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-Fil électrique antiparasite"
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On a décrit dans le brevet principal un câble électrique antiparasite comprenant au moins un élément conduc- teur et au moins un élément de support dans lequel on a incorporé suivant l'invention un matériau ferromagnétique finement divisé adapté à absorber sélectivement une bande donnée de fréquences*
La présente addition concerne divers perfection- nements apportés aux câbles antiparasites de ce genre.
L'aspect fondamental de l'invention réside dans le fait de conditionner au moins une partie du milieu envi- ronnant de l'élément conducteur de manière à y provoquer des pertes substantielles dans la bande de fréquences que l'on désire atténuer; or, il s'est avéré tout d'abord que ce résultat pouvait être atteint non seulement avec les structures magnétiques incorporées dans le support du conducteur ou formées sur la surface de celui-ci, mais aussi au moyen de per- tes diélectriques provoquées par des impuretés appropriées incorporées dans la substance isolante ou résultant du choix d'un diélectrique approprié;
dans les deux cas les pertes peu- vent être attribuées au fait connu que les doublets électri- ques ou magnétiques se trouvent entraînés par le champ élec- tromagnétique alternatif en un mouvement d'oscillation, l'ab- sorption d'énergie résultant du frottement tendant à freiner ces mouvements (relaxation DEBYE). Selon la texture des dou- blets électriques ou magnétiques, on peut constater un effet de résonance à une ou plusieurs fréquences, chaque résonance se traduisant par un maximum de 1'effet d'absorption.
Selon une caractéristique de l'invention, le support isolant du conducteur comportera donc au moins un matériau absorbant à pertes par résonance du type magnétique ou du type
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diélectrique dans une bande choisie de fréquences, ou, de préférence, une combinaison des deux sortes de matériaux. @
L'expérience semble montrer en effet qu'une combinaison des deux sortes de matériaux conduit à des résultats supérieurs à la somme des effets des composants utilisés séparément.
Les effets d'absorption ainsi réalisés donnent lieu à des pertes du type série, c'est-à-dire à des effets équivalents, aux fréquences considérées, à ceux d'une résis- tance fictive placée en série sur le conducteur. On a vu, d'autre part, dans le brevet principal, que lorsqu'un affai* blissemont est recherché à des fréquences relativement basses, on pouvait fuire usage de capacités localisées, lesquelles pro- duisent des pertes du type parallèle.
Un objet de la présente addition consiste à réali- ser d'une manière particulièrement avantageuse une combi- naison des deux types de pertes série et parallèle, notamment en vue de la fabrication de câbles antiparasites industriels destinés à être parcourus par des courants de l'ordre de quelques ampères ou davantage.
Les "câbles-filtres" ainsi conçus comportent en général deux ou trois conducteurs dans une tresse métallique extérieure et se caractérisent par le fait de comporter au moins un matériau diélectrique à permittivité très élevée, par exemple du type ferrite au manganèse-aino ou céramique à base de titanate de baryum ou analogue. Selon une forme possible de réalisation, des capacités localisées sont cons- tituées sous forme de blocs moulés incorporés à intervalles réguliers dans le câble; selon une autre forme de réalisa- tion, le matériau diélectrique à haute permittivité est intimement mélangé au support normalement absorbant du câble, ce qui conduit à une structure de filtre à constantes répar- fies.
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La description détaillée qui va suivre de quelques exemples de réalisation permettra de mieux comprendre les nombreuses possibilités de mise en oeuvre de l'invention.
Dans les dessins annexés: las figures 1 à 5 représentant divers exemples de câbles à un conducteur; les figures 6 A 8 montrent des exemples de câbles bifilaires; la figure 9 montre un autre type de câble à un conducteur; les figures 10 et 11 sont des diagrammes montrant des courbes caractéristiques de câbles suivant l'invention; la figure 12 est un schéma montrant un échantil- lon de câble blindé suivant l'invention associé à un condensa- teur coaxial et placé dans un circuit de mesure; la figure 13 est un diagramme d'affaiblissements mesurés en fonction de la fréquence pour diverses valeurs de capacité; les figures 14 et 15 sont des schémas équivalents pour câbles-filtres monophasé et triphasé; la figure 16 est une perspective schématique d'un tronçon de câble-filtre bifilaire à constantes localisées;
la figure 17 est une vue en coupe transversale d'un câble-filtre triphasé à constantes réparties.
Le câble représenté à la figure 1 comporte un con- ducteur 1 constitué de manière usuelle par un fil de cuivre à brins multiples de 2/10 mm, une gaine 2 d'un diamètre de 5 mm et une gaine extérieure 3 en tissu textile.
