Brevet FR2576447A1 — publié le 19860725

"Dispositif de lignes de transmission de courants faibles atténuant les parasites". L'invention concerne un dispositif servant à coupler des lignes de transmission des signaux, atténuant les parasites qui peuvent y être induits, ceci afin d'améliorer le rapport Signal/Bruit. I1 arrive fréquemment que des lignes servant à la transmission de courants faibles, les lignes téléphoniques par exemple, soient affectées par des tensions parasites à fréquences audibles, dues à la proximité de certaines lignes électriques, en particulier celles servant à la traction électrique. En effet, dans la traction dite "en courant continu", le courant est fourni à partir du réseau 50 Hertz dans des sous-stations équipées de redresseurs statiques, du type Thyristor ou Triac. A la composante principale unidirectionnelle amenée aux catenaires d'alimentation des motrices, se superpose tourte une série d'harmoniques de la fréquence industrielle; engendrées par ces redresseurs. Ces harmoniques à fréquence audible induisent dans les lignes notamment de télécommunications avoisinantes des tensions qui, se superposant aux tensions utiles aux transmissions, gènent considérablement l'intelligibilité de ces dernières ; c est le cas, en particulier, des lignes téléphoniques ou de celles servant à des transmissions d'informations diverses en fréquences audibles. Dans le cas de la traction électrique par courant monophasé à 50 Hertz, la très longue boucle formée par le catenaire et le conducteur de retour, parcourue par les courants importants alimentant les motrices, crée un champ magnétique à cette fréquence qui induit, dans tous les conducteurs avoisinants des tensions parfois importantes, sinon dangereuses. Tel est d'ailleurs aussi, quelquefois, le cas de certaines lignes de transmission d'énergie en triphasé haute tension, temporairement déséquilibrées. Afin d'atténuer dc manière satisfaisante les parasites induits par proximité dans la ligne de transmission des courants faibles, un dispositif selon l'invention est un élément de transmission d'un signal en forme de quadripôle constitué de deux enroulements conducteurs isolés bobinés autour d'un noyau magnétique, caractérisé en ce que les deux enroulements sont jointifs et sont bobinés dans le même sens, en ce que ledit noyau magnétique est constitué de tôles empilées, chaque tôle constituant un circuit magnétique indépendant comportant un entrefer, en ce que lesdits entrefers ménagés dans deux tôles adjacentes ne sont pas superposés, en ce que les tôles sont réalisées en des matériaux différents, l'ensemble des circuits magnétiques qu'ellés constituent se combinant pour donner à l'élément une impédance globale aux bornes des enroulements qui reste au moins égale à une valeur minimum désirable à des tensions auxquelles ledit élément peut être soumis. Ainsi, les courants utiles parcourant la ligne de transmission d'un signal, connectée aux deux bornes des extrémités situées du même côté des conducteurs bobinés, créent, dans les enroulements réalisés, des flux- de directions opposées qui s'annulent, du + fait de l'opposition de phase entre ces deux conducteurs. De ce fait, le signal utile passe aisément jusqu'aux deux bornes opposées. Par contre, un courant parasite induit dans la ligne se trouve dans la même phase aux deux bornes à laquelle elle est connectée. Les flux induits sont donc de même sens. Ceci procure au dispositif une impédance élevée regardée par ce courant parasite, qui se trouve ainsi bloqué. On a ainsi réalisé un dispositif d'atténuation des parasites induits sur des lignes véhiculant des signaux modulés. De plus, on obtient un dispositif présentant des caractéristiques magnétiques indépendantes de la valeur des tensions parasites induites. Ceci est particulièrement utile dans le cadre de l'invention, étant donné le caractère aléatoire de la valeur de ces tensions. Une autre application importante du dispositif selon l'invention est la réalisation de transformateurs basse fréquence de haute qualité, par exemple ceux qui, en sortie d'amplificateurs de puissance, attaquent des lignes de haut-parleurs destinés à la diffusion de musique. Avec les transformateurs classiques utilisés dans cette application il est bien connu qu'à grande puissance les fréquences basses deviennent prépondérantes, à moins qu'une correction ne soit appliquée à la source.