<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
PERFECTIOHNE1#NTS AUX SYSTEMES DE SIGNALISATION ET DE 0011l\fLANDE PAR COURAlTTS PORTEURS.- la présente invention est relative aux moyens de transmettre et de recevoir des courants de haute fréquence, sur un système de distribution d'éner- gie.
L'invention a pour objet de créer des moyens d'exécuter deux opéra- tions distinctes, à volonté, au moyen d'un système de commande à courants porteur d'une seule fréquence.
L'invention a également pour objet de créer un système d'accouplement pour commande par courants porteurs, sur des lignes de distribution d'énergie,
<Desc/Clms Page number 2>
utilisant des appareils d'usage courant, ce qui élimine les systèmes d'accouple- ment spéciaux, pour relier les appareils à courants porteurs à la ligne de trans- miss ion*
L'invention a encore pour objet de créer des moyens d'empêcher que le fonctionnement de l'appareil à courants porteurs ne soit affecté par toute charge susceptible d'être reliée à la ligne d'alimentation d'énergie.
L'invention sera mieux comprise, quant à sa disposition et à son mode de fonctionnement, en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'acc-ompagnent ,dans lesquels :
La Fig.1 représente schématiquement un circuit utilisé pour la réali- sation de l'invention. la Fig.2 montre les courbes caractéristiques indiquant les tensions en différents points de l'appareil récepteur, la Fig.3montre les courbes représentant les tensions, à un instant quelconque, aux bornes des tubes à luminescence de la Fig.l. la Fig. 4 représente une forme modifiée de récepteur.
On a représenté sur la Fig.l, une ligne de transmission 1-2-3 ali- mentée au moyen d'une source d'énergie 4. Le transmetteur 5, de la Fig.l, com- prend un oscillateur normal 6 de la puissance et de la fréquence nécessaires, qui doit être du type à demi-onde autoredresseur, susceptible d'être alimenté par la source de courantalternatif en service. Il est accouplé à la ligne sur la- quelle doit s'effectuer la commande désirée, de toute façon convenable. On a re-' présenté ici un couplage par condensateurs, mais ce type d'accouplement n'est pas essentiel.
L'alimentation de l'oscillateur est fournie par l'intermédiaire d'un commutateur7 à deux branches et double position, telle que la polarité du cou- rant alternatif, à un instant quelconque, soit renversé¯een déplaçant le commu- tateur d'une position à l'autre, la position de ce commutateur détermine alors l'opération, qui doit être exécutée à l'extrémité réceptrice. Il est toutefois. essentielque l'alimentation à courant alternatif de l'oscillateur soit en phase ou déphasée de 180 relativement à la tension entre les deux conducteurs de la ligne à haute tension sur laquelle s'effectue la commande.
La méthode la plus satisfaisante, pour obtenir ce résultat, est d'alimenter l'oscillateur au moyen deux deux mêmes conducteurs, par l'intermédiaire d'un transformateur abaisseur de tension 8, ainsi que représsentés
<Desc/Clms Page number 3>
Au point où les courants de haute fré-quence ainsi fournis au systè- me de distribution, doivent être utilisés, le récepteur est relié aux deux mê- mes conducteurs de la ligne à haute tension que le transformateur, par l'inter- médiaire d'un transformateur de distribution 10, Par l'expression "transforma- teur de distribution", on désire indiquer tout type de transformateur à noyau, tel qu'utilisé généralement dans les systèmes de distribution.
L'impédance pri- maire d'un tel transformateur est assez faible pour permettre à un courant assez intense de traverser le primaire, sous une tension appliquée raisonnable, afin de déterminer le passage d'un courant assez important dans le secondaire, lors- que celui-ci est convenablement accordé. Toutefois, son impédance est assez éle- vée pour qu'il ne modifie pas suffisamment les conditions de ligne, de manière à interférer avec le fonctionnement d'autres unités sur la même ligne,
Un circuit série 9, comprenant une self 11 et un condensateur 12, est relié au bornes du secondaire du transformateur, ee circuit est accordé de façon à recevoir l'énergie de haute fréquence envoyée par le transmetteur, et à accroître la tension du côté'secondaire, pour le fonctionnement des tubes à luminescence 13 & 16.
On a constaté que l'on peut obtenir un rapport de trans- formation meilleur que l'unité, entre la tension de courants porteurs entre les conducteurs de ligne et la tension correspondante aux bornes du condensateur secondaire la* les circuits des deux tubes à luminescence 13 et 16 sont reliés en parallèle aux bornes du condensateur 12.
