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La présente invention, système André CAZALAS et Jean DELIBRIAS, concerne les perfectionnements aux systèmes de phasemètres, et plus par- ticulièrement, aux systèmes de phasemètres asservis. Ces systèmes permettent l'entraînement d'une charge quelconque, le mouvement de cette charge pré- sentant une relation quelconque connue avec la différence de phase existant entre deux tensions sinusoïdales de même fréquence.
Les phasemètres connus présentent divers inconvénients, 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 multi- plication fournit un signal à fréquence nulle dont la valeur est propor- tionnelle au cosinus du déphasage qui existe entre les deux signaux.
La composante du signal de sortie à la fréquence 2 f est facile- ment éliminée par un filtrage si ce dernier s'avère nécessaireoCe type de phasemètre est moins sensible aux harmoniques que les phasemètres précé- dents.
Le plus connu des phasemètres à multiplication est le pont à qua- tre éléments redresseurs, communément appelé modulateur en anneau. Son in- convénient majeur réside dans le fait que la multiplication des deux signaux ne s'opère dans,. Se bonnes conditions que lorsque ceux-ci sont de faible niveau.
Au voisinage du déphasage # radian, bien que la sensibilité soit maximum, le signal utilisable est très faible en valeur absolue.
Suivant l'invention, le phasemètre asservi comporte essentielle- ment en combinaison, un détecteur de phase constitué par un pont composé d'éléments non linéaires d'un type particulier, sur les diagonales duquel sont appliqués l'un directement, l'autre par l'intermédiaire d'un dépha- seur électromécanique, les deux signaux à comparer en phase, le signal de sortie du détecteur de phase servant à actionner dans le sens convenable le moteur qui entraîne, d'une part le dispositif d'affichage ou la charge quelconque, et d'autre part, par l'intermédiaire d'une démultiplication éventuelle, le déphaseur électromécanique de manière à rendre constamment égal à # le déphasage des signaux appliqués sur le détecteur de phase.
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Pour permettre de mieux comprendre l'invention, on va en décrire des modes de réalisation en se référant à la description et aux figures suivantes données à titre d'exemples non limitatifs:
La fig. 1 représente le schéma d'un phasemètre asservi conformé- ment à l'invention.
La fig. 2 représente schématiquement une application de ce dispo- sitif à un asservissement suivant une loi quelconque.
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 l'organe d'affichage ou
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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 E et E2 à comparer en phase sont appliquées respectivement sur le détec- teur de phase 1 et sur l'élément 6 qui est un déphaseur électromagnétique.
Suivant l'invention, le détecteur de phase 1 est de préférence constitué par un réseau à redresseurs montés en pont sur les diagonales
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duquel sont appliquées les tensions dont on veut mesurer le dêpliasage, chaque bras du pont comportant en série avec le redresseur une résistance non linéaire.
Une des caractéristiques de l'invention est de permettre, grâce
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à ce montage particulier, 1"utilisation de tensions E1 et E2 de fortes va- leurs et, par conséquent, d'accroître la sensibilité du détecteur sans di- minuer la précision de la multiplication.
La tension E1 est appliquée sur l'une des diagonales. Sur la se- conde diagonale est appliquée la tension de sortie du déphaseur électromé- canique 6.
Celui-ci est, par exemple, du type selsyn, le stator étant couplé à un réseau à résistance-capacité, l'enroulement mobile étant alimenté par
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la tension E 2 et orienté, dans le cas présent, par l'élément 50
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 uti- liser un moteur à courant continu, à commande par l'induit par exemple. Il est bien entendu que toutes les variantes de ce type, qui sont du domaine de l'art, sont comprises dans l'invention.
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 ampli-
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fiée dans un amplifi a.teU1"',à:courant alternatif qui commandera le moteur. Là'encore,rtoutes les variantes possibles restent du domaine de l'invention.
L'élément 5, commandé également par l'arbre de sortie précédent, est constitué selon le cas, par une multiplication, une démultiplication ou simplement un arbre rigide reliant l'arbre de sortie de l'ensemble 3 au rotor du déphaseur 6.