La gaine 2 est réalisée en un matériau de la composition suivante:
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Composition n 1 Néoprène du type poly-2-chloro- butadiène-1,3 68% - Stabilisateur tétraéthylthiuram disulfite 2 % - Noir de carbone 20% - Bakélite du type "CATALIN
500 Base, Jaune" 10%
Une telle composition présente un angle de port a diélectriques qui croit avec la fréquence; c'est une pro priété bien connue des caoutchoucs naturels ou artificiel tale que le néoprène, ainsi que de la bakélite. L'additio de poudre de carbone intervient dans le même sens sans in - tervenir pratiquement sur la conductibilité.
Avec un fil ainsi constitué, on trouve une courbe d'affaiblissement en fonction de la fréquence présentant 1' allure indiquée en A2 sur la figure 10,tandis que l'horizon- tale A1 correspond à un fil antiparasite du commerce présentant une résistance de 10 000 ohms par mètre. On voit que pour des fréquences supérieures à 10 mégahertz on obtient des affai- blissements comparables tout en conservant le bénéfice d'une résistance pratiquement négligeable aux fréquences industriel- les. Ces affaiblissements sont nettement supérieurs à la somme des effets des constituants isolés du mélange.
Les affaiblissements dont il vint d'être question en référence à la figure 10, de Même que ceux que l'on invo- quera ci-après, ont été mesurés en bouclant le câble sur une impédance sensiblement égale à son impédance caractéristique, tant du côté générateur que du côté de la cnarge. La valeur d'impédance généralement adoptée dans ces mesures était de 150 ohms.
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On peut naturellement faire varier indéfiniment la composition utilisée pour former, suivant l'invention, une gaine isolante présentant un angle de pertes notable à partir d'une fréquence donnée ou dans une gamme donnée de fré- quences. L'effet obtenu avec la composition n 1 ci-dessus est plusmarqué encore pour certains mélanges de polyvinyl-chloridea (Géon par exemple) certains caoutchoucs cyolisés et cires; etc...
Comme autre substance plastique à portes élevées et sélectives, on peut indiquer en particulier le polytétra- sulfure d'éthylène connu sous le nom de THIOGOMME (en France) THIOKOL (aux U.S.A.) PERBOREN (en Allemagne) ETHANITE (en Belgique et Grande-Bretagne). Des résultats particulièrement intéressants sont obtenus au cours d'essais utilisant le THIO- KOL'S qui est un polytétrasulfure d'éthylène avec poly-sulfure en excès.
Comme autre exemple intéressant de substance poudreu- se de charge, on peut mentionner le CYANOCLE (type de cellu- lose modifié).
Suivant une variante de réalisation, la gaine 2 présente la composition ci-après:
Composition n 2
Caoutchouc 15%
Carbone
Ferrite "Ferroxcube au nickel-sine 80%
Les caractéristiques de perméabilité et d'angle de pertes d'une ferrite de ce genre présentent l'allure indi- quée à la figure 11 ; alors que la perméabilité diminue graduellement aux fréquences élevées, l'angle de pertes magné- tiques B passe par un maximum BM situé vers 80 MHz par exemple.
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Le câble ainsi constitué présente une caractéris- tique d'affaiblissement en décibels par mètre telle que celle indiquée en A3 sur la figure 10.
La figure 2 montre un câble comportant une tresse textile 4 d'un diamètre d'un millimètre sur lequel est boudiné unìl 5 en cuivre d'un diamètre de 2/10 mm, une gaine 6 de 2,5 mm de diamètre ayant la composition n 2 ci-dessus, et une gaine extérieure textile 7.
La caractéristique d'affai- blissement est du même ordre que celle du câble précédemment décrit (A3 -figure 10) mais rapportée à la longueur développée ' du fil 5. '
Le câble de la figure 3 comporte une tresse textile 9 identique à la tresse 4 de la figure 2, une âme cylindrique 9 d'un diamètre de 2,5 mm ayant la composition n 2 ci-dessus, ±? un bobinage 10 en fil conducteur et une gaine externe 11 en tissu.
Suivant une forme de réalisation, le bobinage 10 est un fil de cuivre ; lacourbe d'affaiblissement reste similaire à celle indiquée en A2 sur la figure 10.
Suivant une seconde forme de réalisation, le bobi- nage 10 est constitué en un fil de fer pur ayant subi un tran- tement connu en soi formant dans sa texture superficielle des domaines de grandeur t elle que sa bande d'absorption prend l'allure de la courbe B de la figure 11 avec un maximum situé dans la gamme de 20 à 200 MHz, La courbe d'affaiblissemet du câble prend alors l'allure de la courbe A4 de la figure 10.
Pour obtenir des "gros domaines" nécessaires pour atteindre le maximum d'absorption dans la bande inté- ressée, il faut, partant d'un alliage convenable, faire des traitements thermiques qui consistent, en résumé, en un cuit
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de longue durée, avec abaissement progressif de la température* Ce traitement se fait dans des fours en défilé, à la sortie du tréfilage du fil.