L'un de ces circuits comprend le tube à luminescence 13, le relais polarisé sensible 14 et le condensateur 15 disposé aux bornes du relais et destiné à laisser passer le courant de haute fréquence; l'autre circuit est analogue et comprend le tube à luminescence 16, le relais polarisé sensible 17 et le condensateur pour haute fréquence 18, Les deux tubes à luminescence 13 et 16, du dispositif à décharge, comprennent généralement deux électrodes différentes renfermées dans un réci- pient rempli d'un gaz approprié, telque le néon, à une pression définie.
Le gaz particulier et la pression sont choisis de telle sorte que, si une cer- taine tension est appliquée entre les électrodes, le tube soit traversé par une décharge, et que le courant continue à passer entre les deux électrodes, tant que cette tension est maintenue, Toutefois, par suite de la constitution @
<Desc/Clms Page number 4>
différente de ces deux électrodes,le courant ne passe que dans une seule direc- tion. Pour le fonctionnement de ces dispositifs, une tension constante est ap- pliquée à ces tubes , au moyen d'un système de distribution à courant alterna- tif. la tension ainsi appliquée est choisie d'une valeur telle qu'elle soit quelque peu inférieure à la valeur pour laquelle une décharge prend naissance entre les deux électrodes du tube.
Lorsqu'un courant de haute fréquence est requ et appliqué entre les électrodes du tube, cette tension additionnelle est suffisante pour déterminer le passage d'une décharge dans le dispositif, dé- charge qui se maintient tant que dure la réception du courant de haute fréquen- ce.
On a constaté que, par suite des caractéristiques inhérentes aux transformateurs de distribution, l'énergie de haute fréquence reçue est plus grande avec une tension secondaire élevée qu'avec une tension secondaire fai- ble. Par suite, on utilise l'enroulement secondaire à 220 volts, pour alimenter de courant de haute fréquence l'appareil récepteur.
Comme 220 volts causent la luminescence continue du tube luminescent, on insère, en série avec les cir- cuits des tubes à luminescence, l'enroulement secondaire d'un transforaateur 19 ainsi que représenté sur la Fig.l, Ce transformateur est relié de telle sorte que sa tension soit opposée à la tension de 220 Volts du transformateur de dis- tribution appliquée aux tubes, par l'intermédiaire du circuit accordée On peut, par suite, obtenir une tension quelconque inférieure à 220 volts, aux bornes du tube.
Les deux tubes à luminescence sont reliés de telle sorte que les si- gnaux reçus agissent sur eux en sens inverses, c'est-à-dire que la cathode du tube 16 et l'anode du tube 13 soient reliées à l'une des bornes du condensa- teur d'accord 12, tandis que l'anode du tube 16 et la cathode du tube 13 sont reliées par l'intermédiaire de leurs relais respectifs et du transformateur auxiliaire, à l'autre borne du condensateur d'accord 12.
En fonctionnement, le débit de l'appareil à demi-onde auto-redres- seur 5, est modulé par la moitié des demi-ondes du courant de fréquence 60, c 'est-à-dire que l'oscillateur ne transmet de l'énergie à haute fréquence que durant la partie de la demi-période positive du courant alternatif d'alimenta- tion, pour laquelle la tension est suffisamment élevée pour déterminer la pro- duction d'oscillations. Pendant le reste de la demi-période positive, et pen-
<Desc/Clms Page number 5>
dant toute la demi-période négative, aucune énergie n'est envoyée par l'oscil- lateur. Le débit du transmetteur consiste donc en une série d'impulsions, à raison d'une pour chaque demi-onde positive.
A l'extrémité réceptrice, chaque tube luminescent est polarisé, de façon à ce que son anode soit portée à une tension positive pendant la moitié de la période, et à une tension négative pendant l'autre moitié de la même pé- riode. Lorsque l'anode est portée à une tension négative, il est nécessaire que cette tension soit légèrement supérieure au double de la tension de polarisa- tion, pour amener la luminescence du tube, à condition qu'il soit polarisé à
80 ou 90%. Fondant la demi-période où l'anode est portée à une tension positive, une faible tension de l'onde porteuse, ajoutée à la tension de polarisation, est suffisante pour déterminer la luminescence du tube.
