprise entre une fréquence minimale et une fréquence maximale supérieure au
partir des informations fréquentielles transmises, les instants de début et de fin d'alternance du signal d'entrée Sin, correspondant aux dates de début de cycle et de fin de cycle du fondamental du signal tronqué.
Comme dans le premier exemple, les informations relatives aux instants de début et de fin d'alternance sont transmises sous la forme du signal d'information Sp à la première entrée du dispositif de sélection 15, dont le fonctionnement est le même que celui décrit au premier exemple.
Les signaux fournis et reçus par le circuit d'itération 16 sont identiques à ceux du premier exemple décrit. Cependant, dans le deuxième exemple, le deuxième signal d'information Sn est transmis au quatrième moyen de traitement 13, qui a ainsi connaissance de la nouvelle date à partir de laquelle la recherche du fondamental du signal d'entrée doit être recherchée.
La figure 4 montre un exemple de réalisation détaillé correspondant au dispositif plus général représenté sur la figure 2. Cet exemple détaillé, est particulièrement adapté au cas où la fréquence du fondamental du signal d'entrée Sin est susceptible de varier sur une plage de fréquences comprise entre une fréquence minimale et une fréquence maximale supérieure au
11 double de la fréquence minimale. C'est le cas, par exemple, pour les réseaux électriques à fréquence variable dont la fréquence peut varier sur une plage allant de 360 Hz à 800 Hz.
Pour de tels réseaux électriques, il est délicat de proposer un filtrage dans lequel on garantit de couper dans tous les cas une première harmonique du signal d'entrée, tout en garantissant de filtrer - c'est-à-dire de laisser passer -, toujours dans tous les cas, la composante fondamentale du signal d'entrée. En effet, dans le cas où la composante fondamentale est comprise entre 360 Hz et 400 Hz, la fréquence de la première harmonique sera comprise entre 720 Hz et 800 Hz, c'est-à-dire encore dans la plage de fréquence possible pour une composante fondamentale d'un signal d'entrée du réseau considéré. Le troisième moyen de traitement 12 risque alors d'identifier la première harmonique à une composante fondamentale.
Il faut donc être en mesure de couper, grâce au dispositif de filtrage 11, un signal compris entre 720 Hz et 800 Hz lorsque ce signal correspond à
une première harmonique du signal d'entrée Sin, et filtrer un tel signal lorsqu'il correspond à une composante fondamental du signal d'entrée Sin, ceci dans le but de fournir un signal filtré Sf exploitable au troisième moyen de traitement 12.
Pour répondre à cette attente, on propose, dans l'exemple de la figure 4, de réaliser le dispositif de filtrage 11 au moyen d'un premier filtre 111 et d'un deuxième filtre 112, le premier filtre et le deuxième filtre étant par exemple des filtres passe-bas ayant des fréquences de coupure différentes, respectivement égales à 800 Hz et 600 Hz dans l'exemple considéré. Dans d'autres exemples de réalisation, les fréquences de coupure choisies sont différentes de celles mentionnées. Avantageusement, on choisit une première fréquence de coupure comprise entre 750 Hz et 850 Hz, et une deuxième fréquence de coupure comprise entre 550 Hz et 650 Hz. Le premier filtre 111 et le deuxième filtre 112 reçoivent chacun en entrée le signal d'entrée Sin, qui est préalablement dupliqué, et produisent respectivement un premier signal filtré Sf1 et un deuxième signal filtré Sf2.
Le premier signal filtré Sf1 et le deuxième signal filtré Sf2 sont respectivement transmis à un premier module 121 et à un deuxième module 121' du troisième moyen de traitement 12, le premier module et le deuxième module étant des moyens de détection de passage par zéro qui sont, dans
Pour de tels réseaux électriques, il est délicat de proposer un filtrage dans lequel on garantit de couper dans tous les cas une première harmonique du signal d'entrée, tout en garantissant de filtrer - c'est-à-dire de laisser passer -, toujours dans tous les cas, la composante fondamentale du signal d'entrée. En effet, dans le cas où la composante fondamentale est comprise entre 360 Hz et 400 Hz, la fréquence de la première harmonique sera comprise entre 720 Hz et 800 Hz, c'est-à-dire encore dans la plage de fréquence possible pour une composante fondamentale d'un signal d'entrée du réseau considéré. Le troisième moyen de traitement 12 risque alors d'identifier la première harmonique à une composante fondamentale.