Ce phasemètre asservi fonctionne d'après le principe suivant :
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le déphaseur 6 est alimenté par la tension E2 de phase 28 Il fournit une tension El 1 de phase v 1 qui est comparée dans le détecteur de phase 1 avec la tension E 1 de phase 18 Le détecteur fournit alors une tension variant comme le cosinus de déphasage entre El et Pli,, On dispose alors à la sortie du détecteur, d'un courant de commande qui agit que le moteur - et celui-ci sur le déphaseur - pour le faire tourner dans un sens tel que le déphasage
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de Eu et E 1 tende à devenir égal à TC 2 radian.
Si l'on désire que le déphasage entre E1 et El 1 tende à s'annu- ler, on intercalera, par exemple, entre E1 et le détecteur de phase, un or- gane fournissant un déphasage fixe de la tension E de # dans le sens convenable. 2
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Le phasemètre asservi précédent peut être avantageusement uti- lisé, moyennant certaines modifications, pour entraîner une charge méca- nique quelconque, la position de cette charge présentant une relation dé- terminée avec le déphasage entre deux tensions sinusoïdales de même fré- quenceoEn désignant par x la grandeur d'entrée, et 7 la grandeur de sor- tie, l'asservissement permet de réaliser entre ces deux grandeurs, une re- lation du genre y = k.x ,k étant une fonction quelconque liant à x.
On va décrire une application pratique 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 fige 2 , représentant le schéma de cette transmission les éléments analogues à ceux de la fig. 1 portent les mêmes référenceso
L'élément 10 est l'organe de transformation de la grandeur d'en- trée x en un signal électrique périodique dont la phase du premier har- monique 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 repré- senté sur la fige 1.
Sur ce déphaseur est appliquée une tension sinusoïdale provenant d'un générateur auxiliaire (non représenté) dont la phase # 0 est considé- rée 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 exem- ple égal à 1) avec la grandeur de sortie de l'élément 5. Dans le cas pré- sent, ce sera un déphaseur de même nature que l'élément 10. Les autres élé- ments dû dispositif sont reliés de manière analogue à ceux de la fig. 1.
Il existe toutefois une différence, c'est que la tension E2 de phase Le 2 qui alimentait l'enroulement mobile du déphaseur 6 de la figo 1 est rempla- cée par le même signal à phase de référence ( 0 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, stabilité ..... ) pouvant influer sur le choix d'un moteur à courant alternatif ou continua
Il 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 1 (en écriture sym- k bolique), de la fonction liant ± 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 intégra- tion y = # x (t). dt, l'élément 5 devra effectuer l'opération inverse et délivrer à sa sortie une grandeur de la forme : x = dy. De même, s'il dt s'agit d'une différenciation y = dx , on devra recueillir à la sortie dt de 5, la grandeur x = #y (t) dt.
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Si, dans le cas de la transmission angulaire, on désire que la relation entre x et y soit x = y, autrement dit :k = 1, l'élément 5 se réduira à un axe rigide reliant la grandeur de sortie y à l'élément 6.
Le fonctionnement de ce dispositif étant analogue à celui décrit en relation avec le phasemètre, ne nécessite pas de développement particu- lier.
Ce dernier dispositif s'adapte facilement à la transmission à distance en se combinant avec un système à comparaison de phase, déjà con- nu. Les lignes en traits interrompus XX indiquent de quelle manière ledit système vient s'intercaler dans le schéma de la fige 2. le signal de sor- tie du déphaseur 10 représente le signal d'information à phase variable, le signal provenant du générateur auxiliaire le signal à phase de réfé- rence.Ces deux signaux modulent des ondes porteuses de fréquence diffé- rente qui sont transmises au récepteur, où, 'après filtrage, démodulation et amplificateur, les deux signaux sont restitués et respectivement appli- qués sur les éléments 1 et 6 du phasemètre, dont la constitution et le fonctionnement restent inchangés.
