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APPAREILS POUR OBTINIR, D'ONDES A BASSE FREQUENCE, DES ONDES ELECTRIQUES DE FREQUENCES HARMONIQUES.
L'invention se rapporte à un dispositif pour produire des ondes à courant alternatif, et plus particulièrement à un arrangement de circuits pour produire un groupe de fréquences harmoniques ayant une amplitude uniformément grande.
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Jusqu'ici on a trouvé désirable dans les systèmes de trans- mission exigeant un grand nombre d'ondes alternatives de différentes fréquences, comme par exemple, les ondes porteuses pour les divers chemins d'un système téléphonique multiplex, de produire simultané- ment les différentes fréquences en déformant une fréquence fondamen- tale d'une onde à courant alternatif au moyen d'un simple dispositif déformateur d'ondes comme par exemple un tube à vide thermoionique ou une bobine de saturation à noyau magnétique. De l'énergie four- nie par chaque dispositif déformateur d'ondes, les fréquences harmo- niques voulues sont choisies par des circuits convenables ou par des filtres.
Dans ces systèmes on sait que l'amplitude des fréquences harmoniques décroît très rapidement à mesure que les positions de ces fréquences avancent dans la rangée des harmoniques.
Un des buts de l'invention est d'obtenir,d'une onde à basse fréquence, un groupe d'ondes de fréquences harmoniques ayant une ampli -tude presque uniforme,et réparties sur une rangée voulue de fréquen- ces. Suivant l'invention ce but est atteint en utilisant un arrange- ment de circuits particuliers en combinaison avec une bobine à noyau magnétique du type non polarisé. Dans la forme préférée de réalisa- tion, une onde de fréquence fondamentale, appliquée sur la bobine connectée dans un circuit en résonance, produit un groupe voulu d'on- des de fréquences harmoniques impaires.
Le circuit de sortie de la bobine comprend un condensateur connecté en série avec une charge qui peut être soit une impédance de résistance pure ou un banc de filtres Les constantes du circuit de sortie produisant pour les harmoniques impaires distribuées à travers la rangée voulue de fréquences une amolitude uniformément grande.
Un fait additionnel de l'invention est d'utiliser un recti- ficateur en pont à oxyde de cuivre connecté à travers le circuit de sortie pour séparer un groupe voulu d'ondes de fréquences harmoniques paires distribuées à travers la rangée voulue de fréquences et ayant une amplitude uniformément grande.
La figure 1 montre un circuit schématique représentant la
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forme préférée de réalisation-de l'invention.
La figure 2 donne un circuit schématique se rapportant à une modification du circuit de la figure 1.
Les figures 3 à 10 montrent des courbes se rapportant aux caractéristiques de fonctionnement des circuits des figures 1 et 2.
Dans la forme préférée de réalisation de l'invention mon- trée figure 1, une source de courant alternatif 10 fournit une onde de fréquences fondamentales de préférence de quatre kylocycles,qui est appliquée sur le circuit primaire 11 renfermant en série une in- duotance L1, un condensateur C1 et une inductance non linéaire L.Le circuit primaire 11 est en résonance pour l'onde de fréquence fonda -mentale , ou très près de cette condition, de sorte que cette onde présente une forme particulièrement sinusoidale. L'inductance L com- prenant un'noyau magnétique non linéaire et d'une forme convenable, telle que par exemple du type, laminé ou à ruban en spirale, produit de la manière bien oonnue un groupe voulu d'harmoniques impaires de la fréquence fondamentale.
L'inductance L a de prrence un diamètre oomparativement petit de manière à prévoir des forces hautement ma- ¯ gnétisantes en réponse à des courants relativement peu magnétisants, ce qui permet un fonctionnement dans sa région de saturation. Le air- cuit primaire 11 est désigné pour éviter une réactance à la fréquence fondamentale et en plus pour prévoir une haute impédance à la rangée voulue de fréquences harmoniques impaires. L'inductance de L1 est grande comparativement à celle de L.