Il faut donc être en mesure de couper, grâce au dispositif de filtrage 11, un signal compris entre 720 Hz et 800 Hz lorsque ce signal correspond à
une première harmonique du signal d'entrée Sin, et filtrer un tel signal lorsqu'il correspond à une composante fondamental du signal d'entrée Sin, ceci dans le but de fournir un signal filtré Sf exploitable au troisième moyen de traitement 12.
Pour répondre à cette attente, on propose, dans l'exemple de la figure 4, de réaliser le dispositif de filtrage 11 au moyen d'un premier filtre 111 et d'un deuxième filtre 112, le premier filtre et le deuxième filtre étant par exemple des filtres passe-bas ayant des fréquences de coupure différentes, respectivement égales à 800 Hz et 600 Hz dans l'exemple considéré. Dans d'autres exemples de réalisation, les fréquences de coupure choisies sont différentes de celles mentionnées. Avantageusement, on choisit une première fréquence de coupure comprise entre 750 Hz et 850 Hz, et une deuxième fréquence de coupure comprise entre 550 Hz et 650 Hz. Le premier filtre 111 et le deuxième filtre 112 reçoivent chacun en entrée le signal d'entrée Sin, qui est préalablement dupliqué, et produisent respectivement un premier signal filtré Sf1 et un deuxième signal filtré Sf2.
Le premier signal filtré Sf1 et le deuxième signal filtré Sf2 sont respectivement transmis à un premier module 121 et à un deuxième module 121' du troisième moyen de traitement 12, le premier module et le deuxième module étant des moyens de détection de passage par zéro qui sont, dans
12 cet exemple, identiques. Les informations de détection de passage par zéro élaborées par les modules 121 et 121' sont ensuite transmises à un comparateur logique 122 du troisième moyen de traitement 12 qui, en fonction desdites informations de détection de passage par zéro, détermine la fréquence du fondamental à considérer. Cette détermination est réalisée comme suit:
- lorsque la fréquence réelle du fondamental est comprise entre 360 Hz et 400 Hz, la fréquence des signaux détectés dans le premier signal filtré
Sf1 sera comprise entre 720 Hz et 800 Hz, correspondant à la première harmonique, et la fréquence des signaux détectés dans le deuxième signal filtré Sf2 sera comprise entre 360 Hz et 400 Hz ;
- lorsque la fréquence réelle du fondamental est comprise entre 400 Hz et 600 Hz, la fréquence des signaux détectés dans le premier signal filtré
Sf1 sera comprise entre 400 Hz et 600 Hz, et la fréquence des signaux détectés dans le deuxième signal filtré Sf2 sera également comprise entre 400 Hz et 800 Hz;
- lorsque la fréquence réelle du fondamental est comprise entre 600 Hz et 800 Hz, la fréquence des signaux détectés dans le premier signal filtré
Sf1 sera comprise entre 600 Hz et 800 Hz, et aucun signal ne sera détecté
dans le deuxième signal filtré Sf2, le signal d'entrée étant ici totalement coupé par le deuxième filtre 112.
Ainsi, lorsque le comparateur logique 122 détecte la présence de signaux différents provenant du premier filtre 111 et du deuxième filtre 112, il considère uniquement le deuxième signal filtré Sf2 en provenance du deuxième filtre 112 comme contenant le fondamental du signal d'entrée ;
lorsque le comparateur logique 122 détecte la présence de signaux identiques provenant du premier filtre 111 et du deuxième filtre 112, il considère indifféremment le premier signal filtré Sf1 ou le deuxième signal filtré Sf2 comme contenant le fondamental du signal d'entrée ; lorsque le comparateur logique 122 détecte la présence d'un signal provenant du premier filtre 111 et l'absence de signal provenant du deuxième filtre 112, il considère uniquement le premier signal filtré Sf1 en provenance du premier filtre 111 comme contenant le fondamental du signal d'entrée.