Suivant une troisième forme de réalisation du câble de la figure 3, le bobinage 10 est constitué par un fil en alliage fer-nickel-molybdène dans les proportions respecti- ves de 50-49 et 1 pourcents. Les performances sont similaires à celles du cas précédent. Le traitement ci-dessus mentionné est appliqué ici encore dans des conditions analogues si l'on désire rendre optimum les performances du câble, c'est-à-dire avoir une absorption importante à partir de quelque 20 MHz par exemple.
Le câble de la figure 4 comporte une tresse texti- le 12, similaire à la tresse 4 de la figure 2, une âme 13 d'un diamètre de 2,5 mm présentant la composition ci-après!
Composition n 3
Vinyle 20% Ferrite-Mn-Zn connu sous le nom de "Ferroxcube
3 B" 80 % un bobinage 14 en fil de 1/10 mm de fer pur avec intervalle de 3/10 mm entre spires, une gaine 15 d'un diamètre extérieur de 5 mm de la composition n 3 ci-dessus, et une gaine extérieure 16 en polyvinyle, d'un diamètre extérieur de 6,5 mm.
Un câble ainsi constitué présente une courbe d'affaiblissement telle que A5 (figure 10) avec un affaiblissement de l'ordre de 80 db/m à 100 MHz.
Le câble de la figure 5 est similaire à celui de . la figure 4, avec en plus un blindage 17 entre les gains s 15 et 16; l'affaiblissement réalisé par un tel câble dépasse 100 db/m à partir de 50 MHz environ.
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Dans les compositions du genres celles indiquées ci-dessus sous les n 2 et 3, la ferrite est utilisée aoua la forme d'une poudre dont la granulométrie est caractérisée par le fait que la taille minimum des grains est au moins de quelques dizaines de microns et de préférence de l'ordre de 50 à 100 microns; les particules gardent ainsi la structure à domaines et l'on obtient des effets d'absorption prat- quement équivalents à ceux manifestés par des corps compacta.
Le but suivi consiste en effet à utiliser sous une forme aussi dense ou concentrée que possible le corps ma é- tique absorbant tout en conservant la flexibilité du câbl.
Dans les câbles à absorption magnétique suivant l'invention, la teneur en gomme ou liant flexible est inférieure à 30% et de préférence réduite à des valeurs de l'ordre de 20 %.
Dans le cas de gommes de support ou liants flexi- bles présentant eux-mêmes des pertes importantes, la propor- tion de charge absorbante magnétique pourra être réduite en con- séquence. Un exemple de composition de ce ganre actuellement en cours d'expérimentation est constitué par le mélange:
THIOKOL S 30%
Ferrite 70 % cette ferrite, en grains fins de 10 à 50 @, étant constituée par un mélange à parts égales (35 % - 35 %) de ferrite Mn-Zn (Type III B) et de ferrite Ni-Zn (Type IV B).
Les essais actuellement en cours semblent confir- mer que les combinaisons de ce genre d'un milieu magnétique à fortes pertes avec un milieu diélectrique à fortes pertes manifestent des phénomènes nouveaux susceptibles de multiplier les affaiblissements réalisables et il semble qu'il existe pour chaque combinaison un mélange optimum suivant la valeur
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des constantes respectives ± , chaque produit.
La figure 6 montre un câble bifilaire d'une forme connue en soi pour applications domestiques ou ménagères, avec deux conducteurs parallèles 21, 22 sous une gaine iso- lante commune 23 présentant une zone amincie dans l'inter- valle entre les deux conducteurs. Suivant l'invention, cette gaine peut être constituée par un matériau présentant par exemple la composition n 3 ci-dessus.
La figure 7 montre un tel câble branché entre un rasoir électrique 24 et la prise 25 de connexion au secteur alternatif d'alimentation de celui-ci. Pour compléter la protection aux fréquences de radiodiffusion de l'ordre de 1 MHz où l'affaiblissement réalisé suivant l'invention peut être insuffisant, des capacités localisées indiquées en 26, 27, peuvent être disposées de manière connue en soi aux deux extrémités du câble et constituées par exemple par des con- densateurs de 50 000 p F.
La figure 8 montre un câble d'antiparasitage pour applications industrielles à gros débits: ce câble comporte deux torons 31, 32 de 10 fils de cuivre de 0,3 mm enrobés dans une gaine 33 da matériau présentant la composition n* 3 ci-dessus, le tout sous une gaine 34 en tresse textile.
