FR2551877A1 - Compteur d'energie electrique notamment pour la tres haute tension - Google Patents

Abstract

CE COMPTEUR EST UTILISABLE DANS LE CAS OU LES SIGNAUX DE MESURE DE TENSION ET DE COURANT SONT MODULES EN FREQUENCE. IL COMPREND: UN DEMODULATEUR ASSERVI 1,3 DELIVRANT DES SIGNAUX DEMODULES DE TENSION D, D; UN MULTIPLICATEUR DE FREQUENCE 7 DESTINE A MULTIPLIER LA FREQUENCE DU SIGNAL DE COURANT S PAR UN FACTEUR CONSTANT; UNE LOGIQUE DE COINCIDENCE 4A, 4B, 6A, 6B RECEVANT LES SIGNAUX DEMODULES DE TENSION ET LE SIGNAL DE COURANT A FREQUENCE MULTIPLE; ET UN COMPTEUR-DECOMPTEUR 8 FORMANT A LA SORTIE DE LA LOGIQUE DE COINCIDENCE UN BILAN D'IMPULSIONS REPRESENTATIF DE L'ENERGIE PRODUITE SUR UN CERTAIN INTERVALLE D'INTEGRATION.

Description

COMPTEUR D'ENERGIE ELECTRIQUE NOTAMMENT POUR LA TRES HAUTE TENSION

La présente invention concerne un dispositif de comptage d'une énergie fonction d'une première et d'une seconde grandeur électrique alternative de même période, l'une de ces grandeurs étant une tension et l'autre un courant, ce dispositif utilisant un premier 10 et un second signal représentant respectivement ladite première et ladite seconde grandeur électrique, lesdits premier et second signaux étant des signaux modulés respectivement formes par modulation en fréquence d'une première et d'une seconde porteuse en fonction 15 respectivement de la première et de la seconde grandeur électrique. Un tel dispositif est particulièrement adapté au comptage d'énergie électrique a très haute tension.3 associé aux équipements de protection de réseaux electr iqgues, Chacun de ces équipements a traditioinnellement pour fonction de contrôler le fonctionnement normal de chaque conducteur de chaque ligne de réseau, et tutilise a cette fin des signaux 25 images, représentatifs de la tension et du courant associés à ce conducteur L'une des possibilités envisageablies est d'utiliser, dans ces équipements, en tant que signaux images, des signaux modulés en fréquence Si 1 'on désire mesurer l'énergie électrique 0 transportée par la ligne, il est alors souhaitable de mettre en place dans ces équipements des compteurs d'énergie capables d'accepter, en tant que signaux

d'entrée, des signaux images modulés en fréquence.

Dans ce contexte, le but de la présente invention est de proposer un compteur qui, tout en étant capable d'atteindre une précision élevée et tout en présentant une structure simple, accepte en tant que signaux d'entrée des signaux modulés en fréquence. Le dispositif de comptage de l'invention est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend: un démodulateur recevant, sur une première entrée, ledit 10 premier signal modulé en fréquence et, sur une seconde entrée, ladite première porteuse, ce démodulateur produisant un premier signal image constituant une image de la première grandeur et résultant du battement de fréquence entre la première porteuse et le premier 15 signal modulé, un circuit de conjonction recevant d'une part ledit premier signal image, et d'autre part un second signal constituant une image de la seconde grandeur et ayant une fréquence liée à celle du second signal modulé en fréquence, ce circuit de conjonction 20 délivrant des impulsions de conjonction dont le nombre sur un intervalle de temps déterminé est lié au nombre des impulsions de l'un desdits signaux images dont chacune a, sur ce même intervalle de temps, présenté une relation temporelle déterminée avec l'une des 25 impulsions de l'autre signal image, et un circuit de

comptage relié au circuit de conjonction et propre à établir un bilan des impulsions de conjonction produites sur une durée d'intégration déterminée, le bilan ainsi établi étant une fonction de ladite énergie 30 produite pendant ladite durée d'intégration.

Par convention on dira de deux grandeurs au'elles sont liées lorsqu'elles seront liées par une loi simple, et plus particulièrement une loi affine; deux grandeurs X 35 et Y sont liées par une loi affine lorsqu'elles satisfont une relation telle que Y = AX + B dans laquelle A et B sont des grandeurs qui, au sens physique, sont des contantes, c'est-à-dire dont les 5 variations éventuelles ont une amplitude ou une fréquence sensiblement inférieures à l'amplitude ou à la fréquence des variations de X et de Y. En particulier, deux grandeurs X et Y liées par une loi 10 linéaire, telles que Y = AX, peuvent a fortiori être dites liées par une loi affine (B = O), ainsi bien sûr que deux grandeurs d'égale valeur telles que Y = X ou deux grandeurs confondues telles que Y = Y Par exemple, le second signal modulé en fréquence, et le 15 second signal image, dont les fréquences sont dites

liées, peuvent être confondus.

De même l'expression "première et seconde porteuse"

n'exclut pas la possibilité que ces porteuses soient 20 identiques, et par exemple issues d'un même oscillateur.

Enfin le terme "impulsion" s'appliquera à tout phénomène électrique localisé dans le temps et susceptible d'être identifié isolément en vue d'un 25 dénombrement.

