Phasemètre asservi
Les phasemètres connus présentent divers in convénients ; les uns sont sensibles aux divers harmoniques des signaux. La mesure de phase se borne alors, en fait, à une mesure de l'intervalle de temps qui sépare le passage des deux signaux périodiques par une même valeur.
Les phasemètres qui mesurent le déphasage entre les fondamentaux des signaux comprennent généralement un élément de filtrage qui limite leur emploi à une fréquence bien déterminée. Le moteur diphasé, jouant à la fois le rôle de moteur et de détecteur de phase, permet d'éviter cet inconvénient, mais son rendement en puissance est faible et rend difficile son emploi en tant que détecteur de phase dans un ensemble asservi.
Les phasemètres basés sur le principe de la multiplication des deux signaux sont généralement indépendants de la fréquence. Cette multiplication fournit un signal à fréquence nulle dont la valeur est proportionnelle au cosinus du déphasage qui existe entre les deux signaux.
La composante du signal de sortie à la fréquence 2f est facilement éliminée par un filtrage si ce dernier s'avère nécessaire. Ce type de phasemètre est moins sensible aux harmoniques que les phasemètres précédents.
Le plus connu des phasemètres à multiplication est le pont à quatre éléments redresseurs, communément appelé modulateur en anneau. Son inconvénient majeur réside dans le fait que la multiplication des deux signaux ne s'opère dans de bonnes conditions que lorsque ceux-ci sont de faible niveau. Au voisinage du déphasage D radian, bien que la sensibilité soit maximum, le signal utilisable est très faible en valeur absolue.
Le phasemètre asservi selon l'invention, est caractérisé en ce qu'il comprend un détecteur de phase constitué par un pont dont les bras comportent chacun au moins un élément redresseur et sur les diagonales duquel sont appliqués, l'un directement, l'autre par l'intermédiaire d'un déphaseur électromécanique, deux signaux d'entrée, le signal de sortie du détecteur de phase servant à actionner un moteur agissant sur le déphaseur électromécanique de manière à rendre constamment égal à une valeur prédéterminée le déphasage des signaux appliqués au détecteur de phase.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, deux formes d'exécution du phasemètre asservi faisant l'objet de l'invention.
La fig. 1 représente une première forme d'exécution.
La fig. 2 représente une seconde forme d'exécution destinée à un asservissement suivant une loi quelconque.
La fig. 3 est un schéma du détecteur de phase de ces deux formes d'exécution.
Le phasemètre asservi, représenté schématiquement à la fig. 1, comprend un détecteur de phase 1, dont le signal de sortie est amplifié par l'amplificateur 2 qui alimente le moteur 3 lié à un organe d'affichage ou de télécommande 4. Une boucle de réaction comprend les éléments 5 et 6 qui seront décrits en détail ci-après. Les tensions de même fréquence
E1 et E2 à comparer en phase sont appliquées res pectivement sur le détecteur de phase 1 et sur l'élément 6 qui est un déphaseur électromécanique.
Le détecteur de phase 1 dont le circuit est représanté fig. 3, est constitué par un pont de redresseurs 11, dans lequel chaque bras du pont comporte en série avec le redresseur 12 une résistance non linéaire 13. La tension E1 est appliquée par l'intermédiaire d'un transformateur 14 sur l'une des diagonales.
Sur la seconde diagonale est appliquée, par l'intermédiaire d'un transformateur 15, 2a tension de sortie E'1 du déphaseur électromécanique 6. Le signal de sortie de ce détecteur est recueilli aux bornes d'une résistance 16 branchée entre les prises médianes des secondaires des transformateurs 14 et 15.
La tension Et est appliquée sur l'une des diagonales. Sur la seconde diagonale est appliquée la tension de sortie du déphaseur électromagnétique 6.
Celui-ci est, par exemple, du type selsyn, utilisé selon un montage classique avec un réseau à résistance-capacité consistant à alimenter le rotor par une tension alternative à phase de référence et à brancher entre les enroulements du stator un réseau à résistance-capacité de valeurs telles que RcoC=l ce qui a pour effet de produire à la sortie une tension alternative d'amplitude constante et dont la phase est égale à l'angle de rotation imposé au rotor, à une constante près.
Dans le cas présent, le rotor est alimenté par la tension E, et orienté par l'élément 5.
Le signal de sortie du détecteur de phase 1 est envoyé à l'amplificateur 2.
Celui-ci peut être du type à courant continu si l'on désire utiliser un moteur à courant continu, à commande par l'induit, par exemple.
Si l'on désire utiliser un moteur à courant alternatif, un moteur diphasé par exemple, la sortie du détecteur de phase pourra être branchée sur un modulateur d'un type quelconque dont la tension de sortie sera amplifiée dans un amplificateur à courant alternatif qui commandera le moteur.
L'élément 5, commandé également par l'arbre de sortie du moteur 3, est constitué, selon le cas, par une multiplication, une démultiplication ou simplement un accouplement reliant cet arbre au rotor du déphaseur 6.