Les exemples ci-dessus ne sont évidemment nullement limitatifs mais se prêtent au contraire à un nombre considé- rable de variantes. On notera encore, en référence à la figure 2 qu'en remplaçant la gaine 2 en tresse textile par une gain* en tresse métallique, on obtient un câble coaxial à forte capacité répartie. En constituant le bobinage 5 par un fil magnétique (fer pur traité ou alliage Fe-Ni-Mo) les affaiblis- sèment obtenus dans la bande de 20 à 200 MHz dépassent 100db/m
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Dans une autre variante de câble minofilaire représentée à la figure 9, le milieu absorbant formé autour du conducteur 36 est constitué par des perles 37 enfilées sur celui-ci, ces perles pouvant être en ferrite, en poudre de fer dans un support isolant, etc...
La figure 12 représente un échantillon de câble blindé formé par une âmeabsorbante 41, un bobinage 42 en:!'il de cuivre de 0,3 mm de diamètre, une gaine absorbante 43 et une tresse cuivre 44, le diamètre extérieur étant de 4,3 mm.
L'âme et la gaine absorbantes sont établies avec la composi- tion n 3 ci-dessus décrite.
Cet échantillon, d'une longueur de 10 cm, fut connecté entre un générateur étalonné 45 de fréquence varia- ble et un récepteur de mesure 46, avec la disposition, du côté de la sortie vers le récepteur, d'un condensateur coaxial 47.
Générateur et récepteur étant adaptés à 75 ohms on a procédé à des mesures de l'affaiblissement procuré par l'échantillon en fonction de la fréquence pour diverses valeurs de la capa- cité C du condensateur 47.
La figure 13 montre l'allure des résultats obtenus d'abord sans condensateur (courbe 1) puis avec des valeurs croissantes de 50, 200 et 1000 p F de la capacité C (courbes
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II, III et IV);'ces'réEultats montrent la possibilité d'obte" nir des affaiblissements de très grandes valeurs aux fré- quences élevées avec des capacités relativement faibles. Dans le cadre d'un autre essai, on a pu obtenir avec le même câble d'une longueur de 20 cm, associé à une capacité coaxiale de 4700 pF, un affaiblissement supérieur à 100 db au-delà de 100 MHz.
Un tel câble offre des avantages considérables pour résoudre les problèmes de découplage et de filtrage VHF en
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permettant d'obtenir une absorption régulière, sans effets de résonance; l'absorption peut croître régulièrement avec la fréquence jusqu'à des valeurs très élevées (1000 à 10 000 MHz par exemple) contrairement aux méthodes de filtrage clas- sique à self-capacité.
Un nombre très élevé de variantes, nombre de l' ordre de deux cents, peut en somme être envisagé par les di- verses combinaisons possibles des dispositions indiquées; à savoir: - fil conducteur: magnétique ou non magnétique, rectiligne ou boudiné simple ou double (ligne bifilaire ou coaxiale) - gaine autour du fil à pertes magnétiques élevées, à pertes diélectriques élevées, à pertes magnétiques et diélectriques élevées, - âme de support en cas de fil boudiné: à pertes magnétiques élevées, à pertes diélectriques élevées, à pertes magnétiques et diélectriques élevées, .. en cas de fil conducteur magnétiquetraitement spécial du conducteur lui-même, équipement du câble avec des condensateurs formant capa- cités localisées ou réalisation sous forme de câbles coaxiaux ou sous tresse métallique à fortes capacités réparties.
Ce sont des exemples de développements de ces dernières possibilités de l'invention appliquée aux câ- bles industriels que l'on va décrire enfin en référence aux figures 14 à 17.
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Les fleuret 14 et 15 rappellent simplement les schémas équivalents de filtres passe-bas du type à résistances - séries et capacités parallèles que peuvent constituer les câbles suivant l'invention.
Sur la figure 14 qui concerne un câble monophasé à deux fils 1', 1" sous tresse métallique, entre l'entrées E et la sortie 3 d'un tronçon de câble, les résistances ? ', R" ro-;, présentent l'effet des affaiblissements du type série provo- qués par les résonances des doublets magnétiques et/ou viélec- triques.du matériau absorbant incorporé dans le support des conducteurs, tandis que les condensateurs Cl entre f.
s et C'2, C"2 entre fils et masse (tresse de blindage) repre- Pontent l'effet des affaiblissements du type parallèle respecti- vement des composantes symétriques (différences de potentiel entre fils avec symétrie par rapport à la masse) et dissy- métriques (différences de potentiel par rapport à la masse, sans différence du potentiel entre les fils).
La figure 16 montre une forme de réalisation sui- vant l'invention d'un tel câble monophasé. L'espace qui entoure les deux conducteurs 1', 1" et qui comporte l'intervalle 2 sé- parant ces derniers est rempli d'une masse A de matériau absorbant par exemple de la composition n 3 ci-dessus indiquée; cette masse introduit l'absorption du type série représentée par les résistances équivalentes R', R" (figure 14). De place en . place on dispose, d'autre part, des blocs diélectriques 3 par exeaple constituée en deux demi-coquille juxtaposer 3a et 3b.