Par "instant d'apparition d'une impulsion" ou "instant auquel une impulsion est délivrée, ou produite" on entendra un instant conventionnel quelconque de la 30 durée de vie d'une impulsion tel que front montant, front descendant, passage à zéro, instant médian de la durée de vie, en particulier si cette durée est faible ou si l'impulsion est une simple transition de niveau, etc. Dans une mode de réalisation particulier, le circuit de conjonction comprend: un multiplicateur de fréquence recevant l'un desdits signaux images et produisant des impulsions d'épreuve dont le nombre est un multiple du 5 nombre des impulsions du signal image reçu par le multiplicateur, chacune de ces impulsions d'épreuve étant destinée à être ou non sélectionnée, un générateur d'impulsions de sélection recevant l'autre desdits signaux images et produisant des impulsions de 10 sélection ayant une fréquence d'apparition liée à la fréquence de cet autre signal image et un circuit de sélection relié audit multiplicateur de fréquence et générateur d'impulsions et délivrant, sur une sortie du circuit de conjonction reliée audit circuit de 15 comptage, des impulsions de conjonction dont le nombre est égal au nombre des impulsions d'épreuve dont chacune a été délivrée par le multiplicateur de fréquence pendant la durée de vie d'une impulsion de sélection, la coïncidence temporelle d'une impulsion 20 d'épreuve et d'une impulsion de sélection constituant

ladite relation temporelle déterminée.

Selon une forme de réalisation, dans le cas o le second signal modulé en fréquence ne subit, 25 contrairement au premier signal modulé, aucune démodulation, le dispositif de l'invention est caractérisé en ce que le démodulateur du premier signal comprend une première sortie sur laquelle il délivre une première fraction du premier signal image, 30 résultant du battement de fréquence entre la première porteuse et le premier signal modulé pendant les alternances positives de la première grandeur électrique, et une seconde sortie sur laquelle il délivre une seconde fraction du premier signal image, 35 résultant du battement de fréquence entre la première porteuse et le premier signal modulé pendant les alternances négatives de la première grandeur électrique, en ce que le circuit de conjonction 5 comprend des première et seconde entrées sur lesquelles il reçoit respectivement lesdites première et seconde fractions du premier signal image, une troisième entrée sur laquelle il reçoit le second signal image, une première sortie sur laquelle il délivre des premières 10 impulsions de conjonction dont le nombre sur un intervalle de temps détermine est lié au nombre d'impulsions de la première fraction du premier signal image dont chacune a, sur ce même intervalle de temps, présenté une relation temporelle déterminée avec l'une 15 des impulsions du second signal image, et une seconde sortie sur laquelle il délivre des secondes impulsions de conjonction dont le nombre sur un intervalle de temps déterminé est lié au nombre d'impulsions de la seconde fraction du premier signal image dont chacune 20 a, sur ce même intervalle de temps, présenté ladite relation temporelle déterminée avec l'une des impulsions du second signal image, et en ce que ledit circuit de comptage est relié aux première et seconde sorties dudit circuit de conjonction et fournit la 25 différence du nombre de premières impulsions de

conjonction et du nombre de secondes impulsions de conjonction reçues pendant une durée d'intégration déterminée, cette différence étant représentative de ladite énergie produite pendant ladite durée 30 d'intégration.

Dans ce dernier cas, le circuit de conjonction comprend par exemple: un premier multiplicateur de fréquence relie à la première sortie du démodulateur et 35 produisant des impulsions d'épreuve dont le nombre est un multiple du nombre des impulsions de la première fraction du premier signal image, un second multiplicateur de fréquence relié à la second sortie du 5 démodulateur et produisant des impulsions d'épreuve dont le nombre est un multiple du nombre des impulsions de la seconde fraction du premier signal image, un générateur d'impulsions de sélection recevant le second signal image et produisant des impulsions de sélection 10 ayant une fréquence d'apparition liée à la fréquence de ce second signal image, un premier circuit de sélection relié au premier multiplicateur de fréquence et au générateur d'impulsions et délivrant, sur la première sortie du circuit de conjonction reliée au circuit de 15 comptage, des premières impulsions de conjonction dont le nombre est égal au nombre des premières impulsions d'épreuve dont chacune a été délivrée par le premier multiplicateur de fréquence pendant la durée de vie d'une impulsion de sélection, la coïncidence temporelle 20 d'une première impulsion d'épreuve et d'une première impulsion de sélection constituant ladite relation temporelle déterminée, un second circuit de sélection relié au second multiplicateur de fréquence et au générateur d'impulsions et délivrant, sur la seconde 25 sortie du circuit de conjonction reliée au circuit de comptage, des secondes impulsions de conjonction dont le nombre est égal au nombre des secondes impulsions d'épreuve dont chacune a été délivrée par le second multiplicateur de fréquence pendant la durée de vie 30 d'une impulsion de sélection, la coïncidence temporelle d'une seconde impulsion d'épreuve et d'une seconde impulsion de sélection constituant ladite relaticn

temporelle déterminée.

Dans le cas o la première porteuse n'est pas directement disponible à l'entrée du démodulateur, le dispositif de l'invention peut comprendre un circuit d'asservissement comportant un oscillateur commandé, ce 5 circuit d'asservissement ayant des première et seconde entrées respectivement reliées aux première et seconde sorties du démodulateur, et une sortie reliée à la seconde entrée du démodulateur, ledit oscillateur étant commandé de manière à produire sur la sortie du circuit 10 d'asservissement un signal de fréquence telle que la fréquence moyenne de la première fraction du premier signal image soit égale à la fréquence moyenne de la seconde fraction de ce premier signal image, le démodulateur et le circuit d'asservissement coopérant 15 ainsi pour reconstituer ladite première porteuse à

partir dudit premier signal modulé en fréquence.

Par exemple le circuit d'asservissement comprend un circuit bistable, adoptant un premier état lorsqu'il 20 reçoit les impulsions de la première fraction du premier signal image et un second état lorsqu'il reçoit les impulsions de la seconde fraction de ce premier signal image, et un intégrateur de l'état de sortie de ce circuit bistable, cet intégrateur étant relié à la 25 sortie du circuit bistable et pilotant ledit oscillateur commandé dans un sens tel que tout écart entre le temps pendant lequel le circuit bistable est dans son premier état et le temps pendant lequel il est dans son second état est réduit. 30 Dans le cas o l'oscillateur commandé est commandé par une tension, il est avantageux, pour augmenter la stabilité du calage de la porteuse reconstituée sur la première porteuse, que cette tension de commande de 35 l'oscillateur soit la somme algébrique d'une tension de référence et d'une tension de correction qui varie en fonction de l'écart entre les durées respectives des

première et seconde fractions du premier signal image.