Un circuit secondaire ou circuit de sortie 14 comprend une charge impédance purement résistance R et un condensateur C, ces éléments étant connectés en série avec l'inductance L.
Pourfaciliter la description du fonctionnement du circuit montré figure 1, on représente: par Il le courant sinusoidal passant à un 'moment quelconque de la source 10 à travers le circuit primaire
11 ; par I2 le courant passant à un moment quelconque dans l'inductan- oe L; et par I3 le courant passant à un moment quelconque à travers
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le circuit de sortie 14. Le fonctionnement de l'arrangement montré figure 1 peut être plus facilement compris en considérant l'action électromagnétique du circuit à travers un cycle de la fréquence fon- damentale. On suppose donc que le courant I1 est une onde sinusoida- le représentée par l'équation
I1 = I0 cos pt qui représente une courbe montrée figure 3.
On sait qu'un potentiel développé à travers une inductance, en négligeant le potentiel dû aux pertes dans le ouivre, est repré- senté par l'équation
EMI4.1
e = nA10 . dB = nAlO. dB . volts; dt dH dt tandis que l'inductance est représentée par l'équation
EMI4.2
L 4nA dB x 10-9 henrys d dH et que la force magnétisante est représentée par l'équation
EMI4.3
H "" .4nI2 d dans lesquelles n représente le nombre de tours, A la surface de la section transversale, et d le diamètre moyen du chemin magnétique.
La relation B-H de la bobine est montrée figure 4.
On suppose que Il a sa valeur maximum positive dans la fi- gure 3 quand la force magnétisante de l'inductance L a une valeur (+) Ho qui, ainsi qu'il est montré figure 4, est plus grande que la force magnétisante de saturation HS. Dans ce point pt = 0, dH est dt pratiquement nul, et dB/dH est très faible dû au fait que la valeur dH de H est plus grande que (+) H . A mesure que I1 décroft, mais res- te supérieur à la force magnétisante de saturation (+) H , l'impédan
S -ce dans l'inductance L est négligeable excepté pour cette valeur provoquant une perte dans le cuivre de ses enroulements.
Par suite, pour des valeurs de Il entre (+) Ho et (+) HS, un potentiel relative- ment i'aible sera développé à travers l'inductance L; I3 passant dans le circuit de sortie 14 aura une valeur négligeable ; etI1 et I2 se- ront pratiquement égaux. Sur la figure 4 on peut voir qu'un change-
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-ment dans H au-dessus de (+) HS provoque de très faibles change- ments en B. Pour les valeurs de courant précédentes, l'inductance L aura une valeur relativement faible LS, ainsi qu'il est montré figure 4.
Quand H1 diminue à une valeur telle que H tombe en-dessous de (+) mais reste dans les valeurs magnétisantes de saturation positive et négative respectivement (+) H et (-) HS, dB devient re-
S S dH lativement grand de sorte que les valeurs du potentiel e et l'induc- tance L dans les équations précédentes sont brusquement accrues par les facteurs relativement grands de eo et Lo des figures 5 et 6.
Pendant cet intervalle dH atteint sa valeur maximum. En conséquence dt de cette variation de flux, un potentiel est développé dans l'induc- tance L pour effectuer un courant I3 dans le circuit de sortie 14.
Le oourant I3 charge le condensateur C mais par suite de la valeur relativement grande L0 de l'inductance L, il se charge lentement.
Le courant de charge I3 pour les valeurs e0 et L0 est montré entre ptl et pt2 de la figure 7.
Entre les valeurs de saturation (+) HS et (-) HS le courant 1 3 passant dans l'inductanoe L aura une valeur moindre que I3 c.à.d. que I2 = Il - I3.
Le courant I2 est montré par la ligne en pointillé de la figure 3. Comme I2 décroît en-dessous de la valeur de saturation négative (-) H , dB devient relativement faible de sorte que les
S dH valeurs du voltage e et de l'inductance L diminuent brusquement vers'des valeurs comparativement faibles montrées figures 5 et 6.