Par suite, si l'impul- sion de haute fréquence envoyée par le transmetteur 5, survient pendant la demi- période où la tension appliquée à l'anode est négative, il ne se produit aucun phénomène de luminescence et aucun courant ne traverse le relais, à moins que la tension de haute fréquence ne soit extrêmement élevée. Au contraire, si les impulsions de haute fréquence envoyées par le transmetteur, se produisent pen- dant la demi-période où la tension d'anode est positive, le tube devient lu- minescent, et le relais correspondant est traversé par un courant, pour une très faible tension de haute fréquence reçue.
Lorsque l'un ou l'autre relais est excité, le commutateur 2-0 ou 21 est fermé, de manière à faire fonctionner un signal, un relais auxiliaire, ou tout type d'appareil désiré,
Si l'on suppose que le tube doit être polarisé sous 110 Volts, la tension aux bornes du secondaire du transformateur 19, doit être de 110 volts, puisque celle aux bornes du condensateur 12 est de 220 Volts. Là tension résul- tante aux bornes des deux tubes est alors, ainsi que représenté sur la Fig.2.
La tension alternative à 220 volts appliquée aux bornes du condensateur 12, est représentée par la courbe M, tandis que L représente la tension à 110 Volts du transformateur de polarisation 19, laquelle est déphasée de 1800 sur M. la ten- sion résultante N, aux bornes des tubes, est de 110 volts. Toutefois, puisque les tubes sont reliés en sens inverses, les tensions entre leurs électrodes respectives à un instant quelconque, peuvent être représentées par les courbes !il et N2, sur la Fig.3.
Si l'on déplace le commutateur 7 vers la gauche de la position repré-
<Desc/Clms Page number 6>
sentée, les impulsions envoyées par le transmetteur se produisent, par exem- ple, durant les demi-périodes où l'anode du tube 16 est positive, et celle du tube 13 négative. Le tube 16 devient alors luminescent, et le tube 13 reste obscur, à moins que la tension de haute fréquence ne soit excessive. Mais la tension de haute fréquence est si faible dans le premier cas, et si élevée dans le second cas, qu'il existe un grand domaine de tensions de haute fré- quence permettant une sélection parfaite.
L'expérience à permis de conclure qu'une sélection parfaite peut être obtenue avec c-esystème, et une onde por- teuse de valeur très supérieure à la valeur minimum nécessaire pour faire fonc- tionner le tube, dont l'anode est positive lors de la réception de l'impulsion porteuse reçue.
De façon analogue, si.le commutateur 7 est déplacé vers la droite, dans la position représentée, o 'est le tube 13 qui devient luminescent, et non le tube 16.
Avec la disposition que l'on vient de décrire, le fonctionnement peut être affecté par des charges disposées en shunt aux bornes de l'enroule- ment secondaire du transformateur 10, car pour le fonctionnement satisfaisant du système, il est nécessaire qu'un courant d'intensité suffisante traverse le circuit accordé; on a constaté, toutefois, que si de petites bobines de choc, 22 et 23, sont disposées en série avec la charge additionnelle, celle-ci n'a aucun effet sur le courant de haute fréquence. Ces bobines peuvent être très petites, d'une valeur inférieure à un millihenry; elles sont donc bon marché et de construction facile.
Un condensateur 24, d'une capacité d'envi- ron 1 microfarad, est mis aux bornes de la ligie à 2@0 volts , du même côté des bobines de choc que la charge, de façon que, si celle-ci est enlevée, les bobines de chocsoient encore reliées par une impédance relativement faible vis-à-vis des hautes fréquences, et que cet ensemble ne désaccorde pas le cir- cuit accordé sur la haute fréquence. Ce condensateur est d'impédance relati- vement élevée pour la fréquence 60, et ne laisse pas passer un courant appré- ciable, aux basses fréquences.
Dans la modification de l'invention représentée sur la Fig.4, on utilise un système de deux circuits accordés, 25 et 26 , et tout type d'accou- plement 27 pour les relier à la ligne de haute tension. Les tubes sont pola- risés sous des tensions inverses, à un instant quelconque, en les reliant
<Desc/Clms Page number 7>
<Desc / Clms Page number 1>
EMI1.1
PERFECTIOHNE1 # NTS TO SIGNALING AND SHORT CARRIER SYSTEMS.- the present invention relates to the means of transmitting and receiving high frequency currents, on an energy distribution system.
The object of the invention is to provide a means of performing two distinct operations at will by means of a powerline control system of a single frequency.