Généralement, la première grandeur électrique sera la tension et la seconde grandeur sera le courant D'autre part, pour éviter le recours à deux démodulateurs le second signal image sera directement constitué par le 10 second signal modulé en fréquence.

L'invention concerne également un démodulateur propre à délivrer les impulsions correspondant au battement de fréquence entre deux signaux impulsionnels dont l'un 15 est le signal modulateur et l'autre le signal à démoduler, ce démodulateur comprenant au moins deux bascules bistables montées en série l'une derrière l'autre, de la première à la dernière, les entrées d'horloge de ces bascules recevant en parallèle le 20 signal à démoduler et leurs entrées de remise à zéro recevant en parallèle le signal modulateur, l'entrée de la première bascule étant maintenue à un niveau déterminé, et la sortie de ce démodulateur étant reliée à la sortie de la dernière bascule. 25

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention resortiront de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en

référence aux dessins annexés sur lesquels: 30 La figure 1 est un schéma d'une premiere variante du compteur de l'invention; La figure 2 est un schéma d'une deuxième variante de ce compteur; La figure 3 est un schéma d'une troisième variante; La figure 4 est un schéma de connexion des entrées du démodulateur, composé de deux cellules identiques;

La figure 5 est un schéma d'une des deux cellules du 10 démodulateur.

La figure 6 est un diagramme des temps pour les

signaux traites dans la cellule de la figure 5.

Le dispositif de comptage de l'invention comprend un démodulateur 1, un circuit de conjonction 2 et un

circuit d'asservissement 3.

Le démodulateur 1 recoit sur une première entrée la un 20 premier signal modulé en fréquence Su et, sur une

deuxième entrée lb, une première porteuse Sou.

Les signaux Su et Sou ont des fréquences Fu et Fou respectives liées par la relation: 25 Fu = Fou + KU Sin& t o U est une tension électrique alternative représenté par Su, K une constante de construction,Xla pulsation 30 de la tension U par exemple égale à 10 a Y, et t le paramètre temps; à titre d'exemple, Fou = 75 k Hz et KU = 25 k Hz pour la valeur maximale de U. Le démodulateur 1 produit un premier signal image D D donnant une image de la première grandeur électrique que constitue la tension U, et résultant du battement de fréquence entre la première porteuse Sou et le premier signal modulé Su. + Plus précisément, une première fraction D du signal image D D est produite sur une première sortie lc du démodulateur, et une seconde fraction D sur une seconde sortie ld La première fraction D résulte du battement de fréquence entre les signaux Sou et Su dans les alternances positives de la tension U, c'est-à-dire lorsque Fu est supérieure à Fou, et la seconde fraction D résulte du battement de fréquence entre les 15 signaux Sou et Su dans les alternances négatives de la tension U, c'est-à-dire lorsque Fou est supérieure à + Fu La fréquence instantanée Fu D des fractions D ou D du premier signal image est donc donnée par Fu D = IKU Sin C Jt I, le signal D étant toutefois inexistant + dans les alternances positives de U et le signal D inexistant dans les alternances négatives de U. Les fractions D et D du premier signal image sont délivrées aux première et seconde entrées 2 a, 2 b, d'un 25 circuit de conjonction 2, et parviennent à des générateurs respectifs d'impulsions de sélection 4 a, 4 b, reliés à la sortie de, et pilotés par, une horloge 5 A l'apparition de chaque impulsion de la fraction + D ou D du premier signal image, le générateur 30 d'impulsions 4 a ou 4 b concerné délivre à sa sortie une impulsion de sélection dont la durée est fixée par -5 l'horloge 5, et par exemple égale à 10 seconde Les

circuits tels que 4 a, 4 b sont bien connus de l'homme de l'art et leur description détaillée n'est pas ici 35

il nécessaire Il est d'ailleurs possible de réaliser ces générateurs 4 a, 4 b sous la forme de bascules monostables sous réserve de choisir des bascules délivrant des impulsions dont la durée est définie avec 5 précision Les sorties des générateurs 4 a, 4 b attaquent des premières entrées respectives de deux circuits de

sélection, par exemple constitués de portes ET 6 a, 6 b.

Le circuit de conjonction 2 reçoit également, sur une 10 troisième entrée 2 c un second signal, qui constitue l'image d'une seconde grandeur électrique et qui, dans le mode de réalisation de la figure 1, est un second

signal modulé en fréquence Si.

Cette seconde grandeur électrique est le courant qui est associé à la tension lorsque celle-ci constitue la

première grandeur électrique.

Le signal Si a une fréquence Fi satisfaisant à la 20 relation: Fi = Foi + K'I Sin (t -+) o Foi est la fréquence d'une seconde porteuse désignée 25 par Soi, ou K' est une constante de construction, o I est un courant électrique alternatif représenté par Si, o & est la pulsion du courant, égale à la pulsation de la tension U, et o + représente le déphasage entre la tension U et le courant I. Par exemple, Foi = 75 K Hz et K'I = 25 K Hz pour la valeur maximale de I. Le second signal image Si est envoyé sur une multiplicateur de fréquence 7 constitué, de façon connue, par une boucle à asservissement de phase à dynamique élevée comprenant un oscillateur commandé en 5 tension 7 a, un compteur 7 b et un comparateur de phase 7 c; l'oscillateur 7 a délivre un signal de sortie dont la fréquence est N fois plus grande, par exemple 64 fois plus grande, que la fréquence Fi à l'entrée du multiplicateur de fréquence 7; la fréquence N x Fi de 10 ce signal de sortie est divisée par n, c'est-à-dire par 64 dans l'exemple choisi, par le compteur 7 b, et la phase du signal de sortie du compteur 7 b est comparée, dans le comparateur 7 c, à celle du signal Si; le comparateur de phase 7 c pilote l'oscillateur 7 a jusqu'à 15 obtention de l'égalité des phases des signaux qu'il reçoit. Le signal de sortie du multiplicateur de fréquence 7, composé d'impulsions d'épreuve, c'est-à-dire propres à 20 faire l'objet d'une sélection, est appliqué aux secondes entrées respectives des circuits de sélection constitués par les première et seconde portes ET 6 a et 6 b. La première porte ET 6 a délivre donc à sa sortie, qui constitue la première sortie 2 d du circuit de conjonction 2, un premier signal de conjonction composé + d'impulsions dont le nombre N sur un intervalle de temps déterminé, par exemple sur une alternance 30 positive de la tension U, est égal au nombre des impulsions d'épreuve dont chacune a été délivrée par le multiplicateur de fréquence 7 pendant la durée de vie d'une impulsion de sélection délivrée par le premier

