Dispositif de mesure de tension
La présente invention a pour objet un dispositif de mesure de
tension, comprenant une impédance d'entrée reliée à un généra
teur de signaux relié à son tour à une première inductance, cou
plée magnétiquement avec une seconde inductance.
Il existe des dispositifs de mesure du genre décrit qui compren
nent, côté haute tension, une impédance d'entrée, un dispositif haw
cheur de courant engendrant un train d'impulsions dont l'amplitude est proportionnelle à la tension à l'entrée, un transformateur d'isolement pour amener un signal pilote nécessaire au hacheur, ou bien une tension d'alimentation d'un oscillateur local, et un transformateur d'isolement pour transmettre le signal de sortie au hacheur.
L'invention a pour but de simplifier la partie du circuit reliée
au réseau, d'éliminer les transformateurs d'isolement pour des
tensions à fréquence industrielle (50 Hz; 16 2/3 Hz) à noyau ma
gnétique, d'engendrer, par des moyens simples, un signal permet
tant la transmission fidèle d'une image de la tension du réseau,
même si cette tension présente des variations rapides non sinusoï
dales et de rendre très faibles la dissipation calorifique et l'encombrement, afin de rendre possible un isolement par enrobage
ou moulage. Un autre but de l'invention est une disposition de la partie du circuit reliée au réseau par rapport à la partie à basse tension permettant de coupler magnétiquement les deux parties par simple juxtaposition, sans grande précision.
Le dispositif suivant l'invention est caractérisé en ce que le générateur de signaux est constitué par un accumulateur d'énergie électrique relié à l'impédance d'entrée et par un élément non linéaire dont la caractéristique tension-courant comprend une portion à pente négative entre une tension ou un courant d'amorçage et une tension ou un courant d'extinction, en ce que l'élément non linéaire commande la décharge périodique de l'accumulateur d'énergie électrique à travers un circuit comprenant la première inductance, la seconde inductance étant reliée à un circuit comprenant un démodulateur et un appareil de mesure ou de commande pour la mesure de la fréquence des impulsions.
L'invention est expliquée ci-dessous par rapport à un exemple d'une forme d'exécution et quelques variantes représentées aux fig. 1 à 6.
Les fig. 1 et 6 sont des schémas électriques d'un dispositif suivant l'invention et d'une variante.
Les fig. 2 à 4 représentent des variantes de dispositions con
crètes des éléments de circuit du dispositif suivant la fig. 1.
La fig. 5 est un schéma électrique d'un circuit particulier.
Aux fig. 1 à 4, une impédance d'entrée est constituée par une
série de résistances 1 disposées sur un support isolant approprié,
par exemple une plaquette en verre époxy 2. La série de résis
tances I est raccordée à un condensateur 3, accumulateur d'éner
gie électrique, disposé également sur la plaquette 2 et constituant
une partie d'un générateur de signaux.
Le circuit composé par l'impédance d'entrée et le condensa
teur 3 est relié d'un côté via un pantographe 4 à un réseau de
haute tension, représenté par un fil de caténaire 5, et de l'autre
côté, via une roue 6, à la masse des rails 7. Aux bornes du con
densateur 3 est relié, via une inductance 8, un élément 9 dont la
caractéristique tension-courant comprend une portion à pente né
gative entre une tension d'amorçage et une tension d'extinction.
L'élément 9 peut être par exemple une diode à néon, une diode
bilatérale dite diac, un thyristor avec un pont de diodes, divers
montages de transistors, etc. Le condensateur 3 et les résistances 1
forment un circuit dont la constante de temps est longue par rap
port au temps de décharge du condensateur 3 à travers l'élément 9
et l'inductance 8. La cadence des décharges est fixée d'une part
par les constantes du circuit et d'autre part par la tension d'en
trée. L'énergie écoulée à chaque décharge dépend de la valeur du
condensateur 3 et des tensions d'amorçage et d'extinction de l'élé
ment 9, de sorte que l'inductance 8 est parcourue par des impul
sions de courant à énergie constante mais à une cadence qui dé
pend de la tension d'entrée. Il est évident que la tension ne doit
pas nécessairement être prélevée sur une caténaire 5.
Le dispositif
peut être branché aussi par exemple entre deux lignes de transmis
sion à haute tension (fig. 4).
