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Dispositif de filtre électrique pour la superposition de tensions à fréquence audible à des réseaux de forte intensité pour commande à distance.
La présente invention concerne uh dispositif de ' filtre électrique qui est constitué de telle sorte qu'il possède, en ce qui concerne une fréquence au moins, pour une résistance quelconque de sortie, une résistance d'en- trée rigoureusement égale. De telles installations de fil- trage sont nécessaires dans la superposition des tensions à fréquence audible à un réseau relativement important de haute intensité pour la commande à distance, d'une part afin de protéger les circuits générateurs qui engen- drent lafréquence audible, de l'action de la haute tension à basse fréquence, et d'autre part aussi afin d'éviter fes pertes d'énergie dans le circuit générateur.
Il faut cependant tenir compte de ce que la résistance de fermeture de ce filtre n'est pas constante suivant la charge du ré- seau de forte intensité, mais qu'elle varie fortement d'après l'heure du jour. Il est par suite très important que le filtre qui verrouille le réseau de haute intensité contre le circuit gébérateur n'engendre pas de charge sup- plémentaire dans le circuit gébérateur et laisse cependant passer sans affaiblissement la fréquence audible à superpo- ser.
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Les filtres ordinaires de la technique de signalisation que l'on pourrait employer à cet effet avec un choix ap- proprié des éléments de montage, possèdent à vrai dire la dépendance de fréquence appropriée. Il est également connu que, dans le montage en chaîne de divers éléments de filtre égaux, l'effet d'arrêt centre les fréquences per- turbatrices peut être élevé-à. volonté. Cependant, tous ces filtres connus exigent une résistance de fermeture cons- tante. Si le filtre est adapté'exactement, c'est-à-dire si la résistance de fermeture est exactement égale à son impédance, sa résistance d'entrée est égale à la résis- tance de fermeture. Mais ce n'est plus le cas quand la ré- sistance de fermeture est constamment soumise à des va- riations.
Dans ce cas sa résistance d'entrée possède des composantes de capacité ou d'induction plus ou moins grandes, de sorte qu'on ne peut plus parler d'une égalité de la résistance de fermeture et de la résistance d'entrée. Ce comportement du filtre est sans importance pour la tech- nique de signalisation, parce qu'on a alors à faire en général éa des résistances de fermeture constantes (enrou- lements de relais, entrées d'amplificateurs etc. Par contre, cette propriété des filtres n'est pas désirable pour les buts indiqués ci-dessus de la superposition des ten- sions à fréquence audible à des réseaux de forte intensité.
Etant donné que, comme on l'a déjà fait ressortir, la ré- sistance de fermeture est soumise à de fortes varaitions, le circuit générateur, qui consiste généralement en un gébérateur synchrone normal pour fréquence audible, est soumis à une charge capacitaire ou inductive supplé- mentaire. Ces charges engendrent elles-mêmes de nouveau des variations de tension indésirables, qui rendraient ex- traordinairement difficile le problème du réglage, c'est- à-dire le réglage sur une tension constante de superposi- tion.
Il était donc désirable de réaliser un filtre qui, exactement comme le filtre de la technique de signalisation, arrête certaines fréquences et par contre en laisse passer d'autres, mais qui en outre, possède la propriété, quelle que soit la charge du coté de sa sortie, de présenter tou- jours du c8té de l'entrée une résistance exactement égale à la résistance de sortie, ou, en d'autres termes, ce filtre doit être tel que la charge du côté de l'entrée soit exac- tement égale éa la charge du c8té de la sortie. La résis- tance de sortie peut dans ces conditions prendre une valeur quelconque entre la marche à vide et le court circuit. Pour tous ces états de charge, on évite alors les chutes et les élévations de tension supplémentaires. De même, le circuit générateur ne subit aucune charge supplémentaire.
Les conditions ne sont relatives qu'à une fréquence de pas- sage déterminée. Il est cependant possible aussi d'obtenir une solution approximative pour une bande de fréquence plus ou moins grande.
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Le dessin représente une disposition schématique des deux quadripoles.
Sur la figure, VP1 désigne un circuit normal de filtre ayant une zone de passage et d'arrêt qui n'est pasplus précisément définie, c'est à-dire ayant des propriétés de fréquence données à l'avance. On admettra que ce circuit de filtre est fermé par une résistance variable r , r pouvant prendre, d'après ce qu'il a été dit, une valeur quel- conque entre la marche à vide et le court circuit, c'est-à-di re pouvant balayer, comme vecteur, tout le champ du demi plan de droite, moitié de droite, du plan de nombres de Gauss. Soit z1 la résistance d'entrée de ce quadripole. On désignera par 2, 2' les bornes de sortie entre lesquelles est branché r , et les intensités et les tensions qui agissent en cet endroit par 12 et U .