Le comparateur logique 122 permet ainsi de transmettre, après traitement par les modules 121 ou 121', le bon signal filtré, c'est-à-dire celui
- lorsque la fréquence réelle du fondamental est comprise entre 360 Hz et 400 Hz, la fréquence des signaux détectés dans le premier signal filtré
Sf1 sera comprise entre 720 Hz et 800 Hz, correspondant à la première harmonique, et la fréquence des signaux détectés dans le deuxième signal filtré Sf2 sera comprise entre 360 Hz et 400 Hz ;
- lorsque la fréquence réelle du fondamental est comprise entre 400 Hz et 600 Hz, la fréquence des signaux détectés dans le premier signal filtré
Sf1 sera comprise entre 400 Hz et 600 Hz, et la fréquence des signaux détectés dans le deuxième signal filtré Sf2 sera également comprise entre 400 Hz et 800 Hz;
- lorsque la fréquence réelle du fondamental est comprise entre 600 Hz et 800 Hz, la fréquence des signaux détectés dans le premier signal filtré
Sf1 sera comprise entre 600 Hz et 800 Hz, et aucun signal ne sera détecté
dans le deuxième signal filtré Sf2, le signal d'entrée étant ici totalement coupé par le deuxième filtre 112.
Ainsi, lorsque le comparateur logique 122 détecte la présence de signaux différents provenant du premier filtre 111 et du deuxième filtre 112, il considère uniquement le deuxième signal filtré Sf2 en provenance du deuxième filtre 112 comme contenant le fondamental du signal d'entrée ;
lorsque le comparateur logique 122 détecte la présence de signaux identiques provenant du premier filtre 111 et du deuxième filtre 112, il considère indifféremment le premier signal filtré Sf1 ou le deuxième signal filtré Sf2 comme contenant le fondamental du signal d'entrée ; lorsque le comparateur logique 122 détecte la présence d'un signal provenant du premier filtre 111 et l'absence de signal provenant du deuxième filtre 112, il considère uniquement le premier signal filtré Sf1 en provenance du premier filtre 111 comme contenant le fondamental du signal d'entrée.
Le comparateur logique 122 permet ainsi de transmettre, après traitement par les modules 121 ou 121', le bon signal filtré, c'est-à-dire celui
13 contenant le fondamental du signal d'entrée Sin, au moyen de sélection 15.
Le calcul du THD réalisé par le deuxième moyen de traitement 2 peut ensuite s'effectuer selon différentes méthodes. Dans une première méthode, classique, le deuxième moyen de traitement 2 procède à une analyse fréquentielle complète du signal échantillon Sper qu'il reçoit, en en établissant le spectre de fréquence, c'est-à-dire en en extrayant les valeurs des amplitudes de chacune des harmoniques et du fondamental du signal considéré. Une fois ces valeurs déterminées, on leur applique la formule (1) précédemment donnée.
Dans une deuxième méthode, on réalise une approche temporelle du signal à traiter. Une telle méthode apparaît comme plus efficace en terme de temps de calcul, et donc plus adaptée à des applications temps réel, et est utilisable sur des signaux numériques comme sur des signaux analogiques.
Dans une telle approche, ce sont les valeurs efficaces des différents signaux intervenant qu'il faut considérer.
Dans un premier exemple de réalisation d'une telle approche, représenté schématiquement à la figure 5, le deuxième moyen de traitement 2, qui reçoit en entrée le signal échantillon Sper comporte un premier module de traitement 21 qui, à partir du signal échantillon Sper, élabore un signal Sfond, relatif à la fréquence du fondamental, qui ne comporte que le contenu fréquentiel relatif à la fréquence du fondamental du signal. A cet effet, le premier module de traitement fait, par exemple, intervenir une opération de filtrage, numérique ou analogique selon la nature du signal Sper, en particulier avec un filtre passe-bande centré sur le fondamental. Un deuxième module de traitement 22 du deuxième moyen de traitement 2 exploite alors le signal Sfond ainsi que le signal échantillon Sper pour réaliser un calcul de THD selon la formule (2) suivante Formule (2) : THD=100*~((VsperNstond)2-1) OU Vsper représente la valeur efficace du signal échantillon Sper, et où
Vsfond représente la valeur efficace du signal Sfond.