-Mais si tel est le cas, la transmission à des niveaux plus faibles de la "basse fréquence" ainsi corrigée présente une diminution notable du rapport des amplitudes entre les fréquences basses et moyennes. En effet, dans la technique connue de réalisation, l'impédance du transformateur diminue avec l'amplitude des- tensions à ses bornes, ce -qui, aux fréquences basses, provoque une baisse du rendement de transmission des transistors de sortie des amplificateurs.Cet inconvénient peut, certes, être atténué en prévoyant un circuit magnétique plus volumineux dans le transformateur mais ceci, par contre, amène une augmentation proportionnelle des pertes et du taux de distorsion aux fréquences élevées. Avec les circuits magnétiques réalisés suivant la technique exposée et revendiquée selon l'invention, on réalise des transformateurs dont la transmission est linéaire, sans correction, pour toute la dynamique de la source et donc, autres avantages, le volume et le poids sont moindres. Dans un mode de réalisation de l'invention chaque tôle est réalisée en une seule pièce sensiblement rectangulaire présentant une découpe en forme de rectangle interne comportant une saillie à partir de l'un des côtés dudit rectangle interne, ladite saillie étant rectangulaire et formant une jambe dont l'extrémité vient sensiblement affleurer le côté du rectangle interne opposé à celui dont -provient ladite saillie, l'espace séparant l'extrémité de la saillie du cdté qu'elle affleure déterminant 1 'entrefer. Un procédé avantageux d'introduction des tôles afin de réaliser un élément selon le mode de réalisation de l'invention décrit ci-dessus est caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de pliage de la jambe interne par rapport au plan général de la tôle; 2) introduction de la jambe interne à l'intérieur des enroulements, un rebord de la tôle reposant sur l'extérieur des enroulements ;- 3) poussée axiale de la jambe interne jusqu'à ce que les bords du côté qui la supporte viennent en butée contre la tranche des enroulements; 4) rabattement de la tôle autour des enroulements de manière à ce que la jambe interne soit coplanaire avec celle-ci. On répète le procédé en alternant l'extrémité par laquelle on introduit la jambe interne de manière à réaliser un empilement de tôles d'épaisseur voulue sans superposer deux entrefers adjacents. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, chaque tôle est réalisée en deux parties venant se compléter de manière à réaliser un circuit magnétique, un espace séparant une jonction de ces parties dans une jambe centrale, traversant axialement les enroulements, ménageant un espace constituant un entrefer, les autres jonctions assurant la conduction magnétique pour réaliser un élément selon l'invention. Un procédé avantageux de construction de l'invention selon le mode de réalisation décrit immédiatement ci-après est caractérisé en ce que l'on introduit d'abord une première partie d'une tôle, on réalise les jonctions conductrices avec la deuxième partie, puis l'on introduit la première partie de la tôle suivante symétriquement par l'autre extrémité des enroulements, on réalise les jonctions correspondantes, et ainsi de suite jusqu'à l'obtention d'un noyau magnétique d'épaisseur voulue sans superposer deux entrefers adjacents. Avantageusement, les enroulements sont réalisés en segments de conducteurs de même longueur déroulée, et sont enroulés jointivement dans des guides communs. Avantageusement, les enroulements sont isolés par de l'émail. On se référera maintenant aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente une vue en élévation en perspective d'un élément selon l'invention la figure 2 représente un procédé de construction d'un élément selon l'invention suivant un mode de réalisation; la figure 3 représente une partie constitutive d'un élément selon l'invention la figure 4 représente une variante d'exécution d'une partie constitutive telle que représentée à la figure 3; et la figure 5 représente un schéma théorique de l'invention. la figure 6 représente graphiquement un résultat obtenu à l'aide d'un exemple de réalisation de l'invention. Plus précisément, la figure 1 représente un élément 10 selon l'invention, principalement constitué