Ce phasemètre asservi fonctionne d'après le principe suivant: le déphaseur 6 est alimenté par la tension E2 de phase rp,. I1 fournit une tension E'J de phase zip', qui est comparée dans le détecteur de phase 1 avec la tension Et de phase cp. Ce détecteur fournit alors aux bornes de la résistance 16 une tension continue dont l'amplitude est proportionnelle au cosinus du déphasage entre E1 et E'. L'utilisation d'une résistance non linéaire en série avec le redresseur dans chaque bras du pont donne au détecteur une grande sensibilité en permettant l'application sur celui-ci de tension d'entrée à un niveau plus élevé.
On dispose alors à la sortie du détecteur, d'un courant de commande qui agit sur le moteur - et celuici sur le déphaseur - pour le faire tourner dans un sens tel que le déphasage de E1 et E; tende à devenir égal à 2 radian.
2
Si l'on désire que le déphasage entre El et E'1 tende à s'annuler, on intercalera, par exemple, entre
E1 et le détecteur de phase, un organe fournissant un déphasage fixe de la tension E1 de 2 dans le sens convenable.
L'utilisation de résistances non linéaires en série avec les redressleurs dans le pont du détecteur de phase présente l'avantage d'admettre des niveaux de tensions d'attaque plus élevés et donner un signal résultant à des niveaux également plus élevés.
L'influence des parasites est alors considérablement diminuée et le signal peut être largement amplifié sans que la sensibilité de l'appareil soit compromise.
Le phasemètre asservi précédent peut être avantageusement utilisé, moyennant certaines modifications, pour entraîneur une charge mécanique quelconque, la position de cette charge présentant une relation déterminée avec le déphasage entre deux tensions sinusoïdales de même fréquence. En désignant par x la grandeur d'entrée, et y la grandeur de sortie, l'asservissement permet de réaliser entre ces deux grandeurs, une relation du genre y = k x k étant une fonction quelconque liant y à x.
On va décrire un exemple d'un tel asservissement à une transmission angulaire, mais il va de soi que cet exemple n'est en rien limitatif, et que la grandeur d'entrée x peut prendre toute autre forme.
Sur la fig. 2, représentant le schéma de cette transmission, les éléments analogues à ceux de la fig. 1 portent les mêmes références.
L'élément 10 est l'organe de transformation de la grandeur d'entrée x en un signal électrique périodique dont la phase du premier harmonique est variable linéairement (rapport de proportionnalité égal par exemple à 1) avec la grandeur x. Dans le cas actuel, cet organe peut être un déphaseur électromécanique du genre du déphaseur 6 précédemment représenté sur la fig. 1.
Sur ce déphaseur est appliquée une tension sinu soidale provenant d'un générateur auxiliaire (non représenté) dont la phase (p0 est considérée comme la phase zéro et sert de référence.
L'enroulement mobile du déphaseur est orienté par l'information angulaire d'entrée, et le signal de sortie appliqué sur le détecteur de phase 1.
L'élément 6 est le dispositif transformant la grandeur de sortie de l'élément 5 en signal électrique périodique dont la phase du premier harmonique est variable linéairement (rapport de proportionnalité par exemple, égal à 1) avec la grandeur de sortie de l'élément 5. Cet élément sera également constitué par un déphaseur électromécanique. Les autres éléments du dispositif sont reliés de manière analogue à ceux de la fig. 1. I1 existe toutefois une différence, c'est que la tension E2 de phase 3 qui alimentait l'enroulement mobile du déphaseur 6 de la fig. 1, est remplacée par le même signal à phase de référence (Po que celui qui est envoyé sur le déphaseur 10.
Les remarques faites sur les éléments 2 et 3 restent valables, la nature de la charge et d'autres considérations (précision, vitesse de réponse, sta bilité ...) pouvant influer sur le choix d'un moteur à courant alternatif ou continu.
I1 convient de noter que l'élément 5 qui ne jouait jusqu'ici que le rôle d'une simple multiplication mécanique, peut avoir une fonction plus complexe. Cet élément réalise la fonction inverse k (en écriture symbolique), de la fonction liant y à x, c'est-à-dire qu'il transforme la grandeur de sortie en une grandeur de même nature et de même forme que la grandeur d'entrée.
Si, par exemple, la relation à réaliser est une intégration y = Vx (t) dt , l'élément 5 devra effectuer l'opération inverse et délivrer à sa sortie une grandeur de la forme: x = dy De même,
dt
dx s'il s'agit d'une différenciation y = dt , on devra recueillir à la sortie de 5, la grandeur x= Sy(t) dt
Si, dans le cas de la transmission angulaire, on désire que la relation entre x et y soit x = y autrement dit: k=l , l'élément 5 se réduira à un axe rigide reliant la grandeur de sortie y à l'élément 6.
Ce phasemètre s'adapte facilement à la transmission à distance en se combinant avec un système à comparaison de phase, déjà connu. Les lignes en traits interrompus XX indiquent de quelle manière ledit système vient s'intercaler dans le schéma de la fig. 2 ; le signal de sortie du déphaseur 10 représente le signal d'information à phase variable, le signal provenant du générateur auxiliaire, le signai à phase de référence.
Ces deux signaux modulent des ondes porteuses de fréquence différente qui sont utilisées pour la transmission au récepteur éloigné. A la réception, des filtres sélectifs séparent les deux porteuses, qui sont alors démodulées, et les deux signaux de même fréquence ainsi obtenus sont respectivement appliqués sur les éléments 1 et 6 du phasemètre dont la constitution et le fonctionnement restent inchangés.