Dans un deuxième exemple de réalisation d'une telle approche, représenté schématiquement à la figure 6, le deuxième moyen de traitement 2, qui reçoit en entrée le signal échantillon Sper comporte un troisième module de traitement 23 qui, à partir du signal échantillon Sper, sépare le signal Sfond relatif à la fréquence du fondamental d'un signal
Le calcul du THD réalisé par le deuxième moyen de traitement 2 peut ensuite s'effectuer selon différentes méthodes. Dans une première méthode, classique, le deuxième moyen de traitement 2 procède à une analyse fréquentielle complète du signal échantillon Sper qu'il reçoit, en en établissant le spectre de fréquence, c'est-à-dire en en extrayant les valeurs des amplitudes de chacune des harmoniques et du fondamental du signal considéré. Une fois ces valeurs déterminées, on leur applique la formule (1) précédemment donnée.
Dans une deuxième méthode, on réalise une approche temporelle du signal à traiter. Une telle méthode apparaît comme plus efficace en terme de temps de calcul, et donc plus adaptée à des applications temps réel, et est utilisable sur des signaux numériques comme sur des signaux analogiques.
Dans une telle approche, ce sont les valeurs efficaces des différents signaux intervenant qu'il faut considérer.
Dans un premier exemple de réalisation d'une telle approche, représenté schématiquement à la figure 5, le deuxième moyen de traitement 2, qui reçoit en entrée le signal échantillon Sper comporte un premier module de traitement 21 qui, à partir du signal échantillon Sper, élabore un signal Sfond, relatif à la fréquence du fondamental, qui ne comporte que le contenu fréquentiel relatif à la fréquence du fondamental du signal. A cet effet, le premier module de traitement fait, par exemple, intervenir une opération de filtrage, numérique ou analogique selon la nature du signal Sper, en particulier avec un filtre passe-bande centré sur le fondamental. Un deuxième module de traitement 22 du deuxième moyen de traitement 2 exploite alors le signal Sfond ainsi que le signal échantillon Sper pour réaliser un calcul de THD selon la formule (2) suivante Formule (2) : THD=100*~((VsperNstond)2-1) OU Vsper représente la valeur efficace du signal échantillon Sper, et où
Vsfond représente la valeur efficace du signal Sfond.
Dans un deuxième exemple de réalisation d'une telle approche, représenté schématiquement à la figure 6, le deuxième moyen de traitement 2, qui reçoit en entrée le signal échantillon Sper comporte un troisième module de traitement 23 qui, à partir du signal échantillon Sper, sépare le signal Sfond relatif à la fréquence du fondamental d'un signal
14 complémentaire Sharm, correspondant au signal échantillon Sper auquel a été retiré le signal Sfond. A cet effet, le premier module de traitement fait, par exemple, intervenir une opération de filtrage, numérique ou analogique selon la nature du signal Sper, avec notamment un filtre passe-bande centré
sur la fréquence du fondamental. Un quatrième module de traitement 24 du deuxième moyen de traitement 2 exploite alors les signaux Sfond et Sharm pour réaliser un calcul de THD selon la formule (3) suivante Formule (3) : THD=100*(VsharmNsfond) OU VSharm représente la valeur efficace du signal Sharm, et où VSfond représente la valeur efficace du signal Sfond.
Les formules (2) et (3) constituent ici des formules de calcul du taux de distorsion harmonique adaptées à une approche temporelle du signal à
traiter.
sur la fréquence du fondamental. Un quatrième module de traitement 24 du deuxième moyen de traitement 2 exploite alors les signaux Sfond et Sharm pour réaliser un calcul de THD selon la formule (3) suivante Formule (3) : THD=100*(VsharmNsfond) OU VSharm représente la valeur efficace du signal Sharm, et où VSfond représente la valeur efficace du signal Sfond.
Les formules (2) et (3) constituent ici des formules de calcul du taux de distorsion harmonique adaptées à une approche temporelle du signal à
traiter.