The object of the invention is also to create a coupling system for control by carrier currents, on energy distribution lines,
<Desc / Clms Page number 2>
using commonly used devices, eliminating special coupling systems, to connect powerline devices to the transmission line *
Another object of the invention is to create means of preventing the operation of the carrier current device from being affected by any load capable of being connected to the power supply line.
The invention will be better understood, as to its arrangement and its mode of operation, by referring to the following description and to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 schematically shows a circuit used for carrying out the invention. Fig. 2 shows the characteristic curves indicating the voltages at different points of the receiving apparatus, Fig. 3 shows the curves representing the voltages, at any instant, at the terminals of the luminescence tubes of Fig. 1. Fig. 4 shows a modified form of receptor.
There is shown in Fig.l, a transmission line 1-2-3 supplied by means of a power source 4. The transmitter 5, of Fig.l, comprises a normal oscillator 6 of the power and frequency required, which must be of the self-rectifying half-wave type, capable of being supplied by the alternating current source in service. It is coupled to the line on which the desired control is to be carried out, in any case suitable. A coupling by capacitors has been shown here, but this type of coupling is not essential.
The power to the oscillator is supplied by means of a switch7 with two branches and double position, such that the polarity of the alternating current, at any instant, is reversed ¯ by moving the switch of from one position to another, the position of this switch then determines the operation, which must be performed at the receiving end. It is however. it is essential that the AC power supply to the oscillator is in phase or out of phase by 180 relative to the voltage between the two conductors of the high voltage line on which the control is effected.
The most satisfactory method, to obtain this result, is to feed the oscillator by means of two same two conductors, by the intermediary of a step-down transformer 8, as shown
<Desc / Clms Page number 3>
At the point where the high frequency currents thus supplied to the distribution system, must be used, the receiver is connected to the same two conductors of the high voltage line as the transformer, through the intermediary of A distribution transformer 10. By the expression "distribution transformer" is meant any type of core transformer, as generally used in distribution systems.
The primary impedance of such a transformer is low enough to allow a sufficiently intense current to pass through the primary, under a reasonable applied voltage, in order to determine the passage of a sufficiently large current in the secondary, when this is suitably tuned. However, its impedance is high enough that it does not modify the line conditions sufficiently, so as to interfere with the operation of other units on the same line,
A series circuit 9, comprising an inductor 11 and a capacitor 12, is connected to the terminals of the secondary of the transformer, this circuit is tuned so as to receive the high frequency energy sent by the transmitter, and to increase the voltage on the side. secondary, for the operation of luminescence tubes 13 & 16.
It has been found that it is possible to obtain a transformation ratio better than unity, between the voltage of carrier currents between the line conductors and the corresponding voltage at the terminals of the secondary capacitor la * the circuits of the two luminescence tubes 13 and 16 are connected in parallel across the terminals of capacitor 12.
One of these circuits comprises the luminescence tube 13, the sensitive polarized relay 14 and the capacitor 15 arranged at the terminals of the relay and intended to pass the high frequency current; the other circuit is similar and comprises the luminescence tube 16, the sensitive polarized relay 17 and the capacitor for high frequency 18. The two luminescence tubes 13 and 16, of the discharge device, generally comprise two different electrodes enclosed in a receptacle. - pient filled with a suitable gas, such as neon, at a defined pressure.
The particular gas and the pressure are chosen so that, if a certain voltage is applied between the electrodes, the tube is crossed by a discharge, and the current continues to flow between the two electrodes, as long as this voltage is maintained, However, as a result of the constitution @
<Desc / Clms Page number 4>
different from these two electrodes, the current flows in only one direction. For the operation of these devices, a constant voltage is applied to these tubes, by means of an AC distribution system. the voltage thus applied is chosen to have a value such that it is somewhat lower than the value for which a discharge takes place between the two electrodes of the tube.
When a high frequency current is required and applied between the electrodes of the tube, this additional voltage is sufficient to determine the passage of a discharge in the device, a discharge which is maintained as long as the reception of the high frequency current lasts. - this.
It has been found that, due to the inherent characteristics of distribution transformers, the received high frequency energy is greater with high secondary voltage than with low secondary voltage. As a result, the secondary winding at 220 volts is used to supply high frequency current to the receiving apparatus.
Since 220 volts cause the continuous luminescence of the luminescent tube, the secondary winding of a transformer 19 is inserted in series with the circuits of the luminescent tubes as shown in Fig. 1. This transformer is connected in such a way. so that its voltage is opposed to the voltage of 220 volts of the distribution transformer applied to the tubes, through the tuned circuit. As a result, any voltage below 220 volts can be obtained at the terminals of the tube.