Chacun de ces blocs est en matériau diélectrique à permittivité élevée et constitue les capacités C1 entre les fila et C'2, C"2 entre chaque fil et la tresse de blindage 4... :
Parmi les matériaux particulièrement indiqués pour la constitution de tels blocs diélectriques on peut citer les
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EMI14.1
ttrr1tea au mangana4..c.no ( exemple "F.rrite III Cai qui ta caractérisent par une constante diélectrique très élevée aux fréquences relativement basses. D'autres matériaux convena- bles sont les céramiques à base de titanate de baryum ou d'un mélange de titanates, par exemple de baryum, bismuth et
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at;
ront3.umz Les demi-coquilles 3a, 3b peuvent être moulées d'avance et montées sur les fils au fur et à mesure de la fa- brication du câble. En variante, les blocs peuvent Stre mou- lés d'une pièce sur place au cours de la fabrication.
En variante de cette technique à constantes loca- lisées, où les éléments introduisant les facteurs résistance et capacité sont alternés et localisés au long du câble, on peut réaliser une construction à constantes réparties où le 8 élé- ments en question sont intimement mélangés à l'échelle micros- copique. La- figure 17 montre un exemple d'une telle réalise- tion appliquée au cas d'un câble triphasé dont la figure 15 donne le schéma équivalent.
Chacun des trois conducteurs 1', 1" et 1"' est enrobé ici dans une gaine flexible 5 et les trois gaines écrasées l'une contre l'autre forment un faisceau in- corporé, par l'intermédiaire d'une masse de remplissage souple 6, dans une tresse de blindage 4, laquelle est elle-même entourée d'une enveloppe de protection 7.
Les gaines 5 sont constituées par un mélange intime d'un diélectrique à permittivité élevée, tel que la Ferrite IIIC
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ou le titanate de baryum, et d'un liant mupl à fortes pertes, tel que le Thiokol 3. La masse de remplissage 6 peut de son coté être constituée par une composition à pertes de l'un quel- conque des types décrits plus haut. Il va de soi que la granu- lométrie de la ferrite incorporée dans les gaines 5 pourra être avantageusement choisie de manière à faire participer cette ferrite aux effets d'absorption,en même temps que l'on
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bénéficie de son effet capacitif dû à la valeur très élevée de sa constante diélectrique.
Alors que cette constante dié- \ lectrique peut atteindre des valeurs énormes de l'ordre de 100 000 dans la ferrite à l'état pur, dans le mélange avec le liant souple la valeur effective de ladite constante diminue fortement, tout en restant encore de l'ordre de plusieurs dizaines (20 à 50 par exemple).
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-Parasitic electric wire "
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The main patent describes an anti-interference electric cable comprising at least one conducting element and at least one support element in which, according to the invention, a finely divided ferromagnetic material suitable for selectively absorbing a given frequency band has been incorporated *
The present addition relates to various improvements made to interference suppressor cables of this kind.
The fundamental aspect of the invention resides in the fact of conditioning at least part of the environment surrounding the conductive element so as to cause substantial losses therein in the frequency band which it is desired to attenuate; Now, it turned out first of all that this result could be achieved not only with the magnetic structures incorporated in the support of the conductor or formed on the surface of the latter, but also by means of dielectric losses caused by appropriate impurities incorporated in the insulating substance or resulting from the choice of a suitable dielectric;
in both cases the losses can be attributed to the known fact that the electric or magnetic doublets are entrained by the alternating electromagnetic field in an oscillating movement, the energy absorption resulting from the friction tending to slow down these movements (DEBYE relaxation). Depending on the texture of the electric or magnetic doublets, a resonance effect can be observed at one or more frequencies, each resonance resulting in a maximum of the absorption effect.
According to one characteristic of the invention, the insulating support of the conductor will therefore comprise at least one absorbing material with resonance losses of the magnetic type or of the type.
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dielectric in a selected frequency band, or, preferably, a combination of both kinds of materials. @
Experience seems to show that a combination of the two kinds of materials leads to results greater than the sum of the effects of the components used separately.
The absorption effects thus produced give rise to losses of the series type, that is to say effects equivalent, at the frequencies considered, to those of a fictitious resistor placed in series on the conductor. We have seen, on the other hand, in the main patent, that when weakening is sought at relatively low frequencies, it is possible to avoid the use of localized capacitors, which produce losses of the parallel type.
An object of the present addition is to achieve in a particularly advantageous manner a combination of the two types of series and parallel losses, in particular with a view to the manufacture of industrial interference cables intended to be traversed by currents of the. order of a few amps or more.
The "filter cables" thus designed generally comprise two or three conductors in an outer metal braid and are characterized by the fact of comprising at least one dielectric material with very high permittivity, for example of the manganese-aino ferrite or ceramic type. barium titanate base or the like. According to one possible embodiment, localized capacitors are in the form of molded blocks incorporated at regular intervals in the cable; in another embodiment, the high permittivity dielectric material is intimately mixed with the normally absorbent support of the cable, resulting in a distributed constant filter structure.
