Brevet FR2643199A1 — publié le 19900817

SYSTEME DF COMMU:NICATION PAR LIGKE A. COURANT FORT. isa prsente invention concerne, d'une façon générale, les 5ystmes de communication et elle a trait, plus paerticulièrement, È des systèmes de communication cui utilisent une ligne électrique b courant fort pour acheriner des sionaux de communication. Dans certains types 6'application exigeant l'émission et la récepticn de signsux de communication, il est commode d'utiliser les conducteurs d'un système de distributior d'électricité, ou système électrique à courant fort, pour acheminer les signaux. Par exemple, le brevet US 4 234 926 divulgue l'utilisation de lignes électriques à courant fort pour surveiller des conteneurs réfrigérés, aFppelés "frigos", à bord de navires et dans des terminaux maritimes. On a constaté cue, lorsque certains types de charges d'utilisation électriques sont alimentés par une ligne électrique à courant fort, comme c'est le cas par exemple pour les dispositifs de commande de moteur à semi-conducteurs caui hachent la forme d'onde du courant 26 43199 alternatif, ces charges d'utilisation renvoient un bruit électrique dans la ligne électrique, ce aui rend difficile toute coirmmunication par cette ligne électrique avec des niveaux de signaux utilisables dans la praticue. Du fait que le bruit électrique couvre une large plage de fréquence, il n'est pas pratique d'utiliser des filtres accordés car il faudrait avoir recours à un grand nombre de filtres de grande dimension 1C aoui sont difficiles a accorder. En ref, la présente invention réside en un sy-stèe de comTunication par liane à courant fort oui comprend un piege directionnel à large bande relié à la ligne é ie:triqçe près de la source de bruit, entre cette scurc fe brait et le point o les signaux de ccrmrunication sont appliaues la ligne électriaue. Le piège ?eut être facilement réalisé et installé sur une licne electriqe en n'exigeant cu'un seul condensateur par phase électrique et un transformateur à rapport 2C 1:1 ccrportant un enroulement de plus que le nombre de Choses électricues. Un line ligne électriaue monophasée n'exicerait donc au'un seul condensateur relié au conducteur aoui n'est pas la terre, et une ligne 4-cotricus triphasée rn'exigerait o ue trois condensateurs, a raison d'un pour chaque conducteur de phase. le transformateur peut être facilement réalisé, n'exigeant qu'un noyau magnétique comportant une ouverture cue traversent des enroulements du type monospire formés par des conducteurs rectilignes. On forme donc ces enroulements en dirigeant chaque conducteur de phase à travers l'ouverture du noyau et en dirigeant à travers cette ouverture un conducteur supplémentaire coi fonctionne comme un condensateur commun relient chaqcue condensateur de phase à la terre. La connexion de chaaue condensateur à un conducteur de la ligne électrique est effectuée en un Foint situé entre le transformateur et le point o les signaux de communication sont appliqués à la ligne électrique. Le bruit électrique se propage donc de la source de bruit à travers l'enroulement ou les enroulements de transformateur associé(s). à la phase ou aux phases, puis- le bruit rencontre le condensateur ou les condensateurs. Le condensateur ou les condensateurs, en même temps cue l'enroulement de transformateur relié ce condensateur ou ces condensateurs, forme(nt) un circuit de faible impédance juscu'à la terre pour le bruit électriaue, car le condensateur ou les condensateurs renvoient le bruit électrique à travers le transformateur dans un sens opposé au sens du bruit électrique dans les autres enroulements, ce oui assure une inductance presque nulle. Par contre, les signaux de communication arrivent au piège de la direction opposée et, de ce fait,' ces signaux de communication doivent traverser tous les enroulements de transformateur, y compris I'enroulement correspondant au condensateur, dans la même direction. Ce pièce présente une inductance éleveée vis-à-vis des signaux de communication et une impédance élevée par rapport à la terre. Cn va maintenant décrire de façon plus détaillée la présente invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue partiellement schématique et partiellement synoptique d'un système de communication par ligne électrique triphasée à courant -fort réalisée selon les enseignements de la présente invention; la figure 2 est un schéma de principe équivalent du système triphasé représenté sur la fiaure t; la figure 3 est or schéma de principe écuivalent d'un système de communication par ligne monophasée à courant fort; la figure 4 est une représentation schématique du piège représenté sur les figures 1 et 2, cette figure représentant plus clairement la structure d'un noyau magnétique utilisé dans le piège; et