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"Dispositif de montage dans les installations de commande à distance avec une seule fréquence sonore, superposée au réseau." Priorité d'une demande de brevet déposée en Suisse, le 23 juin 1945, N 3277.
L'invention concerne un dispositif de montage pour couplage en fréquence sonore de deux réseaux ne pou- vant être accouplés en courant intense.
Le couplage en fréquence sonore de générateurs de fréquence sonore avec un réseau s'effectue d'une manière connue, au moyen de filtres de couplage, qui comportent un organe de compensation. La combinaison de deux quadripôles, que l'on emploie à cette occasion, a la propriété particu- lière d'opposer au passage de la fréquence sonore la mme résistance à l'entrée et à la sortie du filtre. Il résulte de ce dispositif que, quelle que soit la résistance du ré- seau, aucune charge supplémentaire inductive et capacitive, que le générateur de fréquence sonore devrait compenser, ne prend naissance.
Mais cette condition n'existe que dans un sens de passage de l'énergie, c'est-à-dire du côté de la fréquence sonore vers le réseau et en outre, seulement pour une fréquence parfaitement déterminée.
S'il s'agit cependant de coupler en fréquence sonore deux réseaux ayant des fréquences différentes, o'est- à-dire non synohrones, ou deux réseaux synchrones, mais dont les vecteurs de la tension comportent un décalage de phase constant, ou encore deux réseaux qui, en raison d'une trop forte différence de tension en un point déterminé, ne peu- vent absolument pas être couplés, il ne serait pas avanta- geux de monter en chaîne deux filtres de couplage du type connu et d'accoupler les deux sorties restantes avec les deux réseaux. Cette solution serait extrêmement coûteuse et encombrante. En outre, le flux de l'énergie de la fréquenoe sonore dans un des filtres serait dirigé en sens inverse, pour lequel la condition de la transmission sans perte n'existe plus.
Suivant l'invention, on remédie à ces difficul- tés en réalisant le couplage en fréquence sonore de deux réseaux ne pouvant être accouplés en courant intense par un filtre de couplage intermédiaire', qui permet de transmettre l'énergie de fréquence sonore dans les deux sens et consiste en deux quadripôles bloquant la fréquence du réseau avec quadripôle de compensation monté en chaîne entre eux, de façon que la résistance d'entrée de toute la combinaison de quadripôle soit égale à sa résistance de sortie dans les deux sens de passage de l'énergie.
Le dessin ci-joint représente un exemple de réalisation d'une combinaison de quadripôles suivant l'in- venti on.
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Sur cette figure, A et B désignent deux réseaux ne pouvant être couplés en courant intense et, pour simpli- fier, on n'a représenté qu'un réseau monophasé. Bien entendu, les deux réseaux pourraient aussi être des réseaux triphasés.
Un générateur de fréquence sonore Gl fonctionne sur le ré- seau A, par l'intermédiaire d'un filtre de couplage KF1 et d'un interrupteur de coupure Tl, tandis qu'un générateur de fréquence sonore G2 fonctionne sur le réseau B, par l'inter- médiaire d'un filtre de couplage KF2 et d'un interrupteur de coupure T2. Les deux réseaux A et B sont accouplés chacun avec un quadripôle VPù et ceux-ci sont montés en chaîne par l'intermédiaire d'un quadipôle de compensation KVP. Les deux quadirpôles VP servent à bloquer la fréquence des ré- seaux par rapport au quadripôle de compensation, qui doit a- voir la propriété de rendre l'ensemble de la combinaison des quadripôles susceptible de transmettre la fréquence sonore sans pertes.
Ce dispositif permet de transmettre les impul- sions de commande du générateur Gl également dans le réseau B, tandis qu'inversement les impulsions de commande du généra- teur G2 peuvent être transmises également dans le réseau A.
Bien entendu, un seul des deux générateurs fonctionne norma- lement, tandis que l'autre est coupé de son réseau.