The two luminescence tubes are connected in such a way that the received signals act on them in opposite directions, that is to say that the cathode of the tube 16 and the anode of the tube 13 are connected to one of the terminals of the tuning capacitor 12, while the anode of the tube 16 and the cathode of the tube 13 are connected by means of their respective relays and the auxiliary transformer, to the other terminal of the tuning capacitor 12 .
In operation, the flow rate of the self-rectifying half-wave apparatus 5 is modulated by half of the half-waves of the frequency current 60, that is to say that the oscillator does not transmit High frequency energy only during that part of the positive half-cycle of the supply alternating current, at which the voltage is high enough to determine the generation of oscillations. During the remainder of the positive half-period, and during
<Desc / Clms Page number 5>
During the entire negative half-period, no energy is sent by the oscillator. The transmitter flow therefore consists of a series of pulses, one for each positive half-wave.
At the receiving end, each luminescent tube is biased so that its anode is brought to a positive voltage for half the period, and to a negative voltage for the other half of the same period. When the anode is brought to a negative voltage, it is necessary that this voltage be slightly greater than twice the bias voltage, in order to bring about the luminescence of the tube, provided it is polarized at
80 or 90%. Basing the half-period where the anode is brought to a positive voltage, a low voltage of the carrier wave, added to the bias voltage, is sufficient to determine the luminescence of the tube.
Consequently, if the high frequency pulse sent by transmitter 5 occurs during the half-period when the voltage applied to the anode is negative, no luminescence phenomenon occurs and no current passes through the relay. , unless the high frequency voltage is extremely high. On the contrary, if the high frequency pulses sent by the transmitter, occur during the half-period when the anode voltage is positive, the tube becomes luminous, and the corresponding relay is crossed by a current, for a very low received high frequency voltage.
When either relay is energized, switch 2-0 or 21 is closed, so as to operate a signal, an auxiliary relay, or any type of device desired,
If it is assumed that the tube must be polarized under 110 volts, the voltage across the secondary of transformer 19 must be 110 volts, since that across capacitor 12 is 220 volts. The resulting voltage across the two tubes is then, as shown in Fig. 2.
The alternating voltage at 220 volts applied to the terminals of the capacitor 12 is represented by the curve M, while L represents the voltage at 110 volts of the polarization transformer 19, which is phase-shifted by 1800 on M. the resulting voltage N, across the tubes is 110 volts. However, since the tubes are connected in reverse directions, the voltages between their respective electrodes at any time, can be represented by the curves II and N2, in Fig. 3.
If you move switch 7 to the left from the position shown
<Desc / Clms Page number 6>
The pulses sent by the transmitter occur, for example, during the half-periods when the anode of tube 16 is positive and that of tube 13 negative. Tube 16 then becomes luminescent, and tube 13 remains dark, unless the high frequency voltage is excessive. But the high frequency voltage is so low in the first case, and so high in the second case, that there is a large range of high frequency voltages allowing perfect selection.
Experience has led to the conclusion that a perfect selection can be obtained with this system, and a carrier wave of value much greater than the minimum value necessary to operate the tube, whose anode is positive during of the reception of the received carrier pulse.
Similarly, if the switch 7 is moved to the right, in the position shown, where the tube 13 becomes luminescent, and not the tube 16.
With the arrangement just described, the operation can be affected by loads arranged in shunt across the secondary winding of transformer 10, since for the satisfactory operation of the system it is necessary that a current of sufficient intensity crosses the tuned circuit; it has been found, however, that if small shock coils, 22 and 23, are arranged in series with the additional load, the latter has no effect on the high frequency current. These coils can be very small, worth less than one millihenry; they are therefore inexpensive and easy to construct.
A capacitor 24, with a capacity of about 1 microfarad, is connected to the terminals of the 2 @ 0 volts line, on the same side of the shock coils as the load, so that, if the latter is removed , the shock coils are still connected by a relatively low impedance vis-à-vis the high frequencies, and that this assembly does not detune the circuit tuned to the high frequency. This capacitor has a relatively high impedance for the frequency 60, and does not allow an appreciable current to pass, at low frequencies.
In the modification of the invention shown in Fig. 4, a system of two tuned circuits, 25 and 26, and any type of coupling 27 are used to connect them to the high voltage line. The tubes are polarized under reverse voltages, at any time, by connecting them
<Desc / Clms Page number 7>