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The detailed description which follows of a few exemplary embodiments will make it possible to better understand the numerous possibilities for implementing the invention.
In the accompanying drawings: FIGS. 1 to 5 showing various examples of cables with one conductor; Figures 6 to 8 show examples of two-wire cables; Fig. 9 shows another type of single conductor cable; FIGS. 10 and 11 are diagrams showing characteristic curves of cables according to the invention; FIG. 12 is a diagram showing a sample of screened cable according to the invention associated with a coaxial capacitor and placed in a measuring circuit; Fig. 13 is a diagram of measured losses as a function of frequency for various capacitance values; Figures 14 and 15 are equivalent diagrams for single-phase and three-phase filter cables; FIG. 16 is a schematic perspective of a section of two-wire filter cable with localized constants;
Figure 17 is a cross-sectional view of a three-phase distributed constant filter cable.
The cable shown in FIG. 1 comprises a conductor 1 formed in the usual way by a copper wire with multiple strands of 2/10 mm, a sheath 2 with a diameter of 5 mm and an outer sheath 3 of textile fabric.
The sheath 2 is made of a material of the following composition:
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Composition n 1 Neoprene of the poly-2-chlorobutadiene-1,3 68% type - Tetraethylthiuram disulfite stabilizer 2% - Carbon black 20% - Bakelite of the "CATALIN type
500 Base, Yellow "10%
Such a composition exhibits a dielectric port angle which increases with frequency; it is a well-known property of natural or artificial rubbers such as neoprene, as well as bakelite. The addition of carbon powder acts in the same direction without practically affecting the conductivity.
With a wire thus formed, there is an attenuation curve as a function of the frequency having the shape indicated at A2 in FIG. 10, while the horizontal A1 corresponds to a commercial suppressor wire having a resistance of 10. 000 ohms per meter. It can be seen that for frequencies above 10 megahertz comparable weakenings are obtained while retaining the benefit of practically negligible resistance at industrial frequencies. These losses are clearly greater than the sum of the effects of the isolated constituents of the mixture.
The losses which have just been discussed with reference to FIG. 10, as well as those which will be invoked hereafter, were measured by looping the cable on an impedance substantially equal to its characteristic impedance, both generator side than on the cnarge side. The impedance value generally adopted in these measurements was 150 ohms.
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The composition used can naturally be varied indefinitely to form, according to the invention, an insulating sheath exhibiting a significant loss angle from a given frequency or in a given range of frequencies. The effect obtained with composition 1 above is even more marked for certain mixtures of polyvinyl-chloridea (Geon for example), certain cyolized rubbers and waxes; etc ...
As another plastic substance with high and selective doors, one can indicate in particular the polytetra-ethylene sulfide known under the name THIOGOMME (in France) THIOKOL (in the USA) PERBOREN (in Germany) ETHANITE (in Belgium and Great Britain ). Particularly interesting results are obtained during tests using THIO-KOL'S which is a polyethylene tetrasulphide with excess poly-sulphide.
As another interesting example of a powder filler, there may be mentioned CYANOCLE (a modified type of cellulose).
According to an alternative embodiment, the sheath 2 has the following composition:
Composition # 2
Rubber 15%
Carbon
Ferrite "Ferroxcube nickel-sine 80%
The permeability and loss angle characteristics of such a ferrite have the appearance shown in Figure 11; while the permeability gradually decreases at high frequencies, the magnetic loss angle B passes through a maximum BM located around 80 MHz for example.
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The cable thus formed has an attenuation characteristic in decibels per meter such as that indicated at A3 in figure 10.
Figure 2 shows a cable comprising a textile braid 4 with a diameter of one millimeter on which is coiled a copper 5 with a diameter of 2/10 mm, a sheath 6 of 2.5 mm in diameter having the composition n 2 above, and a textile outer sheath 7.
The weakening characteristic is of the same order as that of the cable previously described (A3 -figure 10) but referred to the developed length 'of wire 5.'
The cable of FIG. 3 comprises a textile braid 9 identical to the braid 4 of FIG. 2, a cylindrical core 9 with a diameter of 2.5 mm having the composition n 2 above, ±? a winding 10 of conductive wire and an outer sheath 11 of fabric.
According to one embodiment, the coil 10 is a copper wire; the attenuation curve remains similar to that shown at A2 in figure 10.
According to a second embodiment, the winding 10 is made of a pure iron wire which has undergone a treatment known per se forming in its surface texture areas of magnitude such that its absorption band takes on the appearance. of curve B in figure 11 with a maximum located in the range of 20 to 200 MHz, the cable attenuation curve then takes the shape of curve A4 in figure 10.