Claims (13)
1. Procédé de détermination instantanée d'un taux de distorsion sur un réseau électrique alternatif, comportant les étapes suivantes:
recevoir, depuis le réseau électrique, un signal d'entrée, sélectionner, avec un premier moyen de traitement, une période unique du signal d'entrée pour obtenir un signal échantillon, transmettre le signal échantillon à un deuxième moyen de traitement, et calculer le taux de distorsion harmonique du signal échantillon avec le deuxième moyen de traitement, dans lequel - le réseau électrique alternatif est un réseau électrique alternatif à
fréquence variable, le signal d'entrée étant un signal à fréquence variable, et - l'étape de sélection, avec le premier moyen de traitement, d'une période unique du signal d'entrée comporte, pour obtenir le signal échantillon, les opérations suivantes:
(a) filtrer le signal d'entrée au moyen d'un dispositif de filtrage filtrant une fréquence du fondamental du signal d'entrée pour obtenir un signal filtré à traiter, le dispositif de filtrage comportant un premier filtre présentant une première fréquence de coupure et un deuxième filtre présentant une deuxième fréquence de coupure, la première fréquence de coupure étant égale à une fréquence maximale observable sur le réseau à fréquence variable, la deuxième fréquence de coupure étant inférieure ou égale au double de la valeur d'une fréquence minimale observable sur le réseau à fréquence variable, le signal d'entrée étant transmis au premier filtre et au deuxième filtre produisant respectivement un premier signal filtré et un deuxième signal filtré
transmis respectivement à un premier moyen de détection de passage par zéro et à un deuxième moyen de détection de passage par zéro d'un troisième moyen de traitement produisant des informations relatives au passage par zéro et transmettant chacun à un unique comparateur logique du troisième moyen de traitement les informations de passage par zéro, et le comparateur logique interprétant lesdites informations obtenues pour déterminer la fréquence du fondamental du signal d'entrée et ainsi permettre au dispositif de filtrage de filtrer la fréquence du fondamental du signal d'entrée, (b) identifier la période du signal filtré à traiter et des instants de début et de fin d'alternance du signal filtré à traiter en détectant, au moyen du troisième moyen de traitement, des passages par zéro du fondamental présent dans le signal filtré à traiter, et (c) sélectionner, avec un moyen de sélection, le signal échantillon en reportant sur le signal d'entrée les instants de début et de fin d'alternance du signal filtré à traiter identifiés.
recevoir, depuis le réseau électrique, un signal d'entrée, sélectionner, avec un premier moyen de traitement, une période unique du signal d'entrée pour obtenir un signal échantillon, transmettre le signal échantillon à un deuxième moyen de traitement, et calculer le taux de distorsion harmonique du signal échantillon avec le deuxième moyen de traitement, dans lequel - le réseau électrique alternatif est un réseau électrique alternatif à
fréquence variable, le signal d'entrée étant un signal à fréquence variable, et - l'étape de sélection, avec le premier moyen de traitement, d'une période unique du signal d'entrée comporte, pour obtenir le signal échantillon, les opérations suivantes:
(a) filtrer le signal d'entrée au moyen d'un dispositif de filtrage filtrant une fréquence du fondamental du signal d'entrée pour obtenir un signal filtré à traiter, le dispositif de filtrage comportant un premier filtre présentant une première fréquence de coupure et un deuxième filtre présentant une deuxième fréquence de coupure, la première fréquence de coupure étant égale à une fréquence maximale observable sur le réseau à fréquence variable, la deuxième fréquence de coupure étant inférieure ou égale au double de la valeur d'une fréquence minimale observable sur le réseau à fréquence variable, le signal d'entrée étant transmis au premier filtre et au deuxième filtre produisant respectivement un premier signal filtré et un deuxième signal filtré
transmis respectivement à un premier moyen de détection de passage par zéro et à un deuxième moyen de détection de passage par zéro d'un troisième moyen de traitement produisant des informations relatives au passage par zéro et transmettant chacun à un unique comparateur logique du troisième moyen de traitement les informations de passage par zéro, et le comparateur logique interprétant lesdites informations obtenues pour déterminer la fréquence du fondamental du signal d'entrée et ainsi permettre au dispositif de filtrage de filtrer la fréquence du fondamental du signal d'entrée, (b) identifier la période du signal filtré à traiter et des instants de début et de fin d'alternance du signal filtré à traiter en détectant, au moyen du troisième moyen de traitement, des passages par zéro du fondamental présent dans le signal filtré à traiter, et (c) sélectionner, avec un moyen de sélection, le signal échantillon en reportant sur le signal d'entrée les instants de début et de fin d'alternance du signal filtré à traiter identifiés.