générateur d'impulsion 4 a.

De même, la seconde porte ET 6 b délivre à sa sortie, qui constitue la seconde sortie 2 e du circuit de conjonction 2, un second signal de conjonction composé d'impulsions dont le nombre N, sur un intervalle de 5 temps déterminé, par exemple sur une alternance négative de la tension U, est égal au nombre des impulsions d'épreuve dont chacune a été délivrée pendant la durée de vie d'une impulsion de sélection délivrée par le second générateur d'impulsion 4 b. 10 Les premier et second signaux de conjonction, en nombre égal à N et N respectivement, sont adressés à un circuit de comptage et dêcomptage 8 propre à former la différence N'-N et à accumuler, c'est-à-dire 15 intégrer, cette différence en fonction du temps, la

durèe Ti de chaque intégration étant définie par l'horloge 5 a laquelle le circuit 8 est connecté.

Typiquement, la durée de l'intégration est de l'ordre de la seconde ou d'une dizaine de secondes. 20

Le circuit de comptage et décomptage 8 est raccordé à un circuit d'affichage 9 affichant le résultat qui se trouve dans la mémoire du circuit de comptage et décomptage a la fin de la période d'intégration Ti ou 25 une quantité proportionnelle à ce résultat.

La quantité N -N est représentative de l'énergie électrique sur une période de la tension U L'intégrale de cette quantité sur la durée d'intégration T d'intégration Ti, c'est-à-dire J Ti(N±N-)dt, est représentative de l'énergie électrique sur cette durée d'intégration Ti La quantité d'énergie sur Ti, exprimée en unité conventionnelle et notée E(Ti), est proportionnelle à cette intégrale; le coefficient de 35 proportionnalité k est défini par construction et peut

être déterminé par étalonnage.

Les circuits de comptage et décomptage commandés, ainsi 5 que les circuits d'affichage, sont connus de l'homme de

l'art, de sorte que leur description détaillée n'est

pas ici nécessaire.

Bien que de façon approximative, on peut, par le 10 raisonnement suivant et sans calcul, comprendre a posteriori pourquoi la quantité Ti(N -N)dt est représentative de l'énergie électrique Tout d'abord il convient de noter que si le temps d'intégration Ti est égal, ainsi qu'il l'est de préférence, à un nombre entier de cycles de la tension U, la quantité o Ti(N -N)dt s'écrit simplement Z (N -N-)j o j est une indice j= 1 j relatif au numéro du cycle et m le nombre entier total de cycles Pour un cycle de la tension U et pour une énergie constante, l'énergie sur un cycle est (N -N), c'est-à-dire N -N Pour plus de facilité, le raisonnement portera précisément sur un seul cycle de

la tension.

A tout moment, la probabilité de trouver une impulsion de sélection à la sortie des générateurs 4 a ou 4 b varie comme la fréquence du premier signal image, à savoir Fu D = KU Sinc) t; d'autre part la probabilité de trouver une impulsion d'épreuve à la sortie du multiplicateur de fréquence 7 varie au facteur N près comme la fréquence Fi = Foi + K'I Sin (t) du second signal image Si; la probabilité de trouver une impulsion de conjonction varie donc comme le produit 35 Fu D x Fi, c'est-à-dire comme:

KU.Foi sin Wt + KK'UI sin W Xt sin(t -+).

Le nombre N des impulsions de conjonction sur une alternance positive de la tension U est ainsi égal à O G.KU Foi + H KK'U Icos#, o G et H sont des constantes, et le nombnre N des impulsions de conjonction sur l'alternance négative est égal à:

G.KU Foi HKK'UI cos#.

La différence N -N = H KK'U Icos est donc

proportionnelle à la puissance UI cos + rapportée à un cycle de la tension U, donc proportionnelle à l'énergie.

Dans certaines au moins des applications possibles du dispositif de comptage d'énergie de l'invention, aucune des deux porteuses Sou et Soi n'est délivrée au dispositif, de sorte que l'une au moins de ces deux porteuses, Sou de préférence, doit être reconstituée. 20 Ceci est réalisé par le circuit d'asservissement 3

bouclé sur le démodulateur 1.

+ Les première et seconde fractions, respectivement D et D, du premier signal image D D sont

adressées, à travers des entrées respectives 3 a, 3 b du circuit d'asservissement 3, à un circuit bistable 10.

Ce circuit 10, qui adopte à sa sortie un premier état pendant tout le temps o il reçoit des impulsions D, 30 et un second état pendant tout le temps o il reçoit des impulsions D, commande, dans son premier et son second états respectivement, l'ouverture et la fermeture d'un interrupteur commandé 11 constitué par

exemple par un transistor.

En fonction de ce que cet interrupteur est, ou non, fermé, l'entrée 12 a d'un filtre 12 est, ou non, reliée

à la tension Vs d'un sommateur 14.

Le filtre 12 et le sommateur 14 constituent un

intégrateur de l'état de sortie du circuit bistable 10.