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The present invention, André CAZALAS and Jean DELIBRIAS system, relates to improvements to phasemeter systems, and more particularly, to controlled phasemeter systems. These systems allow the drive of any load, the movement of this load having any known relationship with the phase difference existing between two sinusoidal voltages of the same frequency.
Known phasemeters have various drawbacks, some of which are sensitive to the various harmonics of the signals. The phase measurement is then limited, in fact, to a measurement of the time interval which separates the passage of the two periodic signals by the same value.
The phasemeters which measure the phase shift between the fundamentals of the signals generally include a filtering element which limits their use to a well-determined frequency., The two-phase motor, playing both the role of motor and phase detector, makes it possible to avoid this drawback, but its power output is low and makes it difficult to use it as a phase detector in a controlled assembly.
@ The phasemeters based on the principle of multiplying the two signals are generally independent of the frequency. This multiplication provides a signal at zero frequency, the value of which is proportional to the cosine of the phase shift which exists between the two signals.
The component of the output signal at frequency 2 f is easily eliminated by filtering if this proves necessary. This type of phasemeter is less sensitive to harmonics than the previous phasemeters.
The best known of the multiplication phasemeters is the bridge with four rectifying elements, commonly called the ring modulator. Its major drawback lies in the fact that the multiplication of the two signals does not take place in ,. Get good conditions only when these are low.
In the vicinity of the phase shift # radian, although the sensitivity is maximum, the usable signal is very weak in absolute value.
According to the invention, the controlled phasemeter essentially comprises in combination, a phase detector constituted by a bridge composed of nonlinear elements of a particular type, on the diagonals of which are applied one directly, the other by via an electromechanical phase shifter, the two signals to be compared in phase, the output signal of the phase detector serving to actuate in the appropriate direction the motor which drives, on the one hand the display device or the any load, and on the other hand, by means of a possible reduction, the electromechanical phase shifter so as to make the phase shift of the signals applied to the phase detector constantly equal to #.
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To better understand the invention, embodiments thereof will be described with reference to the following description and figures given by way of non-limiting examples:
Fig. 1 represents the diagram of a controlled phasemeter in accordance with the invention.
Fig. 2 schematically represents an application of this device to a control according to any law.
The slaved phasemeter, shown schematically in FIG. 1, comprises a phase detector 1, the output signal of which is amplified by the amplifier 2 which supplies the motor 3 linked to the display member or
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remote control 4. A feedback loop comprises elements 5 and 6 which will be described in detail below. The voltages of the same frequency E and E2 to be compared in phase are applied respectively to the phase detector 1 and to the element 6 which is an electromagnetic phase shifter.
According to the invention, the phase detector 1 is preferably formed by a network with rectifiers connected in bridge on the diagonals.
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from which are applied the voltages of which the defliasing is to be measured, each arm of the bridge comprising in series with the rectifier a non-linear resistance.
One of the characteristics of the invention is to allow, thanks to
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in this particular arrangement, the use of voltages E1 and E2 of high values and, consequently, to increase the sensitivity of the detector without reducing the precision of the multiplication.
The voltage E1 is applied on one of the diagonals. On the second diagonal is applied the output voltage of the electromechanical phase shifter 6.
This is, for example, of the selsyn type, the stator being coupled to a resistance-capacitance network, the mobile winding being supplied by
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voltage E 2 and oriented, in this case, by element 50
The output signal from phase detector 1 is sent to amplifier 2.
This can be of the direct current type if it is desired to use a direct current motor, controlled by the armature for example. It is understood that all the variants of this type, which are in the field of the art, are included in the invention.
If you want to use an AC motor, a two-phase motor for example, the output of the phase detector can be connected to a modulator of any type, the output voltage of which will be amplified.
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relied in an amplifi a.teU1 "', to: alternating current which will control the motor. Here again, rtoutes possible variations remain within the scope of the invention.