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel l'étape d'identification de la période du signal filtré à traiter et des instants de début et de fin d'alternance du signal filtré à traiter comporte une opération préalable supplémentaire consistant à transmettre, depuis le moyen de sélection vers le troisième moyen de traitement, une information relative à l'instant de fin d'alternance d'une portion de signal filtré précédant directement le signal échantillon.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel la première fréquence de coupure est égale à 800 Hz et en ce que la deuxième fréquence de coupure est égale à 600 Hz.
4. Procédé de détermination instantanée d'un taux de distorsion sur un réseau électrique alternatif, comportant les étapes suivantes:
recevoir, depuis le réseau électrique, un signal d'entrée, sélectionner, avec un premier moyen de traitement, une période unique du signal d'entrée pour obtenir un signal échantillon, transmettre le signal échantillon à un deuxième moyen de traitement, calculer le taux de distorsion harmonique du signal échantillon avec le deuxième moyen de traitement, dans lequel l'étape de sélection, avec le premier moyen de traitement, de la période unique du signal d'entrée comporte les différentes opérations suivantes:
- réaliser, au moyen d'un moyen d'analyse fréquentielle et sur un signal tronqué correspondant au signal d'entrée sur un intervalle de temps préalablement déterminé, une analyse fréquentielle du signal tronqué, pour identifier un contenu fréquentiel et une fréquence du fondamental du signal tronqué, - identifier, au moyen d'un moyen d'identification de dates, une date de début et une date de fin de cycle du fondamental, et - sélectionner, avec un moyen de sélection, un intervalle temporel correspondant à la période unique du signal d'entrée définissant le signal échantillon, en reportant sur le signal d'entrée les dates de début et de fin de cycle du fondamental identifiées.
recevoir, depuis le réseau électrique, un signal d'entrée, sélectionner, avec un premier moyen de traitement, une période unique du signal d'entrée pour obtenir un signal échantillon, transmettre le signal échantillon à un deuxième moyen de traitement, calculer le taux de distorsion harmonique du signal échantillon avec le deuxième moyen de traitement, dans lequel l'étape de sélection, avec le premier moyen de traitement, de la période unique du signal d'entrée comporte les différentes opérations suivantes:
- réaliser, au moyen d'un moyen d'analyse fréquentielle et sur un signal tronqué correspondant au signal d'entrée sur un intervalle de temps préalablement déterminé, une analyse fréquentielle du signal tronqué, pour identifier un contenu fréquentiel et une fréquence du fondamental du signal tronqué, - identifier, au moyen d'un moyen d'identification de dates, une date de début et une date de fin de cycle du fondamental, et - sélectionner, avec un moyen de sélection, un intervalle temporel correspondant à la période unique du signal d'entrée définissant le signal échantillon, en reportant sur le signal d'entrée les dates de début et de fin de cycle du fondamental identifiées.
5. Procédé selon la revendication 4 comprenant une étape préalable consistant à transmettre, depuis le moyen de sélection vers le moyen d'analyse fréquentielle, une information relative à l'instant de fin d'alternance d'une portion de signal précédant directement le signal échantillon.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel l'étape de calcul, avec le deuxième moyen de traitement, du taux de distorsion harmonique du signal échantillon comporte les opérations suivantes:
- réaliser une analyse fréquentielle complète du signal échantillon pour déterminer une amplitude de chacune des harmoniques du signal échantillon, et - appliquer aux amplitudes déterminées une formule de calcul du taux de distorsion harmonique adaptée à une approche fréquentielle du signal à
traiter.
- réaliser une analyse fréquentielle complète du signal échantillon pour déterminer une amplitude de chacune des harmoniques du signal échantillon, et - appliquer aux amplitudes déterminées une formule de calcul du taux de distorsion harmonique adaptée à une approche fréquentielle du signal à
traiter.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel l'étape de calcul, avec le deuxième moyen de traitement, du taux de distorsion harmonique du signal échantillon comporte les opérations suivantes:
- calculer des valeurs efficaces du signal complet et du fondamental, - appliquer aux valeurs efficaces calculées une formule de calcul du taux de distorsion harmonique adaptée à une approche temporelle du signal à
traiter.