Le filtre 12, propre à éliminer la fréquence de la tension U, c'est-àdire la fréquence d'apparition de 10 l'un quelconque des deux états du circuit bistable 10,

est relié par sa sortie 12 b à l'entrée 14 a du sommateur 14 à travers un inverseur 13 et une résistance R 3.

Cette entrée 14 a du sommateur 14 est également reliée d'une part à un potentiel de référence Vo à travers une 15 résistance R 1 et à la sortie 14 b du sommateur par l'intermédiaire d'une résistance R 2 Si l'on appelle t+ le temps pendant lequel le circuit bistable reçoit la première fraction D du signal D D, et t le temps pendant lequel ce circuit reçoit la seconde 20 fraction D, la tension de sortie Vs du sommateur 14 peut, par application des règles connues de l'homme de l'art, être exprimée, pour un cycle de la tension U, par la relation: Vs = V (R 2/R 1) V lt/(t+ t+)l (R 2/R 3) s 2 1 S 2 3 S Ainsi, si le temps t augmente, la tension V diminue puisque le second terme du membre de droite de l'équation ci- dessus, qui correspond à une tension de 30 correction de la tension V, et qui se retranche de s

la tension de référence V (R 2 /R 1), augmente.

o (R 2 /' La tension V pilote l'osciilateur commandé 15 de s manière à augmenter la fréquence de ce dernier 35

lorsqu'elle augmente elle-même.

La fréquence de l'oscillateur est ainsi contrôlée à une

valeur telle que t t tende vers zéro.

Autrement dit, la durée de la première fraction D du premier signal image D D est égale à la durée de

la seconde fraction D de ce signal.

L'une des solutions équivalentes à la solution décrite qui apparaîtront à l'homme de l'art consisterait à fermer l'interrupteur 1 l pendant les temps t et à piloter l'oscillateur 15 par la tension V de manière s

que la fréquence de ce dernier augmente lorsque la 15 tension Vs diminue.

La figure 2 représente un second mode de réalisation de l'invention Les éléments apparaissant sur les figures 1 et 2 avec la même contribution fonctionnelle sont 20 repérés par la même référence et ne seront pas à

nouveau décrits.

Le second mode de réalisation se distingue du premier par le remplacement du multiplicateur de fréquence 7 25 par le générateur d'impulsions de sélection 17 et par

l'adjonction des portes ET 16 a et 16 b.

Le générateur d'impulsions 17, associé au second signal image Si, est totalement assimilable aux générateurs 30 4 a et 4 b.

Autrement dit, pour chaque impulsion du signal S, le générateur 17 produit à sa sortie une impulsion de sélection d'une durée par exemple égale à 10 35 seconde. Les portes ET 16 a et 16 b ont des premières entrées reliées à l'horloge 5 et des secondes entrées 5 respectivement reliées aux sorties des générateurs

d'impulsions 4 a et 4 b.

En outre, les sorties des portes ET 16 a et 16 b sont respectivement reliées aux premières entrées

respectives des portes ET 6 a et 6 b.

Les ensembles 4 a, 16 a d'une part, et 4 b, 16 b d'autre part, étant identiques, leur fonction peut être expliquée pour le premier d'entre eux seulement. 15 A la réception d'une impulsion du signal D, le générateur d'impulsions 4 a produit une impulsion de -5 sélection de 10 seconde par exemple Pendant la durée de cette impulsion de sélection, les impulsions 20 en provenance de l'horloge, d'une fréquence de 10 M Hz par exemple, vont pouvoir transiter par la porte ET 16 a Ainsi, pour chaque impulsion de D+, l'ensemble 4 a, 16 a va produire sur la première entrée de la porte ET 6 a une rafale de 100 impulsions d'épreuve qui vont 25 elles- mêmes pouvoir être sélectionnées ou non par la

porte ET 6 a, en fonction de l'instant d'arrivée d'une impulsion de sélection en provenance du générateur 17.

L'ensemble 4 a, 16 a, qui multiplie par 100 la fréquence moyenne des impulsions du signal D, constitue donc 30 un multiplicateur de fréquence au même titre que le multiplicateur 7 de la figure 1 Toutefois l'ensemble 4 a, 16 a ne pourra t être remplacé par un multiplicateur de fréquence du type du multiplicateur 7 de la figure 1 à asservissement de phase que sous réserve que ce 35 dernier présente une dynamique de fonctionnementparticulièrement élevée, puisque la fréquence des + signaux D et D peut passer de O à 25 K Hz en -3

5.103 seconde pour une tension U de 50 Hz.

Les impulsions de conjonction, en nombre N pour l'alternance positive de U, et N pour l'alternance négative, sont utilisées comme dans le premier mode, pour afficher la quantité d'énergie E(Ti) sur 10 l'intervalle d'intégration-Ti.

Le second mode de réalisation a sur le premier l'avantage de requérir moins de composants électroniques mais il fournit un résultat dont la 15 variance est supérieure à celle du résultat fourni par

le-compteur du premier mode de réalisation.

La figure 3 représente un troisième mode de réalisation de l'invention dans lequel un démodulateur 101 et un 20 circuit d'asservissement 103, homologue du démodulateur 1 et du circuit d'asservissement 3, est utilisé pour démoduler le signal d'entrée modulé en fréquence S. et pour former un second signal DI DI homologue du premier signal image D D avec reconstitution de la 25 seconde porteuse Soi de fréquence Foi, relative au courant I. Les signaux D et D sont, à travers une porte OU

18 u, adressés à une générateur d'impulsions de 30 sélection 104 u.

De même, les signaux DI et DI sont, à travers une porte OU 18 i, adressés à un générateur d'impulsions de sélection 104 i Une porte ET 116 i, recevant les 35 impulsions de l'horloge 5 et les impulsions de sélection du générateur 104 i constitue avec ce dernier un multiplicateur de fréquence analogue à l'ensemble

4 a, 16 a de la figure 2.