To obtain the "large domains" necessary to reach the maximum absorption in the band concerned, it is necessary, starting from a suitable alloy, to carry out heat treatments which consist, in short, of a fired.
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of long duration, with progressive lowering of the temperature * This treatment is carried out in ovens in sequence, at the exit of the drawing of the wire.
According to a third embodiment of the cable of FIG. 3, the coil 10 is formed by an iron-nickel-molybdenum alloy wire in the respective proportions of 50-49 and 1 percent. The performance is similar to the previous case. The above-mentioned treatment is applied here again under analogous conditions if it is desired to optimize the performance of the cable, that is to say to have a high absorption from around 20 MHz for example.
The cable of FIG. 4 comprises a textile braid 12, similar to the braid 4 of FIG. 2, a core 13 with a diameter of 2.5 mm having the following composition!
Composition # 3
20% Ferrite-Mn-Zn vinyl known as "Ferroxcube
3 B "80% a winding 14 made of 1/10 mm pure iron wire with a 3/10 mm interval between turns, a sheath 15 with an external diameter of 5 mm of composition no.3 above, and a outer sheath 16 of polyvinyl, with an outer diameter of 6.5 mm.
A cable thus formed has an attenuation curve such as A5 (FIG. 10) with an attenuation of the order of 80 db / m at 100 MHz.
The cable in figure 5 is similar to that of. FIG. 4, with in addition a shield 17 between the gains s 15 and 16; the attenuation achieved by such a cable exceeds 100 db / m from around 50 MHz.
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In compositions of the type those indicated above under nos. 2 and 3, ferrite is used in the form of a powder whose particle size is characterized by the fact that the minimum grain size is at least a few tens of microns. and preferably of the order of 50 to 100 microns; the particles thus retain the domain structure and absorption effects are obtained which are practically equivalent to those shown by compacta.
The aim followed is in fact to use the absorbent matic body in as dense or concentrated a form as possible while retaining the flexibility of the cord.
In the magnetic absorption cables according to the invention, the content of flexible rubber or binder is less than 30% and preferably reduced to values of the order of 20%.
In the case of flexible carrier gums or binders themselves exhibiting significant losses, the proportion of magnetic absorbent filler may be reduced accordingly. An example of the composition of this type currently under experimentation consists of the mixture:
THIOKOL S 30%
Ferrite 70% this ferrite, in fine grains of 10 to 50 @, consisting of a mixture of equal parts (35% - 35%) of Mn-Zn ferrite (Type III B) and Ni-Zn ferrite (Type IV B ).
The tests currently in progress seem to confirm that combinations of this kind of a high-loss magnetic medium with a high-loss dielectric medium show new phenomena liable to multiply the attainable attenuations and it seems that there are for each combination an optimum mixture according to the value
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respective constants ±, each product.
FIG. 6 shows a two-wire cable of a form known per se for domestic or household applications, with two parallel conductors 21, 22 under a common insulating sheath 23 having a thinned area in the gap between the two conductors. According to the invention, this sheath may be constituted by a material having, for example, composition no. 3 above.
FIG. 7 shows such a cable connected between an electric razor 24 and the socket 25 for connection to the alternating mains supply thereof. To complete the protection at broadcasting frequencies of the order of 1 MHz where the attenuation achieved according to the invention may be insufficient, the localized capacitances indicated at 26, 27, may be arranged in a manner known per se at both ends of the cable. and constituted for example by capacitors of 50,000 p F.
Figure 8 shows an interference suppression cable for industrial applications at high flow rates: this cable comprises two strands 31, 32 of 10 0.3 mm copper wires coated in a sheath 33 of material having the composition n * 3 above , all under a sheath 34 of textile braid.
The above examples are obviously in no way limiting but on the contrary lend themselves to a considerable number of variants. It will also be noted, with reference to FIG. 2, that by replacing the textile braid sheath 2 by a gain * in metallic braid, a coaxial cable with high distributed capacity is obtained. By constituting the coil 5 with a magnetic wire (treated pure iron or Fe-Ni-Mo alloy), the attenuation obtained in the 20 to 200 MHz band exceeds 100db / m
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In another variant of the mini-wire cable shown in FIG. 9, the absorbent medium formed around the conductor 36 consists of beads 37 threaded onto the latter, these beads possibly being in ferrite, in iron powder in an insulating support, etc. ...
FIG. 12 represents a sample of shielded cable formed by an absorbent core 41, a coil 42 made of copper with a diameter of 0.3 mm, an absorbent sheath 43 and a copper braid 44, the outside diameter being 4, 3 mm.
The absorbent core and sheath are made with the above-described Composition 3.
This sample, with a length of 10 cm, was connected between a calibrated generator 45 of variable frequency and a measuring receiver 46, with the arrangement, on the side of the output towards the receiver, of a coaxial capacitor 47.