Cela termine le chargement du condensateur C qui commence à se dé- charger à travers la charge R et l'inductance L pour produire un courant I dans le circuit de sortie 14. Due à la valeur relative-
3 ment faible LS de l'inductance L, le condensateur C se décharge dans la forme d'une impulsion extrêmement brusque,ainsi qu'il est montré figure 7.
On doit comprendre que pendant la décharge du condensateur C,
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l'inductance L possède une impédance relativement faible de sorte que l'impulsion I3 est largement limitée par l'impédance de la charge R. Il en résulte que I2 tombe brusquement vers sa valeur minimum, puis après décroît d'une manière pratiquement exponentielle jusqu'à ce que la charge du condensateur C soit entièrement dissipée. En ce moment, le courant I2 est encore pratiquement égal au courant Il, ainsi qu'il est montré figure 3. L'action précédente est alors ré- pétée dans la direction opposée pendant laquelle Il atteint des va- leurs pour lesquelles l'inductance L manifeste un changement de va- leur. Il s'ensuit que les valeurs ci-dessus mentionnées de I2 et I3 sont répétées dans la direction opposée, ainsi qu'il est montré figures 3 et 7.
L'impulsion brusque de I3 résultant de la décharge du con- densateur C produit une amplitude uniformément large dans le groupe voulu d'harmoniques impaires produites, ainsi qu'il a été décrit pré- cédemment, dans l'inductance L. La forme de la courbe I3 est déter- minée par les valeurs de l'impédance R et du condensateur C du circut de sortie, ainsi que par l'inductance relativement faille de L pen- dant l'intervalle de décharge du condensateur C. Ces valeurs peuvent être choisies pour prévoir une performance voulue ou constante du circuit.
Suivant la figure 7, la courbe du courant I3 indique les oa- ractéristiques suivantes : (1 ) pendant chaque cycle de Il, le cou- rant I3 est divisé en deux impulsions isolées d'une manière telle que des valeurs relativement faibles de I3 sont interposées entre elles; et (2 ) chaque impulsion est brusquement divisée en deux étages. En oonnexion avec cette dernière condition, le premier tage de pt1 à pt2 ressemble à une augmentation lente du courant en réponse à un potentiel appliqué sur un circuit oontenant une inductance relative- ment grande; et le deuxième étage, de pt2 à n + pt1, ressemble à la décharge d'un condensateur à travers une inductance relativement faible et une résistance.
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L'inductance non linéaire L peut aussi être considérée com- me ayant deux valeurs distinctes d'inductance, une pour chacun des deux étages de I3 s'étendant de pt1 à # +pt1 (figure 7). comme on la vu précédemment, une des inductances est relativement plus faible que l'autre. Donc, la valeur la plus faible de l'inductance doit être si petite que le potentiel fondamental appliqué à travers elle sera né- gligeable par rapport à l'absence d'un courant fondamental pratique- ment à l'état stable, pendant ce temps. En plus, la décharge du con -densateur C doit être brusquement effectuée par suite de la partie négligeable de I3 passant pendant cet intervalle.
Par suite, il est montré sur la figure 7 que pour chaque impulsion brusque' de I3, le condensateur C est ohargé et déchargé en moins qu'un demi-cycle de l'onde du courant fondamental.
La valeur la plus grande L0 semble être associée avec la perméabilité initiale du noyau magnétique de l'inductance L,tandis que la valeur LS semble être associée avec la perméabilité de satu- ration du noyau magnétique.
Les figures 8 et 9 donnent respectivement des représenta- tions osoillographiques des courants I2 et I3 obtenues par un circuit semblable à celui décrit ci-dessus.