d'un bobinage et d'un circuit magnétique 12. Le bobinage est constitué de deux conducteurs (A,C) et (B,D). Ces conducteurs sont réalisés en fil de cuivre monobzin émaillé. Ils sont bobinés ensemble jointifs sur une carcasse rigide rectangulaire 13 comportant des guides. Ce type de carcasse est en soi connu, et ne constitue pas une caractéristique de l'invention. Dans le mode de réalisation décrit, la carcasse 13 est de section transversale carrée, mais elle pourrait tout aussi bien être ronde, ovale, rectangulaire ou autre. Les deux conducteurs sont de longueur identique, et de même section. Les deux enroulements présentent, par conséquent, des caractéristiques résistives et inductives sensiblement identiques. Les extrémités des conducteurs (A,C) et (B,D) constituent des points de connection qui peuvent être soudés ou connectés à des bornes. L'émail isolant est, pour cela, décapé sur quelques millimètres. Un circuit magnétique 12 est associé au bobinage Il. Ce circuit magnétique présente une forme globalement rectangulaire, évidée de deux rectangles symétriques par rapport à l'axe du bobinage 11. Les deux rectangles permettent le passage du bobinage 11 que le circuit 12 entoure, la partie médiane du circuit traversant axialement le bobinage. La largeur de la partie médiane et sa hauteur, qui est constante pour l'ensemble du circuit magnétique 12, sont telles qu'elle est jointive avec la paroi interne de la carcasse supportant le bobinage 11. Le circuit magnétique, donc, entoure et traverse à la fois le bobinage. Le bobinage est protégé à l'extérieur par un revêtement réalisé en un matériau isolant, avantageusement de la résine synthétique. Pour satisfaire aux critères recherchés, le bobinage des deux enroulements est effectué avec deux fils de cuivre de même diamètre et résistivité, isolés à l'émail renforcé, guidés, couche par couche en exacte juxtaposition sur la carcasse isolante 13. De la sorte, les deux enroulements ont exactement le même nombre de spires -825 dans une réalisation pratique- la même longueur, donc la même résistance et le flux de fuite entre eux est négligeable tout au moins aux fréquences d'emploi. Le circuit magnétique -12 est constitué d'un empilement de tôles 14 serrées les unes contre les autres par un moyen approprié (collage-, vissage ou autre). Les figures 2 et 3 représentent plus en détail la construction d'un mode de réalisation de l'invention. Une tôle 14 découpée dans un matériau à grande perméabilité présente une forme générale rectangulaire. Un évidement rectangulaire également, est découpé en son milieu, évidement traversé symétriquement selon un seul axe par une jambe rectangulaire 16 qui s'étend en saillie à partir d'un côté de l'évidement jusqu'à venir sensiblement affleurer le côté opposé. L'espace 19 séparant ce dernier côté de l'extrémité de la jambe 16 constitue un entrefer dans le circuit magnétique que constitue la tôle 14. Pour construire un élément 10 selon l'invention, on empile une pluralité de tôles 14 de la manière suivante on introduit préalablement, en la pliant légèrement, la jambe 16 à l'intérieur du bobinage 11 par l'une des extrémités de la carcasse 13. On pousse la tôle 14 de manière à faire rentrer le plus avant possible la jambe 16 à l'intérieur de ce bobinage, le bord 15 de la tôle reposant sur la partie extérieure de celui-ci. Lorsque la jambe 16 a pénétré suffisamment profondément à l'intérieur du bobinage pour que le côté de l'évidement interne de la tôle 14 dont la jambe 16 fait saillie vienne en contact avec le bord de ce bobinage, le rebord 15 a dépassé l'aplomb de l'autre extrémité du bobinage. il est alors possible de rabattre ce rebord, de manière à aplanir la tôle 14. Une fois l'opération effectuée, on la répète en introduisant la jambe 16 de la tôle suivante par l'autre extrémité du bobinage, et ainsi de suite jusqu'à ce que l'empilement des tôles présente l'épaisseur voulue. Selon un autre mode de réalisation de l'invention décrit à la figure 4, les tôles magnétiques sont réalisées en deux parties 17,18 complémentaires, l'une sensiblement en E et l'autre sensiblement en T. La forme globale obtenue, une fois l'ensemble de la tôle 14 assembléé, est sensiblement la même que celle décrite dans le mode de réalisation précédent. Néanmoins, la position de l'entrefer 19 dans la partie