la figure 5 est un graphique oui montre l'effet du piège sur le bruit électrique engendré par un cispcsitif de commande de moteur, à semi-conducteurs et à frécuence variable, d'une puissance de 221 kW sous 440 volts en triphasé, fonctionnant avec un système électriîeu d'un navire. En se référant aux dessins, on voit que l'on y e rearésenté, sous une forme partiellement schématique et Fartiellement synopticue, un système de communication IC par ligne a courant fort, ce système étant réalisé selo le!s enseicneirents de la présente invention. Le systme 10 comprend une ligne électrique triphasée 12 à courant fcrt, telle au'un système de distribution d'électricité à bord d'un navire ou un système de distribution d'électricité d'un terminal maritime, par exemiple, comportant ces conducteurs de phase A, B et C, et une terre 13, telle au'un conducteur neutre N mis à la terre ou à la masse, ou bien la coque d'un navire. Un dispositif de surveillance principal 14 applique une porteuse radio-fréquence modulée à la ligne électrique 12 suivant un mode commun, c'est-à-dire directement à chaque phase, par l'intermédiaire d'un appareil 16 de couplage de ligne électrique, tel qu'un transformateur 18 et des condensateurs de couplage 20. Un dispositif 22 ce surveillance a distance, oui peut par exemple être associé à un conteneur isotherme, reçoit le signal modulé par l'intermédiaire de l'appareil 24 de couplage de ligne électrique. Le dispositif 22 de surveillance distance prépare les données demandées et renvoie les -données au dispositif de surveillance principal 14, par l'intermédiaire d'un courant porteur modulé appliqué a la ligne électrique. Une source 26 de bruit électrique connectée à la ligne électrique 12 peut sérieusement détériorer les performances de l'appareil de communication par ligne à courant-fort si le bruit n'est pas isolé de la ligne électrique utilisée pour la communication. La présente invention permet d'isoler le bruit électricue grâce à un pièce 28 à large bande en mode commun oui n'exice aucun réglage d'accord. Plus spécifiquement, le piège 28 comprend un condensateur de blocage de fréquence de courant fort pour chaque phase, comme par exemple des condensateurs 3C, 32 et 34 reliés aux phases A, E et C, respectivement, et un transformateur 35 d'isolement ou à rapport 1:1. le transformateur 35 comporte un noyau magnétique 37, un enroulement pour chaque phase électricue, tel cue les enroulements 36, 38 et 40 pour les phases A, E etC, respectivement, et un enroulement 42 cui fonctionne comme un condensateur commun. Les enroulements 36, 38 et 40 sont montés en série avec les conducteurs de phases A, E et C, respectivement, et l'enroulement 42 relie les extrémités restantes des condensateurs 30, 32 et 34 à la terre, par exemple au conducteur neutre N relié à la terre. La figure 2 est une représentation schématique équivalente du système 10 de communication par porteuse sur ligne à courant fort, ce système comportant un générateur de porteuse radio-fréouence, comme par exemple le dispositif de surveillance principal 14, appliquant le porteuse à la ligne électriaue 12 en un point 43, suivant un mode commun, les résistances 44 indiquant l'impédance de la ligne électrique 12. A cette ligne électrique 12, en un point 45, est également relié le générateur 26 de bruit, les résistances 46 indiquant l'impédance de sortie de ce générateur de bruit. Si on regarde la ligne électrique 12 depuis le côté du générateur 26 de bruit, on voit que le bruit électrique traverse les enroulements 36, 38 et 40 de transformateur en pénétrant par les extrémités non pointées des enrculements. les impédances des condensateurs 3C, 32 et 34, alors qu'elles sont 4levées vis-d-vis des fréquences des courants forts, 1- sont faibles vis-à-vis de tout le large spectre des frécuences rlevéas présentes dans un bruit électriaue. Les impédances des condensateurs 30, 32 et 34 vis-à-vis ou bruit e1ectriaue sont également faibles par rapport à l'! imFpédance 44 de la ligne électrique. Le bruit 2C électricue traverse donc les condensateurs 30, 32 et 34 et térètre dans!'extrémité pointée de l'enroulement 42. Le bruit électrice traversant l'enroulement 42, du fait c-'i circule dans le sens opposé au sens de circulation de bruit électrioue pénétrant dans les 2- E extrémités non pointées des enroulements 36, 38 et 40, fait fonctionner le transformateur.35 comme un enroulement bifilaire, ce aui réduit pratiquement à zéro l'inductance du transformateur 35 vis-à-vis de la circulation du bruit électrique. Les condensateurs 30, 32 et 34 en même temps oue l'enroulement 42 forment donc, vis-à-vis du bruit électrique, un circuit à très faible impédance jusqu'à la terre. La connexion 48 la terre doit être effectuée Frès du générateur de bruit, de