The element 5, also controlled by the preceding output shaft, is formed as the case may be by a multiplication, a reduction or simply a rigid shaft connecting the output shaft of the assembly 3 to the rotor of the phase shifter 6.
This controlled phasemeter works according to the following principle:
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the phase shifter 6 is supplied by the voltage E2 of phase 28 It supplies a voltage El 1 of phase v 1 which is compared in the phase detector 1 with the voltage E 1 of phase 18 The detector then supplies a voltage varying like the cosine of phase shift between El and Pli ,, There is then at the output of the detector, a control current which acts only the motor - and this one on the phase shifter - to make it rotate in a direction such as the phase shift
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of Eu and E 1 tends to become equal to TC 2 radians.
If it is desired that the phase shift between E1 and El 1 tends to be canceled, one will interpose, for example, between E1 and the phase detector, an organ providing a fixed phase shift of the voltage E of # in the proper meaning. 2
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The preceding slaved phasemeter can be advantageously used, with certain modifications, to drive any mechanical load, the position of this load having a definite relationship with the phase shift between two sinusoidal voltages of the same frequency o By denoting by x the input quantity, and 7 the output quantity, the control makes it possible to achieve between these two quantities, a relation of the type y = kx, k being any function linking to x.
A practical application of such a slaving to an angular transmission will be described, but it goes without saying that this example is in no way limiting, and that the input quantity x can take any other form.
On fig 2, showing the diagram of this transmission, elements similar to those of FIG. 1 have the same references
Element 10 is the device for transforming the input quantity x into a periodic electrical signal, the phase of the first harmonic of which is linearly variable (proportionality ratio equal for example to 1) with the quantity x. In the current case, this member may be an electromechanical phase shifter of the type of phase shifter 6 previously shown in fig 1.
To this phase shifter is applied a sinusoidal voltage coming from an auxiliary generator (not shown) whose phase # 0 is considered to be phase zero and serves as a reference.
The moving winding of the phase shifter is oriented by the input angular information, and the output signal applied to the phase detector 1.
Element 6 is the device transforming the output quantity of element 5 into a periodic electrical signal whose phase of the first harmonic is linearly variable, (proportionality ratio for example equal to 1) with the output quantity of l Element 5. In the present case, it will be a phase shifter of the same nature as element 10. The other elements of the device are connected in a manner analogous to those of FIG. 1.
However, there is a difference, it is that the phase voltage E2 Le 2 which supplied the mobile winding of the phase shifter 6 in fig. 1 is replaced by the same reference phase signal (0 as the one sent to the phase shifter 10.
The remarks made on elements 2 and 3 remain valid, the nature of the load and other considerations (precision, speed of response, stability, etc.) which may influence the choice of an AC or DC motor.
It should be noted that element 5, which until now only played the role of a simple mechanical multiplication, may have a more complex function. This element performs the inverse function 1 (in symbolic writing), of the function linking ± to x, that is to say it transforms the output quantity into a quantity of the same nature and of the same form as the input size.
If, for example, the relation to be realized is an integration y = # x (t). dt, element 5 will have to perform the opposite operation and deliver at its output a quantity of the form: x = dy. Similarly, if dt is a differentiation y = dx, we must collect at the output dt of 5, the magnitude x = #y (t) dt.
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If, in the case of angular transmission, we want the relation between x and y to be x = y, in other words: k = 1, the element 5 will be reduced to a rigid axis connecting the output quantity y to the item 6.
The operation of this device being similar to that described in relation to the phasemeter, does not require any particular development.
The latter device easily adapts to remote transmission by combining with a phase comparison system, already known. The dotted lines XX indicate how said system is inserted in the diagram of fig 2. the output signal of the phase shifter 10 represents the variable phase information signal, the signal coming from the auxiliary generator. phase reference signal.These two signals modulate carrier waves of different frequencies which are transmitted to the receiver, where, after filtering, demodulation and amplifier, the two signals are restored and respectively applied to the elements 1 and 6 of the phasemeter, the constitution and operation of which remain unchanged.