Une porte ET unique 106 reçoit les impulsions du générateur 104 u et du multiplicateur de fréquence 104 i, 116 i, et fournit des impulsions de conjonction à un compteur accumulateur 19 piloté par l'horloge 5. 10 Les impulsions de conjonction, en nombre N pour chaque demi alternance de la tension U, sont simplement comptées dans le compteur 19 pendant un intervalle d'intégration Ti Le nombre total de ces impulsions, 15 représenté par l'intégrale o Ti N dt, est, à une constante multiplicative k près, représentatif de l'énergie électrique E(Ti) sur l'intervalle

d'intégration La grandeur E (Ti) est par exemple, comme dans les modes de réalisation antérieurs, 20 affichée par l'organe d'affichage 9.

Contrairement au cas des deux premiers modes de réalisation, le nombre des impulsions de conjonction fournies par le compteur de la figure 3 est, en raison 25 de la démodulation du signal Si, identique pour les

alternances positives et négatives de la tension U, et dépourvu de toute composante, telle que G KU Foi, dont l'élimination oblige à donner le résultat sous forme d'une différence, telle que N -N, comme dans les 30 deux premiers modes de réalisation.

Les figures 4 à 6 sont destinées à illustrer la structure interne et le fonctionnement d'un démodulateur tel que 1 ou 101. 35 Ce démodulateur est composé de deux cellules identiques 100 comportant quatre entrées 10 Oa à O ld et une sortie e. L'entrée O lb reçoit le signal d'horloge H et l'entrée o 100 d reçoit le signal d'horloge inverse H symboliquement représenté comme étant dérivé du premier

grâce à un inverseur 20.

Pour la cellule 100 du modulateur qui délivre la première fraction du signal image, telle que D ou DI, l'entrée 10 Oc reçoit le signal modulé tel que Suou Si et l'entrée 100 a reçoit la porteuse telle

que Sou ou Soi; pour l'autre cellule, les 15 connexions des entrées 100 a et 10 Oc sont inversées.

Chaque cellule comprend cinq bascules bistables de type D. Un premier groupe de deux bascules d'entrée 21 et 22 reliées aux entrées 100 a et 100 b, et interconnectées comme le montre la figure 5, constitue un circuit de calibrage des impulsions du signal démodulateur, c'est-à-dire de celui des deux signaux Sou et Su qui a 25 la fréquence la plus basse; les bascules 21 et 22 calibrent donc le signal Sou dans la cellule 100 supérieure (figure 4) qui fournit la première fraction D du signal image, et calibrent le signal Su dans la

cellule inférieure.

Par souci de clarté, le reste de la description fera essentiellement référence à la cellule 100 supérieure

(figure 4) qui fournit le signal D. Comme le montre la figure 6, la sortie Q de la bascule 22 fournit un signal Q 22 semblable au signal de porteuse reconstituée Sou, mais dans lequel chaque cycle ou front montant est remplacé par une impulsion rectangulaire calée sur le signal d'horloge H.

Une autre bascule 23, reliée aux entrées 10 Oc et 100 d, constitue un circuit de calibrage du signal à démoduler, c'est-à-dire de celui des deux signaux Sou et Su qui a la plus grande fréquence, c'est-à-dire 10 encore du signal Su pour la cellule 100 supérieure.

Comme le montre la figure 6, la sortie Q de la bascule 23 délivre un signal Q 23 semblable au signal Su, mais dont les impulsions ont des fronts calés sur ceux du 15 signal d'horloge H. La fonction de démodulation proprement dite est

réalisée par les deux bascules en cascade 24 et 25.

La bascule 25, dont la sortie Q constitue la sortie

e de la cellule 100, est connectée, par son entrée D, à la sortie Q de la bascule 24 Les entrées respectives de prépositionnement S de ces bascules 24 et 25, ainsi que l'entrée D de la bascule 24, sont 25 maintenues au niveau haut.

Ces deux bascules 24 et 25 reçoivent en parallèle sur leur entrée CL, en tant que signal d'horloge, le signal à démoduler Q 23, obtenu par calibrage du signal Su, et 30 reçoivent en parallèle sur leur entrée R de remise à zéro le signal démodulateur Q 22, obtenu par calibrage

du signal Sou.

Le fonctionnement de l'ensemble des deux bascules 24 et 25, qui réalise la fonction de démodulation proprement dite, est le suivant: A la réception d'une impulsion C("a " ou "d " sur o o la figure 6) du signal démodulateur Q 22, les bascules

24 et 25 sont dans leur état bas.

A la réception d'une impulsion "al' ou "dl" du 10 signal à démoduler Q 23, la sortie Q de la bascule 24

et l'entrée D de la bascule 25 passent au niveau haut, mais la sortie Q de la bascule 25 reste au niveau bas puisque l'entrée D de cette même bascule était au niveau bas à l'instant de la réception de 15 l'impulsion du signal Q 23 sur son entrée d'horloge CL.

A partir de cet état, représenté en "a" ou en "dl", deux cas peuvent se produire: soit l'impulsion suivante qui est reçue est une impulsion du signal démodulateur Q 22 telle que "bo"; ceci se produit lorsque la fréquence de o battement entre le signal à démoduler et le signal démodulateur est trop faible pour produire une 25 impulsion; les bascules 24 et 25 retournent alors dans leur état bas, soit l'impulsion suivante qui est reçue est une impulsion du signal à démoduler Q 23, telle que 30 "d 2 "; ceci se produit lorsque l'intégrale par rapport au temps de la fréquence de battement entre le signal à démoduler et le signal démodulateur s'accroit d'une impulsion; dans ce cas la nouvelle impulsion d'horloge fait passer la sortie Q de la bascule 25 à l'état haut, puisque l'entrée D de cette bascule est déjà elle-même à l'état haut; une impulsion, telle que d 3, est donc produite, jusqu'à 5 ce que l'ensemble des bascules 24 et 25 soient remises dans leur état bas par une nouvelle impulsion, telle

que eo, du signal démodulateur Q 22.