Sur le dessin,Zl représente la résistance de fer- meture de la combinaison des quadriples, par rapport au réseau A ; Z2 la résistance de fermeture de cette combinaison par rapport au réseau B ; Zel désigne la résistance d'entrée par rapport au réseau A et Ze2 la résistance d'entrée par rapport au réseau B.
Or, suivant l'invention, la résistance d'entrée Z32 doit être égale à la résistance de fermeture Z2 et dans 1 autre sens, la résistance d'entrée Z3l doit être égale à la résistance de fermeture Z1.
Si on désigne par M la matrice des quadrip8les V et P, qui doivent %tre montés et agir de la même manière, on a :
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all ai 2, M m azI a22 tu) de sorte que le déterminant de la matrice all al2 ajj ail aZ2 - a12 aZI 1. (la) a2l "zz exprime la condition de la passivité du quadriple VT lorsqu'il est égal à 1. La matrice du quaàripôle de compensation : bll bl2 a b2j b2 2 bZI b22 t2' et le déterminant de la matrice doit également être égal à 1
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bm b12 bll b22 b12 bZI - 1 t2a) 21 b22 puisque, par hypothèse, le quadripôle de compensation doit également être passif.
On sait que, lorsque des quadripôles sont montés en chaîne, leurs matrices doivent être multipliées l'une par l'autre, la matrice ainsi obtenue représentant celle du montage en chaîne. Dans le cas présent, les matrices doivent également être multipliées l'une par l'autre dans l'ordre de succession approprié. On admettra pour le moment que les élé- ments de la matrice Mk ne sont pas encore connus et que le quadripôle passif est tel que, monté en chaîne entre deux quadripôles identiques donnés, la matrice unique est donnée par le produit des matrices, c'est-à-dire qu'on doit avoir :
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11 12 il 13 a11 a2 1 0 M. Mk- M - 81 - ..
(3) api¯ .a2 b2I b22 1 a22 l Or, on suppose que les éléments de la matrice Mk,
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c'est-à-dire les termes bik)- peuvent être calculés d'après les éléments de La matrice M des quadripôles donnés, o'est-àdire les termes aik et on les détermine par les équations suivantes :
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b11" a2 + al2 a2I ; bI2 = -aI8 (8011 + a22 ) (4 a b. ) b2I " -a2I (a22 + an b22. a11 + 8012 a2J.
(4 C da
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La preuve en est donnée par le calcul du produit des matrices et on a : M.Mg.Ma 11 13 )3 13 i;-ai2(aii-t.a88 ai M.M.M* all a12 22 +aia .. azi;-aia(aii+a&& all a12\ (5) azi .jazz * * <t a21.a.22 21 (a22+all ); ai 8.[,2 "'zI a2I aS! 1
Ainsi qu'on peut le voir, le produit des matrices donne effectivement la matrice unique, c'est-à-dire que le quadriple combiné permet le passage sans perte d'une seule fréquence.
Si on considère que :
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ail a2 - ai2 a21 - 1 (1 a) on a :
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bl, b22 - b12 bl 1 (2 a) c'est-à-dire que le déterminant du quadripôle de compensation ainsi déterminé est effectivement égal à l'unité et que oe quadripôle oherohé est passif.Il est donc ainsi prouvé qu'il existe un quadripôle passif pouvant être ré- alisé/qui remplit les conditions posées.
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Il existe évidemment de nombreux moyens permettant de réaliser la matrice (4) dans un quadripôle, par une fréquence donnée. Tous les montages actuellement connus en vue de réaliser un filtrage, en particulier ceux des filtres passe-haut, qu'il s'agisse de montages en T, en H, ou en croix, fournissent déjà les éléments fondamentaux du montage du quadripôle de compensation. La totalité de ces montages fait l'objet de l'invention. La forme sous laquelle la matrice est réalisée est sans importance. Il suffit d'avoir soin que la fréquence de commande se trouve autant que possible entre les limites de la gamme de perméabilité du quadripôle de compensation.
Le dispositif de filtrage précité permet de réaliser le couplage en fréquence sonore de deux réseauxasyn- ohrones, sans qu'il soit nécessaire de prévoir à cet effet des amplificateurs ou des machines rotatives.
