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Appareil pour l'enregistrement continu'd'harmoniques indus @els.
La présente invention se rapporte à un appareil pour l'enregistrement d'harmoniques industriels spécialement conçu, et construit pour l'enregistrement continu au choix des principaux harmoniques de la fréquence des réseaux à haute et basée tension indépendamment des fluctuations de la fréquence des réseaux.
L'installation objet de l'invention est basée sur l'utilisation d'un appareil employé dans la technique des radiocommunications dénommé "Sélectojerct" et conçu dans cette technique comme amplificateur sélectif ajustable destiné à être inséré dans un récepteur de radiocommunication entre le circuit de détection et la chaine basse fréquence de ce récepteur.
Cet appareil qui a été décrit par O.G. VILLARD Jr et Donald K. WEAVER Jr. dans la revue américaine Q.S.T. de novembre 1949, P. II ne vise pas l'enregistrement continu des harmoniques
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des réseaux et ne mesure pas les tensions -et courants industriels.
Il n'est d'ailleurs pas un instrument de mesure et ne fonctionne pas sur la fréquence fondamentale des réseaux industriels ni sur ses harmoniques sa bande passante et sa sélectivité ne conviennent pas pour l'application envisagée et il ne comporte pas de circuits ni d'organes propres à actionner un enregistreur de mesura.
L'appareil enregistreur des harmoniques des réseaux objet de l'invention emprunte au "Sélectoject" le principe du dépha- sage résistance-capacité connecté entre plaque et cathode d'une triode et la réaction positive par un amplificateur de réaction, mais dans le cas de l'invention les valeurs numériques sont notable- ments différentes.
L'appareil se compose essentiellement de deux ampli- ficateurs sélectifs, des "SELECTOJECT", montés en cascades, ----,,cédés d'atténuateurs pour ramener les tensions d'entrée à un niveau conve- nable et suivis d'un amplificateur basse fréquence à courbe de répon- se rigoureusement linéaire dans la gamme des fréquences envisagées, soit de 50 à 500 périodes, actionnant un enregistreur.
Dans ce qui suit, on appellera, pour la facilité de l'exposé, chaque amplificateur-sélectif "étage sélecteur".
Un"étage sélecteur" est donc ce que les radioélectriciens appellent un "SELECTOJEOT".
Cnaque étage sélecteur est équipé de deux lampes doubles ; il comporte donc en réalité quatre étages, à savoir : deux étages déphaseurs, un étage de réaction et un étage de sortie.
La partie essentielle de l'étage sélecteur est consti- tuée par les étages déphaseurs.
Le schéma ae principe du circuit de déphasage (fig.l) présente l'importante propriété de maintenir constante la tension de sortie e0 bien que sa phase puisse être modifiée (pour une fré- quence fine d'entrée) par variation de la résistance R. De même,
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@ la résistance R demeure fixe niais que l'on fasse varier la fré- quence d'entrée, la phase de la tension de sortie varie bien que son amplitude demeure invariable, arce que le changement de fréquence a le même effet que si l'on modifiait la valeur de la capacité C.
La figure 2 représente le diagramme vectoriel.
La phase des tensions e12 et e23 est prise comme référence.
On suppose que le circuit de sortie auquel le déphaseur est couplé présente une impédance très élevée de sorte que l'on peut négliger le courant absorbé par le circuit de sortie ; le seul courant à pren- dre en considération est celui qui circule dans C et R. Le courant traversant C est en avance sur la tension applqiuée e13. La chute de tension au travers de R et C doit être égale à cette tension. D'au- tre part, on sait que la chute de tension aux bornes de R fai' un angle droit avec celle aux bornes de C ; par conséquent, le .¯eu de e0 est bien un arc de cercle, d'où il découle que le vecteur e0 garde la même longueur quel que,soit son déphasage qui peut varier, en principe, de 0 à 180 .
Il est plus commode de remplacer le transformateur de la fig. 1 par un tube déphaseur comme le montre la fig. 3.
Bien qu'un seul étage déphaseur puisse être construit pour produire un déphasage total de 180 , il est pratique- ment plus commode de scinder ce déphasage total de 1802 en deux étages de 90 et c'est pourquoi il est fait usage de deux étages dé- phaseurs.
Maintenant que l'on dispose d'un amplificateur (à 2 étages) capable de déphaser de 180 une fréquence déterminée, le choix de cette fréquence étant simplement obtenu par le choix de la valeur d'une paire de résistances, on peut construire un ampli- ficateur sélectif ne laissant passer que la fréquence choisie selon le schéma-bloc de la fig. 4.