Les impulsions telles que d et e des signaux -D ou D correspondent ainsi, pour chaque cellule 100, aux impulsions excédentaires du signal à démoduler, reçu sur l'entrée 100 c par rapport à celles du signal démodulateur, reçu sur l'entrée 100 a; en d'autres termes encore, les impulsions des signaux D+ ou D 15 correspondent aux impulsions résultant du battement de

fréquence entre les signaux Sou et Su.

Il est à remarquer toutefois que le démodulateur qui vient d'être décrit comme essentiellement constitué par 20 les deux bascules en cascade 24 et 25 n'est utilisable que pour des fréquences du signal à démoduler et du signal démodulateur dont le rapport soit au plus égal à deux. En effet, une fois que la bascule 25 a été portée à son

état haut par une impulsion excédentaire telle que d 2, elle reste insensible à toute nouvelle impulsion excédentaire aussi longtemps qu'elle n'a pas été remise à zéro par une impulsion telle que eo du signal 30 démodulateur.

Pour permettre de démoduler de la mêm e façon un signal dont la fréquence soit dans un rapport supérieur à deux, et par exemple compris entre 2 et 3, avec 35 la fréquence du signal démodulateur, il faudrait utiliser un ensemble de trois bascules en cascade, telles que 24, 25 et une troisième bascule qu'on désignera par 26; la bascule 26 étant connectée par 5 rapport à la bascule 25 comme l'est cette dernière par

rapport à la bascule 24, il conviendrait d'utiliser les sorties Q 25 de la bascule 25 et Q 26 de la bascule 26.

La détection d'une transition de niveau sur la sortie Q 25 indiquerait la présence d'une première impulsion 10 excédentaire, et la détection d'une transition de niveau sur Q 26 indiquerait la présence d'une seconde

impulsion excédentaire.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1 Dispositif de comptage d'une énergie fonction d'une première (U) et d'une seconde (I) grandeur 5 électrique alternative de même période, l'une de ces grandeurs étant une tension et l'autre un courant, et ce dispositif utilisant un premier (Su) et un second (Si) signal représentant respectivement ladite première et ladite seconde 10 grandeur électrique, caractérisé en ce que, lesdits premier et second signaux étant des signaux modulés respectivement formés par modulation en fréquence d'une première (Fou) et d'une seconde (Foi) porteuse en fonction respectivement de la première 15 et de la seconde grandeur électrique, ce dispositif comprend: un démodulateur ( 1) recevant, sur une première entrée(la), ledit premier signal modulé en fréquence (Su) et, sur une seconde entrée(lb), ladite première porteuse (Sou), ce démodulateur 20 produisant un premier signal image (D D-) constituant une image de la première grandeur et résultant du battement de fréquence entre la première porteuse et le premier signal modulé, un circuit de conjonction ( 2 ou 102) recevant d'une 25 part ledit premier signal image (D D), et d'autre part un second signal image (Si ou DI DI) constituant une image de la seconde grandeur et ayant une fréquence liée à celle du second signal modulé en fréquence (Si), ce 30 circuit de conjonction délivrant des impulsions de conjonction dont le nombre (N, N ou N) sur un intervalle de temps déterminé est lié au nombre des impulsions de l'un desdits signaux images dont chacune a, sur ce même intervalle de temps, 35 présenté une relation temporelle déterminée avec l'une des impulsions de l'autre signal image, et un circuit de comptage ( 8) relié au circuit de conjonction et propre à établir un bilan des 5 impulsions de conjonction produites sur une durée d'intégration (Ti) déterminée, le bilan ainsi établi se trouvant relié à ladite énergie produite

pendant ladite durée d'intégration.

2 Dispositif de comptage d'énergie suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit de conjonction ( 2) comprend: un multiplicateur de fréquence ( 7 ou 4 a, 16 a ou 104 i, 116 i) recevant l'un desdits signaux images et 15 produisant des impulsions d'épreuve dont le nombre est un multiple du nombre des impulsions du signal image reçu par le multiplicateur, chacune de ces impulsions d'épreuve étant destinée à être ou non sélectionnée, un générateur d'impulsions de 20 sélection ( 4 a, 4 b ou 17 ou 104 u) recevant l'autre desdits signaux images et produisant des impulsions de sélection ayant une fréquence d'apparition liée à la fréquence de cet autre signal image, et un circuit de sélection ( 6 a, ou 6 b ou 106) relié audit 25 multiplicateur de fréquence et générateur d'impulsions et délivrant, sur une sortie du circuit de conjonction reliée audit circuit de comptage, des impulsions de conjonction dont le + nombre (N ou N ou N) est égal au nombre des 30 impulsions d'épreuve dont chacune a été délivrée par le multiplicateur de fréquence pendant la durée de vie d'une impulsion de sélection, la coïncidence temporelle d'une impulsion d'épreuve et d'une impulsion de sélection constituant ladite relation 35

temporelle déterminée.