La figure 2 donne une modification du circuit montré figure 1 et diffère de celui-ci seulement par son circuit de sortie. Sur la figure 2, le circuit de sortie 30 est arrangé pour produire à la fois des harmoniques paires et impaires qui peuvent être utilisées pour des chemins terminus de câbles à courants potteurs ou de câbles co- axiaux. Le circuit de sortie 30 de la figure 2 est connecté à l'en- roulement primaire d'un transformateur 34 dont l'enroulement secon- daire est relié à une bande de filtres 35 qui sont représentés au non -bre de six à titre d'exemple, et qui sont arrangés pour fonctionner en parallèle et laisser passer seulement le groupe voulu d'harmoniques impaires.
Pour prévoir un groupe voulu de fréquences harmoniques pai -res on a employé un rectificateur en pont 36 à oxyde de cuivre, ren-
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-fermant une paire de bornes conjuguées en pont et connectées à tra- vers le circuit secondaire 30, et une seconde paire de bornes de sor. tie connectées à l'enroulement primaire d'un transformateur 37. L'en- roulent secondaire de ce dernier transformateur est relié à une bande de filtres 38 montrés au nombre de six, et arrangés pour fonc -tionner en parallèle et laisser passer seulement les groupes voulus de fréquences harmoniques paires.
Les bras du pont rectificateur sont polarisés de manière que des impulsions alternées de I3 sont inversées, provoquant ainsi le passage d'un oourant dans la même direction à travers l'enroule- ment primaire du transformateur 37. Il s'ensuit que seulement les harmoniques paires sont prévues avec une amplitude uniformément gran- de,distribuées sur une rangée de fréquences voulue.
Quand les bancs de filtres 35 et 38 couvrent une large ran- gée de fréquences harmoniques de manière à prévoir une impédance pra- tiquement uniforme, le fonctionnement du circuit secondaire 30 de la figure 2 se rapproche très fortement du fonctionnement du circuit se- condaire 14 et par suite la forme de 13 , présentée par le courant de sortie de 30, sera pratiquement identique à la forme. de I3 présentée par le circuit de la figure 1, ainsi qu'il est montré figure 9. par suite, une amplitude uniformément grande distribuée sur la rangée voulue de rréquences des harmoniques impaires produites sera réali- sée dans le circuit de sortie de la figure 2. uand le fonctionnement du circuit secondaire 30 tend à va- rier, un des ajustements suivants peut être adopté:
1 ) Les bancs de filtres peuvent être pourvus latéralement de filtres passe-haut et passe-bas de manière à prévoir une impédance suffisamment uniforme pour la rangée entière de fréquences voulues.
2 ) Un condensateur peut être shunté sur les transforma - teurs 34 ou 37 ou sur les deux .
3 ) Un transformateur ayant une capacité shunt relativement grande associée avec son enroulement, peut être substitué à l'un ou l'autre des transformateurs 34 ou 37.
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Cependant on doit observer que l'emploi des éléments shunts ci-dessus altère la forme de I3 de manière à inolure une boucle sup- plémentaire; ainsi qu'il est montré figure 10 ; plus la distribu- tion de I3 reste uniforme quoique l'amplitude des harmoniques pro- duites soit légèrement accrue. La figure 10 est un enregistrement osoillographique du circuit de sortie comprenant les éléments shunts ci-dessus mentionnés.
On doit comprendre que l'invention peut subir plusieurs mo- difications et qu'elle n'est nullement limitée aux exemples montrés aux dessins ci-joints.
REVENDICATIONS.
1 - Circuit pour la production de fréquences harmoniques com -prenant un générateur de courant alternatif de fréquence fonda- mentale , un circuit connecté à travers le générateur et renfermant en série une bobine d'induction à noyau à air, une capacité, et une bobine d'induction ayant un corps magnétique pouvant être saturé accordé à la fréquence fondamentale ;
la bobine à noyau magnétique produit un groupe voulu d'ondes harmoniques impaires de l'onde fon- damentale et l'inductance de la bobine à noyau à air est large com- parés avec l'inductance de la bobine à noyau magnétique, un circuit de sortie pour effectuer une amplitude uniformément grande dans les harmoniques produites comprenant une deuxième capacité et un circuit de charge purement résistance connecté en série avec la bobine à noyau magnétique.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.