- calculer des valeurs efficaces du signal complet et du fondamental, - appliquer aux valeurs efficaces calculées une formule de calcul du taux de distorsion harmonique adaptée à une approche temporelle du signal à
traiter.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel le signal d'entrée est un signal numérique.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel le signal d'entrée est un signal analogique.
10. Dispositif de détermination instantanée d'un taux de distorsion sur un réseau électrique alternatif, ledit dispositif recevant en entrée un signal d'entrée, et comportant:
- un premier moyen de traitement pour sélectionner une période unique du signal d'entrée pour obtenir un signal échantillon, - un deuxième moyen de traitement, recevant en entrée le signal échantillon, pour calculer le taux de distorsion harmonique du signal échantillon reçu, dans lequel e premier moyen de traitement comporte:
- un dispositif de filtrage filtrant une fréquence du fondamental du signal d'entrée pour obtenir un signal filtré à traiter, le dispositif de filtrage comportant (a) un premier filtre présentant une première fréquence de coupure et un deuxième filtre présentant une deuxième fréquence de coupure, le signal d'entrée étant transmis au premier filtre et au deuxième filtre produisant respectivement un premier signal filtré et un deuxième signal filtré, (b) un premier moyen de détection de passage par zéros et un deuxième moyen de détection de passage par zéro d'un troisième moyen de traitement, recevant respectivement le premier signal filtré et le deuxième signal filtré, et produisant des informations relatives au passage par zéro respectivement du premier signal filtré et du deuxième signal filtré, et (c) un unique comparateur logique du troisième moyen de traitement recevant les informations relatives au passage par zéro et interprétant lesdites informations obtenues pour déterminer la fréquence du fondamental du signal d'entrée et ainsi permettre au dispositif de filtrage de filtrer la fréquence du fondamental du signal d'entrée, et - ledit troisième moyen de traitement pour identifier la période du signal filtré à traiter et des instants de début et de fin d'alternance du signal filtré à traiter en détectant des passages par zéro du fondamental présent dans le signal filtré à traiter.
- un premier moyen de traitement pour sélectionner une période unique du signal d'entrée pour obtenir un signal échantillon, - un deuxième moyen de traitement, recevant en entrée le signal échantillon, pour calculer le taux de distorsion harmonique du signal échantillon reçu, dans lequel e premier moyen de traitement comporte:
- un dispositif de filtrage filtrant une fréquence du fondamental du signal d'entrée pour obtenir un signal filtré à traiter, le dispositif de filtrage comportant (a) un premier filtre présentant une première fréquence de coupure et un deuxième filtre présentant une deuxième fréquence de coupure, le signal d'entrée étant transmis au premier filtre et au deuxième filtre produisant respectivement un premier signal filtré et un deuxième signal filtré, (b) un premier moyen de détection de passage par zéros et un deuxième moyen de détection de passage par zéro d'un troisième moyen de traitement, recevant respectivement le premier signal filtré et le deuxième signal filtré, et produisant des informations relatives au passage par zéro respectivement du premier signal filtré et du deuxième signal filtré, et (c) un unique comparateur logique du troisième moyen de traitement recevant les informations relatives au passage par zéro et interprétant lesdites informations obtenues pour déterminer la fréquence du fondamental du signal d'entrée et ainsi permettre au dispositif de filtrage de filtrer la fréquence du fondamental du signal d'entrée, et - ledit troisième moyen de traitement pour identifier la période du signal filtré à traiter et des instants de début et de fin d'alternance du signal filtré à traiter en détectant des passages par zéro du fondamental présent dans le signal filtré à traiter.
11. Dispositif selon la revendication 10 dans lequel le réseau électrique alternatif est un réseau à fréquence variable, le signal d'entrée étant un signal à fréquence variable.
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 et 11 dans lequel le premier moyen de traitement comporte un moyen de sélection déterminant le signal échantillon en reportant sur le signal d'entrée les instants de début et de fin d'alternance du signal filtré à traiter identifiés.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 et 12 dans lequel la première fréquence de coupure est égale à une fréquence maximale observable sur le réseau à fréquence variable, et la deuxième fréquence de coupure est inférieure ou égale au double de la valeur d'une fréquence minimale observable sur le réseau à fréquence variable.
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