Le filtre décrit ci-dessus se compose uniquement d'inductances, de capacités, d'inductances et de capacités réciproques, c'est-à-dire ne comporte aucune source dténer- gie étrangère. On suppose également que les inductances et les capacités utilisées sont exemptes de perte et linéaires, c'est-à-dire ne comportent aucune caractéristique dépendant de l'intensité ou de la tension du courant. Le dispositif de filtrage suivant l'invention permet de transmettre l'énergie de commande sans perte, c'est-à-dire sana charge capacitive ou inductive supplémentaire. Cette propriété est particulièrement avantageuse lorsque l'énergie à fréquence sonore doit être transmise au filtre de couplage intermédiaire, par l'intermédiaire de lignes aériennes de grande longueur.
Etant donné que les lignes aériennes constituent des réactances en série Inductives considérables, une charge inductive plus forte, résultant d'un autre filtre de couplage intermédiaire, donnerait lieu à une chute de tension assez forte pour empêcher le réoepteur du réseau accouplé de fonctionner, du fait de ce couplage intermédiaire.
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"Mounting device in remote control installations with a single sound frequency, superimposed on the network." Priority of a patent application filed in Switzerland on June 23, 1945, N 3277.
The invention relates to a mounting device for the sound frequency coupling of two networks which cannot be coupled under intense current.
The sound frequency coupling of sound frequency generators with a network is carried out in a known manner, by means of coupling filters, which include a compensation member. The combination of two quadrupoles, which is used on this occasion, has the particular property of opposing the passage of the sound frequency to the same resistance at the input and at the output of the filter. It results from this device that, whatever the resistance of the network, no additional inductive and capacitive load, which the sound frequency generator should compensate, does not arise.
But this condition exists only in a direction of passage of the energy, that is to say on the side of the sound frequency towards the network and moreover, only for a perfectly determined frequency.
However, if it is a question of coupling in sound frequency two networks having different frequencies, that is to say non-synohronous, or two synchronous networks, but whose voltage vectors have a constant phase shift, or else two networks which, owing to too great a difference in voltage at a given point, absolutely cannot be coupled, it would not be advantageous to chain up two coupling filters of the known type and to couple the two remaining outputs with the two networks. This solution would be extremely expensive and cumbersome. In addition, the energy flow of the sound frequency in one of the filters would be directed in the opposite direction, for which the condition of lossless transmission no longer exists.
According to the invention, these difficulties are remedied by performing the sound frequency coupling of two networks which cannot be coupled under intense current by an intermediate coupling filter ', which makes it possible to transmit the sound frequency energy in the two. direction and consists of two quadrupoles blocking the frequency of the network with a compensation quadrupole mounted in a chain between them, so that the input resistance of the entire quadrupole combination is equal to its output resistance in both directions of passage of l 'energy.
The accompanying drawing shows an embodiment of a combination of quadrupoles according to the invention.
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In this figure, A and B denote two networks which cannot be coupled in intense current and, for simplicity, only a single-phase network has been shown. Of course, the two networks could also be three-phase networks.
A sound frequency generator G1 operates on network A, via a coupling filter KF1 and a cut-off switch T1, while a sound frequency generator G2 operates on network B, for example. the intermediary of a KF2 coupling filter and a T2 cut-off switch. The two networks A and B are each coupled with a VP quadrupole and these are chain-linked via a KVP compensation quadrupole. The two VP quadrupoles serve to block the frequency of the networks with respect to the compensation quadrupole, which must have the property of making the whole of the combination of the quadrupoles capable of transmitting the sound frequency without losses.
This device makes it possible to transmit the control pulses of the generator G1 also in the network B, while conversely the control pulses of the generator G2 can also be transmitted in the network A.
Of course, only one of the two generators is operating normally, while the other is cut off from its network.
In the drawing, Z1 represents the closing resistance of the combination of quadruple, with respect to network A; Z2 the closing resistance of this combination with respect to network B; Zel designates the input resistance with respect to network A and Ze2 the input resistance with respect to network B.