La sortie des étages déphaseurs contient toutes les fréquences d'entrée, u.ais l'une de celles-ci, fo, est dé-
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phasée de 180 par rapport aux autres. L'amplificateur de réac- ,ion réinjecte toutes ces tensions à l'entrée en opposition de phase. Elles s'annulent donc toutes sauf fo qui, préalable- ment déphasée de 180 , se retrouve à nouveau en phase et est donc recueillie amplifiée à la sortie.
La fig. 4 est donc le schéma bloc d'un étage sélecteur. On voit donc qu'il se comporte comme un filtre passe- bande dont la fréquence centrale est réglable par le seul jeu des résistances de déphasage et dont là tension de sortie reste constante quelle que soit la fréquence choisie, ce qui est évider ment très commode.
Sur la figure 4 se trouve représenté un élément très important ; le potentiomètre P, servant.à doser le dea@é de réaction. @
Si l'on suppose d'abord qu'il soit réglé au début de sa course, Dans' ce cas, la réaction est faible ; la fréquence fo est peu amplifiée et les autres fréquences sont peu atté- nuées : par conséquent, la courbe de réponse de l'ensemble est assez plate, la sélectivité est faible.
En augmentant P, la réaction devient plus énergi- que, la fréquence fo.est de plus en plus exaltée et les autres diminuées ; la sélectivité augmente, mais en même temps le gain de l'ensemble augmente.
En augmentant P, il' arrive un moment où la réactior qui est positive pour fo, provoque l'oscillation à la fré- quence fo de l'ensemble.
On voit donc que le réglage de P, en-dessous de la limité d'accrochage, permet de faire varier la sélectivité et en même temps le gain, mais pour une position fixe de P, la sélec- tivité et le gain sont théoriquement indépendants de la fréquence.
Autre propriété intéressante pour l'application envisagée : la largeur de la bande passante se maintient à un même
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pourcentage de la fréquence centrale, quelle que soit cette dernière.
La figure 5 demie le schéma de réalisation d'un étage sélecteur complet. On y reconnaît les tubes déphaseurs V1 et V2, les circuits de déphasagé'R et 0 ainsi que le tube V4 qui constitue l'ampli de réaction déterminant la sélectivité grâce au jeu du potentiomètre P. Dans le cas de l'invention, les résistances R sont constituées par des jeux de 10 résistan- ces correspondant aux fréquences 50, 100.... 500 périodes. La fréquence de résonnance est évidemment celle pour laquelle la réactance du condensateur 0 est égale à la résistance R.
Le tube V3 qui est appelé étage de sortie, est néces- saire pour que la réaction ait la phase voulue, et que l'impédan- ce, vue par la grille d'entrée soit constante.
On remarque que les étages déphaseurs V1 et V2 et l'étage de sortie V3 sont couplés directement en cascade de manière à éviter toute variationde phae intempestive.
Sans entrer dans le détail du calcul des éléments de ce schéma, il y a lieu cependant de signaler que les résistan- ces Rl ainsi que les résistances R2 doivent être soigneusement apairéea de façon à assurer l'égalité des vecteurs e12 et e23 (fig. 1 et 2). Leurs valeurs doivent âtre prises relativement basses : en effet, il est très important que l'impédance interne des étages déphaseurs soit faiblede façon que le courant pris par les éléments de déphasage R et C n'exercent pas d'influence.
Pour la même raison, les. valeurs de R et de la réac- tance de C doivent être choisies suffisamment élevées.
Enfin, on notera encore que les étages déphaseurs étant montés en cascade par couplage direct, lesrésistances R2 doivent avoir une valeur double de celle des résistances R1, et R3 le triple de Rl.
On voit également que ce montage ne présente guère
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de constante de temps ce qui lui permet de suivre les variation rapides d'amplitude de l'harmonique choisi.
A la figure 6, on a représenté le schéma détaillé d'ensemble dans lequel on retrouve en V1, V2, V3, V4 un ensem- ble sélecteur de fréquence par déphasage. Sur ce aessin un seul ensemble a été représenté mais en général deux ensembles sem- blables seraient couplés en série.
Suivant l'invention, leurs fréquences sont décalées l'une au-dessus, l'autre au-dessous de la fréquence centrale d'environ 2% de façon à obtenir une.réponse plate dans la bande passante, avec une bonne sélectivité adjacente.