As the generator and receiver are matched to 75 ohms, measurements were taken of the attenuation provided by the sample as a function of frequency for various values of the capacitance C of capacitor 47.
Figure 13 shows the shape of the results obtained first without a capacitor (curve 1) then with increasing values of 50, 200 and 1000 p F of the capacitance C (curves
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II, III and IV); these results show the possibility of obtaining attenuations of very large values at high frequencies with relatively low capacitances. In another test, it was possible to obtain with the same cable with a length of 20 cm, associated with a coaxial capacitance of 4700 pF, an attenuation greater than 100 db above 100 MHz.
Such a cable offers considerable advantages in solving VHF decoupling and filtering problems in
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making it possible to obtain regular absorption, without resonance effects; absorption can increase regularly with frequency up to very high values (1000 to 10 000 MHz for example) unlike conventional self-capacitor filtering methods.
A very large number of variants, number of the order of two hundred, can in short be envisaged by the various possible combinations of the arrangements indicated; namely: - conductive wire: magnetic or non-magnetic, straight or coiled single or double (bifilar or coaxial line) - sheath around the wire with high magnetic losses, high dielectric losses, high magnetic and dielectric losses, - support core in the case of coiled wire: with high magnetic losses, high dielectric losses, high magnetic and dielectric losses, .. in the case of a magnetic conductor wire, special treatment of the conductor itself, equipment of the cable with capacitors forming localized capacities or realization in the form of coaxial cables or in metallic braid with high distributed capacities.
These are examples of developments of these latter possibilities of the invention applied to industrial cables which will finally be described with reference to FIGS. 14 to 17.
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The foils 14 and 15 simply recall the equivalent diagrams of low-pass filters of the resistance type - series and parallel capacitors which the cables according to the invention can constitute.
In FIG. 14, which concerns a single-phase cable with two wires 1 ', 1 "under a metal braid, between the inputs E and the output 3 of a section of cable, the resistors?', R" ro- ;, have the The effect of series-type attenuations caused by resonances of the magnetic and / or visual doublets of the absorbent material incorporated in the support of the conductors, while the capacitors C1 enter f.
s and C'2, C "2 between wires and ground (shielding braid) represent the effect of attenuations of the parallel type respectively of symmetrical components (potential differences between wires with symmetry with respect to ground) and dissymmetric (potential differences with respect to ground, without potential difference between the wires).
Figure 16 shows an embodiment according to the invention of such a single phase cable. The space which surrounds the two conductors 1 ', 1 "and which includes the gap 2 separating them is filled with a mass A of absorbent material, for example of composition 3 above indicated; this mass introduced absorption of the series type represented by the equivalent resistances R ', R "(figure 14). From place to. instead we have, on the other hand, dielectric blocks 3, for example made up of two juxtaposed half-shells 3a and 3b.
Each of these blocks is made of a high permittivity dielectric material and constitutes the capacitors C1 between the fila and C'2, C "2 between each wire and the shielding braid 4 ...:
Among the materials particularly indicated for the constitution of such dielectric blocks, mention may be made of
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mangana4..c.no ttrr1tea (example "F.rrite III Cai which are characterized by a very high dielectric constant at relatively low frequencies. Other suitable materials are ceramics based on barium titanate or a mixture of titanates, for example barium, bismuth and
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at;
ront3.umz The half-shells 3a, 3b can be molded in advance and mounted on the wires as the cable is fabricated. Alternatively, the blocks may be molded as a piece in situ during manufacture.
As a variant of this technique with localized constants, where the elements introducing the resistance and capacitance factors are alternated and located along the cable, it is possible to achieve a construction with distributed constants where the 8 elements in question are intimately mixed with the cable. 'microscopic scale. FIG. 17 shows an example of such an embodiment applied to the case of a three-phase cable of which FIG. 15 gives the equivalent diagram.
Each of the three conductors 1 ', 1 "and 1"' is encapsulated here in a flexible sheath 5 and the three sheaths crushed against one another form an integrated bundle, by means of a filler mass. flexible 6, in a shielding braid 4, which is itself surrounded by a protective casing 7.
The sheaths 5 are formed by an intimate mixture of a high permittivity dielectric, such as Ferrite IIIC
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or barium titanate, and a high-loss mupl binder, such as Thiokol 3. The filling mass 6 can for its part consist of a lossy composition of any one of the types described above. . It goes without saying that the particle size of the ferrite incorporated in the sheaths 5 may be advantageously chosen so as to make this ferrite participate in the absorption effects, at the same time as
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benefits from its capacitive effect due to the very high value of its dielectric constant.
While this dielectric constant can reach enormous values of the order of 100,000 in the ferrite in the pure state, in the mixture with the flexible binder the effective value of said constant decreases sharply, while still remaining constant. the order of several tens (20 to 50 for example).