However, according to the invention, the input resistance Z32 must be equal to the closing resistance Z2 and in one other direction, the input resistance Z3l must be equal to the closing resistance Z1.
If we denote by M the matrix of quadruple V and P, which must be assembled and act in the same way, we have:
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all ai 2, M m azI a22 tu) so that the determinant of the matrix all al2 ajj ail aZ2 - a12 aZI 1. (la) a2l "zz expresses the condition of the passivity of the quadruple VT when it is equal to 1 The matrix of the compensating quadrupole: bll bl2 a b2j b2 2 bZI b22 t2 'and the determinant of the matrix must also be equal to 1
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bm b12 bll b22 b12 bZI - 1 t2a) 21 b22 since, by hypothesis, the compensation quadrupole must also be passive.
It is known that, when quadrupoles are assembled in chain, their matrices must be multiplied by one another, the matrix thus obtained representing that of the assembly in chain. In this case, the matrices must also be multiplied by each other in the appropriate order of succession. For the moment, we will admit that the elements of the matrix Mk are not yet known and that the passive quadrupole is such that, mounted in a chain between two given identical quadrupoles, the unique matrix is given by the product of the matrices, c ' that is, we must have:
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11 12 il 13 a11 a2 1 0 Mr. Mk- M - 81 - ..
(3) apī .a2 b2I b22 1 a22 l Now, we suppose that the elements of the matrix Mk,
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i.e. the terms bik) - can be calculated from the elements of the matrix M of the given quadrupoles, i.e. the terms aik and we determine them by the following equations:
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b11 "a2 + al2 a2I; bI2 = -aI8 (8011 + a22) (4 a b.) b2I" -a2I (a22 + an b22. a11 + 8012 a2J.
(4 C da
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The proof is given by the computation of the product of the matrices and we have: M.Mg.Ma 11 13) 3 13 i; -ai2 (aii-t.a88 ai MMM * all a12 22 + aia .. azi; -aia (aii + a && all a12 \ (5) azi .jazz * * <t a21.a.22 21 (a22 + all); ai 8. [, 2 "'zI a2I aS! 1
As can be seen, the product of the matrices effectively gives the single matrix, that is, the combined quadruple allows lossless passage of a single frequency.
If we consider that:
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garlic a2 - ai2 a21 - 1 (1 a) we have:
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bl, b22 - b12 bl 1 (2 a) that is to say that the determinant of the compensating quadrupole thus determined is effectively equal to unity and that oe oherohe quadrupole is passive. It is thus proved that it there is a passive quadrupole that can be implemented / meets the requirements.
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There are obviously many means for producing the matrix (4) in a quadrupole, by a given frequency. All the currently known assemblies with a view to carrying out filtering, in particular those of high-pass filters, whether they are T, H or cross assemblies, already provide the fundamental elements of the assembly of the compensation quadrupole. . All of these assemblies are the subject of the invention. The form in which the matrix is made is irrelevant. It suffices to take care that the control frequency lies as much as possible between the limits of the permeability range of the compensating quadrupole.
The aforementioned filtering device makes it possible to achieve the sound frequency coupling of two asynohrones, without it being necessary to provide amplifiers or rotary machines for this purpose.
The filter described above consists only of inductors, capacitors, inductors and reciprocal capacitors, that is to say, does not contain any foreign energy source. It is also assumed that the inductors and capacitors used are loss-free and linear, that is to say do not have any characteristic depending on the intensity or the voltage of the current. The filtering device according to the invention makes it possible to transmit the control energy without loss, that is to say without its additional capacitive or inductive load. This property is particularly advantageous when the energy at sound frequency must be transmitted to the intermediate coupling filter, via overhead lines of great length.
Since overhead lines constitute considerable inductive series reactors, a higher inductive load, resulting from another intermediate coupling filter, would give rise to a voltage drop large enough to prevent the coupled network reactors from operating, therefore. made of this intermediate coupling.