médiane de la tôle qui traverse axialement le bobinage peut être déterminée à volonté par la forme donnée lors de la découpe aux deux parties 17 et 18. La construction du circuit magnétique se fait de la façon suivante On introduit tout d'abord la partie en E dans et autour du bobinage, seule la jambe centrale pénétrant axialement dans celui-ci. On assemble ensuite la partie 17 avec la partie complémentaire 18 en T pour refermer le circuit magnétique. A ce stade, il est important de s'assurer de la bonne conduction magnétique des deux jonctions 20, qui ne doivent en aucun cas former entrefer. De plus, ces jonctions doivent être réalisées de manière à ne pas présenter de surépaisseur locale de la tôle. On introduit ainsi successivement, et alternativement par une extrémité puis par l'autre, les parties 17 que l'on relie à leur partie 18 complémentaire avant introduction de la partie 17 suivante. Ainsi, à condition d'avoir prévu une dissymétrie de la position axiale de l'entrefer 19 dans chaque tôle, on évite la superposition de deux entrefers 19 de deux tôles adjacentes. Le dispositif selon l'invention tel que décrit ci-dessus correspond au schéma théorique illustré par la figure 5. Il s'agit d'un quadripôle destiné à connecter soit une ligne de transmission de courant faible à deux conducteurs et un apareil du genre dipôle, soit deux lignes de transmission de courant faible entre elles. Les deux enroulements (A,C) et (B,D) étant bobinés jointivement et identiques de caractéristiques, sont le siège de flux induits qui s'ajoutent quand les courants qui les parcourent sont de même direction, et qui s'annulent quend ils sont de directions opposées. Il faut noter que la différence dûe aux tolérances de construction maintient un flux d'induction résiduel, lorsque les courants sont de directions opposées dans (A,C) et (B,D), flux dû aux différences de valeurs selfigues des deux enroulements. Donc, si l'on veut transmettre un signal de AB en CD, l'impédance vue par le courant de signal sera Z étant le module l'impédance complexe Z R étant la somme des résistances des enroulements (en principe négligeable) j étant W étant la pulsation, soit 2zr x fréquence etZiL étant la différence entre les deux inductances constituées par les enroulements. On voit donc, de manière évidente, que le terme est proportionnel à la différence entre les deux inductances et à la fréquence. En conséquence, si les tolérances de construction sont très petites, ce qui minimise QL; on peut obtenir une perte d'insertion du dispositif négligeable jusqu 'à des fréquences élevées, ce qui est particulièrement avantageux pour la transmission de signaux dans la bande de fréquences audibles. En revanche, si une tension de même signe parait simultanément aux bornes A et B, typiquement les tensions induites dans les lignes véhiculant des courants faibles par la simple proximité de lignes véhiculant des courants forts, et induisant donc des parasites de tensions élevées, le même flux est induit par les deux enroulements. L'impédance pourra dès lors s'exprimer I zl = R + j 4v'(L) les références étant les mêmes que dans la relation précédemment écrite. Il est aisé de voir que la valeur (L) intervient directement, et que pour un circuit magnétique performant et un nombre de spires important, on obtient une valeur de Iz I élevée dès les basses fréquences. Ceci atténue considérablement la propagation des parasites induits. Deux caractéristiques particulièrement remarquables de l'invention sont - les entrefers 19 de deux tôles adjacentes en superposition ne sont en aucun cas superposés. Ceci vient de l'alternance du sens d'introduction des jambes 16 dans le bobinage. - Les tôles identiques par la découpe, sont réalisées en des matériaux différents, aux propriétés magnétiques complémentaires. Plus précisément, les matériaux à haute perméabilité et présentant des pertes par hystérésis très faibles ne présentent ces caractéristiques -extrêmement avantageuses pour la réalisation de circuits magnétiques performants - que jusqu'à des tensions faibles aux bornes des enroulements, par un phénomène de saturation au delà d'un seuil déterminé. Afin de conserver une impédance élevée, impédance dépendant, nous l'avons vu, de l'inductance et donc des propriétés du circuit magnétique, on utilise également des