En vue d'éviter qu'ils ne réagissent l'un sut l'autre les sélecteurs sont reliés par l'intermédiaire d'une résistance de découplage. @
L'appareil comprend en résumé les éléments suivants : 1) des attenuateurs d'entrée symboliquement représentés en S1 calibrés pour les tensions et courants usuels à mesurer (220V, 220#3V, 110V, 110#3V, 10V, 1V)
Les tensions de sortie sont de l'ordre de 0,1V, cette valeur étant choisie pour éviter la saturation de l'étage d'en- trée.
L'impédance choisie est élevée parce que l'entrée de l'étage sélecteur est à haute impédance. En vue de maintenir l'impédance des atténuateurs vue de la grille de l'étage sélec- .teur aussi constante que possible, une résistance de valeur élevée (R41) peut être insérée entre la sortie des atténuateurs et la grille d'entrée du premier étage sélecteur.
2) Un pont de Wien
Un pont de Wien, accordé sur 50 périodes est inter- calé entre les atténuateurs d'entrée et l'entrée du premier sélecteur.
'Ce pont de Wien, mis en service pour l'enregistrement
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des harmoniques, permet par suite de l'élimination de la com- posante fondamentale d'admettre un signal d'entrée plus élevé que dans le cas où la fondamentale serait présente, sans satu- rer l'étage d'entrée; ceci présente l'avantage d'économiser un étage d'amplification supplémentaire dont le gain devrait .être égal à 10 à la sortie de l'appareil.
Il peut être mis hors service par la manette S3 mon- tée en by-pass lorsqu'on enregistre l'onde fondamentale..
3) Le nombre voulu d'ensembles sélecteurs par déphasage constituée par les tubes V1 à V4 montés en cascade, les fréquences centrales de chacun des ensembles sélecteurs par déphasage étant décalées les unes par rapport aux autres de façon à réaliser :
1) la bande passante désirée :
2) la sélectivité suffisante pour séparer deux harmo- niques adjacents.
Le choix de la fréquence désirée se fait par les jeux de résistances en décades "R", de tous les ensembles sélec- teurs simultanément, en sélectionnant la fondamentale ou l'har- monique chai.si.
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4) un amplfif&ca%eoe, composé des tubes V5 à V8 spécialement étudié en vue d'actionner un enregistreur à plumes à déroule- ment continu du papier.
Cet amplificateur comporte un organe de correction de gain en fonction de la fréquence choisie R1 compensant la réponse du pont de Wien pour les différents harmoniques.
R1 est constitué par un jeu de résistances commutées simultanément avec "R".
Une manette S4 permet soit de vérifier le calibra- ge de l'appareil soit de procéder à une mesure.
En E, on a montré l'enregistreur.
L'appareil objet de l'invention apporte un enrichis-
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sèment importait de la technique parce que parmi les divers analyseurs d'ondes connus, aucun n'est prévu pour actionner un enregistreur ; ils sont tous indicateurs.
En principe, il est toujours possible d'adjoindre à un analyseur donné, un amplificateur, spécialement conçu à cet effet, actionnant un enregistreur.
Cette solution n'a pu être retenue parce qu'il fal- lait au préalable, trouver un analyseur dont les caractéristiques répondent aux desiderata énoncés ci-dessus.
Les analyseurs connus ne donnent pas satisfaction parce que : 1) Les uns sont : a) ou bien trop sélectifs et dans ce cas ils ne sort pas indépendants des fluctuations normales de fréquence des réseaux,. Dèslors, même si l'on parve- nait à leur adjoindre un dispositif amplificateur spécial permettant d'actionner un enregistreur, l'en .registrement serait entaché de l'erreur due aux fluctuations normales de la fréquence des réseaux. b) ou bien trop peu sélectifs ; dans ce cas, ils sont isensibles aux fluctuations normales dela fréquence certes, mais'alors ils ne séparent pas les harmoni- ques adjacents, d'ou erreur de mesure de ceux-ci. c) ou bien leur bande passante est un nombre de cycles invariable ;
dans ce cas, ils ne répondent pas à l'exigence d'être dotés d'une bande passante dont la largeur reste éale à un même pourcentage de l'harmo- nique mesuré quel que soit son rang.
2) Les autres enfin ont des caractéri tiques telles qu'ils
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sont impropres a leur utiliéation aux fréquences aes ru;5eau:-. it E lT E i; D I C A 12 ION S.
1) Appareil pour l'enreivt2:L.:rt CoIIt.ra, des
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