manière oue l'impédance du circuit de retour de terre jusqu'au générateur 26 soit très faible, ce gui évite un pompage en retour du bruit dans la ligne électrique 12. Si on regarde la ligne électrique 12 depuis le côté du Générateur 14 de radio-fréquence, on voit nue les signaux de communication traversent tous le transformateur 35 dans le mmre sens, c'est-à-dire qu'ils pénètrent dans les extrémités pointées des enroulements 36, 38, 4C et 42, et le transformateur 35 présente de ce fait une inductance élevée vis-b-vis des signaux de radio-fréquence et une grande impédance par rapport à la terre. La figure 3 est une circuit équivalent pour un systèfe de communication 10' utilisant comme support une liane monophasée - courant fort, comprenant des premier et second conducteurs 49 et 50, le conducteur 50 étant mis à la terre en 13. Les mrmes références- numériques cue celles en figure 2 et 3, sauf en ce aui concerne le signe prime, indicuent les éléments du système monophasé 1C' oui sont similaires aux éléments du système triphasé 10. Le transformateur 35' achemine la totalité du courant de charge d'utilisation dans le mode de réalisation monorhasé de l'invention et, de ce fait, le noyau magnéticue 37 doit être réalisé de manière transférer le courant fort sars saturation. Dans le cas du système triphasé 10, il suffit que le transformateur soit réalisé de manière à s'adapter au déséquilibre maximal auquel on peut s'attendre, du fait que la somme des courants absorbés par la charge d'utilistion à tout moment est nulle dans le cas d'une charge équilibrée. La figure 4 montre un exemple de réalisation du piège 28 à mode commun, représenté schématiquement sur les figures 1,et 2. le noyau magnétique 37 peut être réalisé en série et comporter une ouverture 52. Par exemple, le noyau magnétique 37 peut être formé par assemblage de huit noyaux en U, par exemple en "Carbon Stackpole n 50-04662, ou en un matériau équivalent. Les enroulements 36, 38, 40 et 42 sont du type monospire formé par des conducteurs traversants rectilignes, c'est-à-dire que les conducteurs des phases peuvent simplement traverser l'ouverture 52 du noyau. Les condensateurs peuvent être, par exemple, des condensateurs de 20 microfarads, 100C volts, tels que des condensateurs formés par des thyristors (SCR), par exemple un thyristor du type G-eneral Electric 26F6770FC, ou autre élément équivalent. La ligne en traits mixtes 54 inrdioue un entrefer non magnétique oue l'on peut former lorsque le noyau magnétique 37 est utilisé dans une application monophasée, pour empêcher la saturation a la frécuence des courants forts, par exemple 60 Hz. la ficure 5 est un graphique qui représente la variation du niveau de bruit (exprimée en dEv) en fonction de la fréquence (exprimée en kEz) montrant l'efficacité du piège 28 sur la totalité d'une large 2C, plae de fréquence pour éliminer le bruit produit à bord du navire par un dispositif de commande de moteur, à semi-conducteurs et à frécuence variable, de 221 kK sous 440 volts en triphasé. La courbe 56 montre le bruit électricue dan. la ligne électrique triphasée, le dispositif de commande de moteur à semi-conducteurs fonctionnant sans le piège 28 à mode commun. La courbe 58 montre le bruit électrique dans la ligne électrique, le dispositif d'entraînement de moteur à semi- conducteurs fonctionnant avec le piège 28 à mode commun connecté. On remarquera qu'il se produit une réduction de 20 dE environ d'un c8té à l'autre de la plage de fréquence oue l'on utiliserait le plus vraisemblablement Four des communications par porteuses sur lignes à courant fort. La courbe O60 représente le bruit électricue dans la ligne électrique, le dispositif de commande a semi-conducteurs étant mis hors circuit et sans le piège 28 en mode commun. En comparant les courbes 58 et O60, on remarquera qu'entre environ 40 kBz et 400 kHz, les courbes sont très rapprochées l'une de l'autre, ce qui indique que le piège 28 élimine sensiblement tous les bruits électriques produits par le dispositif de commande de moteur, ce aui permet d'obtenir des communications efficaces par la ligne électrique avec des niveaux de signaux normaux. On remarquera que dans le mode de réalisation triphasé, deux condensateurs relient entre elles toutes paires de phases. Il est donc important que les signaux de communication soient appliqués aux trois conducteurs de phases d'un mode de réalisation triphasé à mode communr selon l'invention, ccntrairement au mode de réalisation à mode différentiel. PFVENDICATI IS 1. Système de communication (10) par ligne à courant fort, comprenant une ligne électrique (12) à courant fort comportant un nombre prédéterminé de conducteurs électriques de phase (A,E,C) et une terre ou masse électrique (13), une source (14) de