tôles présentant une perméabilité plus faible, mais présentant un seuil de saturation plus élevé, ce qui permet de conserver des caractéristiques magnétiques avantageuses à des tensions très diverses. Ceci permet d'homogénéiser le comportement du dispositif selon l'invention quand il est soumis à des courants de tensions et de fréquences très différentes. Avantageusement, selon le mode de réalisation de l'invention décrit, les tôles utilisées sont découpées dans les métaux indiqués se répartissent numériquement comme suit Dénomination Nombre de tôles | Tensions dé commerciale 1 saturation Permimphy 2 10 1 3 Volts Numétal I 5 6 Volts j 26 40 Volts Anhyster D.T. 26 40 Volts Superanhyster 50 ! 35 70 Volts Selon certaines variantes d'exécution, il est possible, par exemple en raison de la dispersion relativement importante de la perméabilité entre les lots de production de ces alliages complexes on soit amené pour obtenir la courbe idéale d'impédance, à modifier quelque peu les proportions ci-dessus suivant les règles suivantes: augmentation du nombre de tôles en Permimphy 2 pour relever la courbe aux très faibles tensions ; au contraire, substituer quelques tôles de Supranhyster 50 à un nombre égal de circuits en Anhyster D.T. pour relever le point d'apparition de la saturation aux tensions élevées. La figure 6 représente la courbe d'impédance d'une réalisation d'un dispositif selon l'invention, en fonction de la tension qui lui est appliquée, à une fréquence donnée (ici 50Hz). Cette impédance est sensiblement égale à G/ L, la partie résistive étant négligeable (de l'ordre de 20 ohms). La fréquence étant déterminée, le variable est en fait L. Les quatre courbes reportées 1,2,3,4 sont celles des quatre types de telles utilisées dans ce mode de réalisation.La courbe 1 met en évidence l'inductance très élevée dûe au Permimphy 2, permettant d'atteindre unè impédance de 25 000 ohms qui chute dès que la tension appliquée atteint 3 volts du fait de la saturation du matériau. Les autres courbes mettent en évidence le même phénomène, avec des valeurs cependant différentes. La courbe 5 est celle de l'ensemble du système, et résulte de la simple combinaison des impédances dûes aux effets des différentes tôles. Dans une plage de tensions allant de O à 70 Volts, pour une fréquence donnée, de 50 Hz par exemple, la valeur de l'impédance mesurée est toujours supérieure à 10 000 ohms, ce qui permet une réjection importante des parasites. Dans le mode de-connection AB, CD, le dispositif laisse donc passer la modulation avec une très faible perte d'insertion (typiquement 0,5 dB dans les fréquences audibles, selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention), mais atténue fortement par effet selfique les parasites induits (et ce d'autant plus que ceux-ci contiennent beaucoup de fréquences élevées, du fait de leur caractère généralement fortement transitoire). Des améliorations du rapport Signal/Bruit allant de 40 à 60 dB ont été mesurées expérimentalement. Dans le mode de connection AC, BD, le dispositif selon l'invention se comporte comme un transformateur de rapport 1, particulièrement utilisé pour l'isolement, polyvalent du fait de l'homogénéité de son comportement à des tensions très différentes, comme on l'a vu précédemment. Un tel type de transformateur peut être avantageusement utilisé pour améliorer la propagation d'une modulation à faible niveau sur de longues-distances- de données numériques notamment. Un dispositif selon l'invention peut en outre être avantageusement utilisé aux fins de rééquilibrage des tensions apparaissant aux bornes d'une ligne véhiculant un signal. En effet, les conducteurs généralement torsadés de telles lignes génèrent des flux souvent différents Ainsi, des tensions induites et parasites peuvent paraître aux bornes de ces conducteurs. L'insertion du dispositif selon l'invention, connecté en (A,B), une charge de faible impédance étant connectée en (C,D) permet d'annuler lesdites tensions qui se retrouvent nécessairement en opposition de phase. On a donc ainsi réalisé l'annulation des tensions parasites induites, et par la même rééquilibré les tensions utiles. D'autres modes de réalisation, notamment en ce qui concerne le circuit magnétique, peuvent être envisagés. De même il est possible d'utiliser les caractéristiques