Une inductance 10 est couplée magnétiquement avec l'induc
tance 8, de sorte qu'aux bornes de l'inductance 10 apparaît une
tension composée d'impulsions correspondant aux impulsions de
courant dans l'inductance 8. Cette tension est appliquée à un cir
cuit 11 sensible à la fréquence des impulsions, éventuellement
après mise en forme dans un circuit 12.
Afin de rendre le dispositif de mesure insensible aux ondes de
choc, une constante de temps longue est utile; par contre, pour que la modulation permette de représenter fidèlement des tensions alternatives sans qu'il soit nécessaire de réduire sensiblement les résistances 1, une compensation partielle peut être prévue: par exemple un condensateur 13 branché en parallèle sur une ou plusieurs des résistances 1.
Le circuit à haute tension comprenant les éléments 1 à 9 et 13 dissipe très peu d'énergie (quelques watts sous 3000 volts par exemple) et peut de ce fait être enrobé entièrement dans un isolant polymérisable pour constituer un montage unitaire 14 facilement maniable. Il en est de même du circuit à basse tension, comprenant les éléments 10 à 12.
Les deux inductances 8 et 10 doivent être couplées magnétiquement l'une avec l'autre. Ce couplage peut être réalisé de diverses façons, par exemple en disposant les deux inductances dans un agencement concentrique (fig. 3) ou en prévoyant un noyau aimantable par exemple en ferrite en deux parties 15 et 16 renfermant respectivement l'une l'inductance 8 et l'autre I'inductance 10. Ces deux parties du noyau 15 et 16 peuvent alors être alignées l'une dans l'axe de l'autre avec un très grand entrefer (fig. 2).
La partie basse tension du dispositif de mesure comprenant l'inductance 10 et les circuits 11, et éventuellement 12 peuvent être disposés aussi sur une plaquette isolante 17, comme la plaquette 2. Cette partie peut être enrobée aussi dans un isolant polymérisable pour constituer un montage unitaire 18.
Les deux montages unitaires 14 et 18 peuvent être disposés d'un côté et de l'autre d'une paroi isolante 19 par exemple dans un boîtier 20.
Suivant une variante, l'isolement réalisé par la plaque 19 peut être assuré directement par la matière isolante polymérisable constituant le montage 14 de la partie du circuit à haute tension.
Le montage 14 peut prendre n'importe quelle forme extérieure appropriée. Il peut être moulé en particulier dans un moule pour traversées isolantes ou pour isolateurs de haute tension comme montré aux fig. 3 et 4.
L'alignement correct des inductances 8 et 10 peut être obtenu soit par la localisation adéquate des montages unitaires 14 et 18 dans les logements d'un boîtier, soit à l'aide d'enfichages comme représentés aux fig. 3 et 4 rendus possibles par une conformation appropriée des surfaces de contact entre les montages 14 et 18.
La fig. 5 représente un schéma électrique d'un démodulateur 11 qui n'a pas besoin d'être précédé d'un circuit de mise en forme d'impulsions. Des impulsions de tension apparaissent aux bornes de l'inductance 10. Le circuit démodulateur est constitué par un condensateur 21, relié à travers une diode 22 à un deuxième condensateur 23. Le deuxième condensateur 23 est disposé en parallèle avec une résistance 24. Aux bornes de la diode 22 est relié un transistor 25 dont le potentiel du collecteur est fixé par une tension d'alimentation continue apparaissant sur un conducteur 26. Deux bornes de sortie 27 et 28 permettent le raccordement de ce circuit à un appareil de mesure ou de commande à basse tension, non représenté et choisi suivant les besoins particuliers.
A la fig. 6 est représentée une variante du dispositif de mesure suivant la fig. 1.
Un élément 29 non linéaire dont la caractéristique couranttension présente une pente négative entre un courant d'amorçage et un courant d'extinction relie l'impédance d'entrée constituée par les résistances 1 à une inductance à haute fréquence 30 accumulatrice d'énergie électrique. En parallèle sur l'inductance 30 est mise l'inductance à haute fréquence 8, en série avec une diode 31.
Dans ce cas, des impulsions de courant en dents de scie sont engendrées dans l'inductance 30 tandis que des impulsions de courant de décharge très courtes traversent l'inductance 8 à une cadence dépendant de la tension appliquée au pantographe 4.
En cas d'avarie pour une cause quelconque, notamment du montage 14 relié au réseau, un circuit peu coûteux peut être rapidement et simplement remplacé par un autre qui peut être tenu en réserve, vu qu'il est petit et bon marché.