Du coté entrée de VP on a, pour chaque r2 déterminé un z1 correspondant.
Enre les bornes d'entree 1, 1' régnent alors les tensions et intensités 1 et U . De ce quadripole, on admettra encore qu'il es symétrique et passif. Sous le nom de symé- trie, on entend la possibilité de pouvoir échanger les bor- nes 2, 2' avec les bornes 1, 1' sans aucune action vers l'extérieur. On dit qu'un quadripole est passif, lorsqu'il ne possède intérieurement aucune source d'énergie (c'est- à-dire lorsqu'il est constitué simplement de capacités, d'inductivités, de résistances ohmiques et de contre- inductivités).
Un tel quadripole possède l'équation carac- téristique des quadripoles :
EMI3.1
U1 = A.U2 " BI2 )
Il = C.U2- AI2 )
Il faut tenir compte de ce que les diverses grandeurs représentent desnombres complexes, avec le déterminant
EMI3.2
Sous le nom de matrice de l'équation du quadripole (1) on entend le schéma de coefficients
EMI3.3
et l'on caraotérise la matrice en la limitant par deux traits verticaux.
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Suivant l'invention, ce quadripole VP1 qui présente par lui-même certaines propriétés de fréquence, c'est-à- dire qui possède une zone de passage et une zone d'arrêt, ou plusieurs, est monté en chaîne avec un autre quadripole VP2 de telle sorte que les bornes de sortie du quadripole VP2 coincident avec les bornes d'entrée de VP . Le quadripole VP2 est constitué de telle façon qu'il a essentiellement des propriétés qui sont fonction de la fréquence du quadripole VP1, c'est-à-dire que les propriétés de fré- quence de VP1 ne sont pas modifiées par lui. En outre, il doit être constitué de façon à compenser les charges capacitaires et inductives engendrées par des variations de résistance de r , et cela, à vrai dire, pour une fréquence bien déterminée seulement (@).
Suivant l'invention, on obtient ce résultat par le fait que, pour cette fré- quence bien déterminée, VP2 offre la matrice :
EMI4.1
Le nouveau quadripole provenant de cette combinaison de montage a la propriété recherchée, que sa résistance d'entrée Z est exactement égale à la résistance de sortie r2
Pour caractériser les propriétés du quadripole nouvellement créé, il faut que les matrices des deux quadripoles montés en chaîne, soient multipliées les unes par les autres en succession appropriée (Cauer, Théorie des montages alternatifs linéaires, p.85). On obtient ainsi, suivant les règles.de calcul des matrices :
EMI4.2
C'est-à-dire, ainsi qu'il convient de le remarquer, chaque fois la matrice unitaire.
Ceci signifie, d'autre part, que l'équation (1) du quadripole nouvellement produit est la suivante :
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Uo=-U2 (6) ou Uo=U2 (6')
Io= 12 Io = -12
Les quatre équations expriment le fait que pour une fréquence w déterminée, les deux quadripoles suivant (4) et (4') fournissent ce qui est exigé; c'est-à-dire que la résistance de sortie r2 = zo.
Des relations (4) et (4') on peut en conclure que le quadripole à réaliser est symétrique et que son déterminant est, comme dans la relation (2), égal à 1. Le quadripole est ainsi réalisable. Mais naturellement, il existe beau- coup de possibilité de réaliser, pour une fréquence donnée àl'avance, les matrices , dans des quadripoles corres- pondants, c'est-à-dire qu'il existe un grand nombre de possibilités de montage VP dont les matrices, pour la fré uence donnée à l'avance, prennent les valeurs exigées de que ou (4'). On remarquera que l'invention comprend la totalité de ces montages, bien que, dans les essais pratique, les propriétés de fréquence du quadripole doivent entrer aussi en ligne de compte.
Il pourrait en effet in- tervenir le cas où un quadripole satisfaisant à la matrice M posséderait des propriétés de fréquence qui le rendraient impropre au montage en chaîne avec VP1. En particulier, il fa' considérer que la fréquence de passages doit se trouver aussi dans une zone de passage du filtre VP2.
Il n'est pas essentiel pour l'invention que la com- pensation ainsi obtenue ne soit déclarée que pour une fréquence. Elle est également possible pour une bande de fréquence plus ou moins large, quand les conditions rela- tives aux matrices sont satisfaites approximativement pour une bande de fréquence plus ou moins grande. On doit spécialement rechercher quand le cas se produit.