particulièrement avantageuses du dispositif selon l'invention dans des applications très diverses, qu'il appartient à l'Homme de l'art de déterminer. REVENDICATIONS 1) Elément de transmission d'un signal du genre quadripôle (AB,CD) constitué de deux enroulements conducteurs (11) bobinés isolés autour d'un noyau magnétique (12), caractérisé en ce que lesdits enroulements sont jointifs et bobinés dans le même sens, en ce que ledit noyau magnétique (12) est constitué de tôles (14) empilées, chaque tôle constituant un circuit magnétique comportant un entrefer (19), en ce que lesdits entrefers (19) ménagés dan-s deux tôles-adjacentes ne sont pas superposés, en ce que les tôles sont réalisées en des matériaux différents, l'ensemble des circuits magnétiques qu'elles constituent se combinant pour donner à l'élément une impédance globale aux bornes des enroulements qui reste au moins égale à une valeur minimum désirable en fonction des tensions auxquelles ledit élément peut être soumis. 2) Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque tôle (14) est réalisée en une seule pièce sensiblement rectangulaire présentant une découpe en forme de rectangle interne comportant une saillie (16) à partir de l'un des côtés dudit rectangle interne, ladite saillie (16) étant rectangulaire et formant une jambe dont l'extrémité vient sensiblement affleurer le côté du rectangle interne opposé à celui dont provient ladite saillie, l'espace séparant l'extrémité de la saillie du côté qu'elle affleure déterminant l'entrefer (19). 3) Procédé d'introduction de tôles (14) selon la revendication 2 afin de réaliser un élément selon l'une quelconque des revendications précédentes, et caractérisé en ce qu il comporte les étapes de a) pliage de la jambe interne par rapport au plan général de la tôle b) introduction de la jambe interne à l'intérieur des enroulements (11), un rebord (15) de la tôle reposant sur l'extérieur des enroulements; c) poussée axiale de la jambe interne (16) jusqu'à ce que les bords du côté qui la supporte viennent en butée contre la tranche des enroulements (11); d) rabattement de la tôle autour des enroulements (11) de manière à ce que la jambe interne (16) soit coplanaire avec celle-ci. 4) Procédé de réalisation d'un élément selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on répète le procédé suivant la revendication 3 en alternant l'extrémité par laquelle on introduit la jambe interne de manière à réaliser un empilement de tôles d'épaisseur voulue sans superposer deux entrefers (19) adjacents. 5) Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque tôle est réalisée en deux parties (17,18) venant se compléter de manière à réaliser un circuit magnétique, un espace séparant une jonction de ces parties dans une jambe centrale, traversant axialement les enroulements, ménageant un espace constituant un entrefer (19), les autres jonctions (20) assurant une conduction magnétique. 6) Procédé de réalisation d'un élément selon la revendication 1, mettant en oeuvre des tôles selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on introduit d'abord une première partie (17) d'une tôle, on réalise les jonctions (20) avec la deuxième partie, puis l'on introduit la première partie (18) de la tôle suivante symétriquement par l'autre extrémité des enroulements, réalise les jonctions (20) correspondantes, et ainsi de suite jusqu'à obtention d'un noyau magnétique d'épaisseur voulue sans superposer deux entrefers (19) adjacents. 7) Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les enroulements (11) sont réalisés en segments de conducteurs de même longueur déroulée, et sont enroulés jointivement dans des guides communs. 8) Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les enroulements (11) sont isolés par de l'émail. 9) Dispositif d'atténuation des parasites induits sur des lignes véhiculant des signaux modulés caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10) Transformateur de rapport sensiblement unitaire caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément selon l'une quelconque des revendications précédentes. 11) Procédé d'équilibrage de tensions utiles d'une ligne de transmission de signaux caractérise en ce quel'on insère un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes entre les bornes de ladite ligne et une charge.