3 Dispositif de comptage d'énergie suivant la revendication 1, caractérisé: en ce que le 5 démodulateur ( 1) comprend une première sortie (lc) sur laquelle il délivre une première fraction (D) du premier signal image (D D), résultant du battement de fréquence entre la première porteuse (Sou) et le premier signal 10 modulé (Su) pendant les alternances positives de la première grandeur électrique, et une seconde sortie (ld) sur laquelle il délivre une seconde fraction (D) du premier signal image (D D), résultant du battement de fréquence entre la 15 première porteuse et le premier signal modulé pendant les alternances négatives de la première grandeur électrique, en ce que le circuit de conjonction ( 2) comprend des première ( 2 a) et seconde ( 2 b) entrées sur lesquelles il reçoit 20 respectivement lesdites première et seconde fractions du premier signal image, une troisième entrée ( 2 c) sur laquelle il reçoit le second signal image, une première sortie ( 2 d) sur laquelle il délivre des premières impulsions de conjonction 25 dont le nombre sur un intervalle de temps déterminé est lié au nombre d'impulsions de la première fraction du premier signal image dont chacune a, sur ce même intervalle de temps, présenté une relation temporelle déterminée avec l'une des 30 impulsions du second signal image, et une seconde sortie ( 2 e) sur laquelle il délivre des secondes impulsions de conjonction dont le nombre sur un intervalle de temps déterminé est lié au nombre d'impulsions de la seconde fraction du premier 35 signal image dont chacune a, sur ce même intervalle de temps, présenté ladite relation temporelle déterminée avec l'une des impulsions du second signal image, et en ce que ledit circuit de 5 comptage ( 8) est relié aux première et seconde sorties dudit circuit de conjonction et fournit la différence (N± N-) du nombre de premières impulsions de conjonction et du nombre de secondes impulsions de conjonction reçues pendant une durée 10 d'intégration (Ti) déterminée, cette différence étant représentative de ladite énergie produite

pendant ladite durée d'intégration.

4 Dispositif de comptage d'énergie suivant la 15 revendication 3, caractérise en ce que le circuit de conjonction comprend: un premier multiplicateur de fréquence ( 4 a, 16 a) relié à la première sortie du démodulateur et produisant des impulsions d'épreuve dont le nombre est un multiple du nombre 20 des impulsions de la première fraction du premier signal image, un second multiplicateur de fréquence ( 4 b, 16 b) relié à la seconde sortie du démodulateur et produisant des impulsions d'épreuve dont le nombre est un multiple du nombre des impulsions de 25 la seconde fraction du premier signal image, un générateur d'impulsions de sélection ( 17) recevant le second signal image et produisant des impulsions de sélection ayant une fréquence d'apparition liée a la fréquence de ce second signal image, un 30 premier circuit de sélection ( 6 a) relié au premier multiplicateur de fréquence et au générateur d'impulsions et délivrant, sur la première sortie du circuit de conjonction reliée au circuit de comptage, des premières impulsions de conjonction 35 dont le nombre est égal au nombre des premières impulsions d'épreuve dont chacune a été délivrée par le premier multiplicateur de fréquence pendant la durée de vie d'une impulsion de sélection, la 5 coïncidence temporelle d'une première impulsion d'épreuve et d'une première impulsion de sélection constituant ladite relation temporelle déterminée, un second circuit de sélection relié ( 6 b) au second multiplicateur de fréquence et au générateur 10 d'impulsions et délivrant, sur la seconde sortie du circuit de conjonction reliée au circuit de comptage, des secondes impulsions de conjonction dont le nombre est égal au nombre des secondes impulsions d'épreuve dont chacune a été délivrée 15 par le second multiplicateur de fréquence pendant la durée de vie d'une impulsion de sélectin, la coïncidence temporelle d'une seconde impulsion d'épreuve et d'une seconde impulsion de sélection constituant ladite relation temporelle déterminée.

20 Dispositif de comptage d'énergie suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit d'asservissement comportant un oscillateur commandé ( 15), ce circuit d'asservissement ayant des première et seconde entrées ( 3 a, 3 b) respectivement reliées aux première et seconde sorties du démodulateur, et une sortie ( 3 c) reliée à la seconde entrée du démodulateur, ledit oscillateur étant commandé de 30 manière à produire sur la sortie du circuit d'asservissement un signal de fréquence telle que la fréquence moyenne de la premiere fraction (D) du premier signal image soit égale à la fréquence moyenne de la seconde fraction (D) de ce premier 35 signal, le démodulateur et le circuit d'asservissement coopérant ainsi pour reconstituer ladite première porteuse (Sou) à partir dudit

premier signal modulé en fréquence.

6 Dispositif de comptage d'énergie suivant la revendication 5 caractérisé en ce que le circuit d'asservissement comprend un circuit bistable ( 10) adoptant un premier état lorsqu'il reçoit les 10 impulsions de la première fraction du premier signal image et un second état lorsqu'il reçoit les impulsions de la seconde fraction de ce premier signal image, et un intégrateur de l'état de sortie de ce circuit bistable, cet intégrateur étant relié 15 a la sortie du circuit bistable et pilotant ledit

oscillateur commandé dans un sens tel que tout écart entre le temps pendant lequel le circuit bistable est dans son premier état et le temps pendant lequel il est dans son second état est 20 réduit.

7 Dispositif suivant la revendication 5 ou 6, dans lequel ledit oscillateur est piloté par une tension de commande, caractérisé en ce que cette tension est la somme algébrique d'une tension de référence (Vo (R 2/R 1) et d'une tension de correction (Vs lt /(t +t+)l (R 2/R 3)) qui varie

en fonction de l'écart entre les durées respectives des première et seconde fractions du premier signal 30 image (D+D-).

8 Dispositif suivant l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite première grandeur électrique est la 35

tension. 9 Dispositif suivant l'une quelconque des

revendications précédents, caractérisé en ce que

ledit second signal image est directement constitué par ledit second signal modulé en fréquence. Démodulateur propre à délivrer les impulsions 10 correspondant au battement de fréquence entre deux signaux inpulsionnels dont l'un est le signal modulateur et l'autre le signal à démoduler, ce démodulateur comprenant au moins deux bascules bistables montées en série l'une derrière l'autre, 15 de la première à la dernière, les entrées d'horloge de ces bascules recevant en parallèle le signal à démoduler et leurs entrées de remise à zéro recevant en parallèle le signal modulateur, l'entrée de la première bascule étant maintenue à 20 un niveau déterminé, et la sortie de ce démodulateur étant reliée à la sortie de la

dernière bascule.