signaux de communication appliqués à ladite ligne électrique en un. premier point, et une charge d'utilisation (26) qui est reliée à la ligne électrique en un second point et qui appliiue un bruit électrique â cette ligne électrique, le système susvisé étant caractérisé par un piège directionnel (28) a large bande, oui est connecté à la ligne électrique entre les premier et second points et coi urésente vis-à-vis de la terre une impédance plus faible pour le bruit électrique que pour les signaux de corrmmunication, ce piège comprenant un condensateur (30,32,34) relié chaque conducteur de phase électrique (A,E,C) et un transforitateur (35) à rapport 1:1, 2C comFortant un enroulement (36,38,40) monté en série avec chacue conducteur de phase électrique entre les premier et second points, et un enroulement supplémentaire (42), cet enrculement supplémentaire fonctionnant comme un condensateur commun reliant à la terre chaque condensateur correspondant à une phase, chaque condensateur correspondant à une phase étant relié au conducteur de phase associé entre l'enroulement associé de transformateur correspondant à une phase et le premier point afin de faire passer les signaux de communication dans la même direction à travers tous les enroulements de transformateur en présentant vis-a-vis de ces signaux de communication une inductance élevée et une inpédance élevée rar rappFort à la terre tout en faisant passer l'e bruit électrique à travers 1 1 l'enroulement de transformateur fonctionnant en condensateur commun dans un sens opposé à la direction dans laquelle le bruit électrique traverse les enroulements de transformateur correspondant aux phases, en présentant une faible inductance vis-à-vis du bruit électrique et en formant un circuit à faible impédance jusqu'à la terre pour ce bruit électrique. 2. Système de communication selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transformateur comprend un noyau magnétique (37) comportant une ouverture (52), et les enroulements sont des enroulements monospires sous forme de conducteurs rectilignes traversant.l'ouverture du noyau magnétique. 3. Système de communication (10') par ligne à courant fort, comprenant une ligne électrique monophasée (12') comportant des premier et second conducteurs (49,50), le second conducteur (50) étant relié à la terre (13) , une source (14) de signaux de communication appliqués à la ligne électricue en un premier point 23 (43'), et une charge d'utilisation (26') qui est reliée à la ligne électrique en un second point (45') et qui appliaue un bruit électrioue à la ligne électrique, caractérisé par un piège directionnel (28) non accordé et à laree bande, relié à la liane électrique entre les premier et second points et présentant vis-à-vis de la terre une impédance plus faible pour le bruit électrique que pour les signaux de communication, ce piège comprenant un condensateur (34') et un transformateur (35) à rapport 1:1, comportant des premier et second enroulements (40',42'), le premier enroulement étant monté en série avec le premier conducteur de la ligne électrique entre les premier et second points, le condensateur et le second enroulements étant montés en série depuis le premier conducteur de la ligne électrique jusqu' la terre, la connexion au premier conducteur de la ligne électriaue étant effectuée entre le premier enroulement et le premier point pour faire passer les signaux de communication O travers les premier et second enroulements dans la même direction, en présentant Four ces signaux de communication une inductance élevée et une impédance élevée vis-à-vis de la terre tout en faisant passer le bruit électrique à travers les enroulements dans des directions opposées en présentant une faible inductance vis-à-vis du bruit électrique et en formant un circuit à faible impédance juscu'à la terre Four ce bruit électricue. 4. Système de communication selon la revendication 3, caractérisé en ce eue le transformateur comprend un noyau magnétique (37) comportant une cóverture (52), et les premier et second enroulements sont des enroulements monospires aui traversent directement l'ouverture du noyau magnétigue. S. ystère de communication selon la revendication 4, caractérisé en ce eue le noyau r-acnétiqce (37) comprend un entrefer non magnétique (54) pour ernFcher une saturation du noyau magnétique par la fréquence du courant fort. E. Système de communication (10) par ligne à courant fort, comprenant une ligne électrique triphasée (12) avec mise à la terre comportant des premier, second et troisième conducteurs (A,B,C), une source (14) de signaux de communication appliqués à la ligne électrique en un premier point (43) et une charge d'utilisation (26) qui est reliée à la ligne électrique en un second point (45) et qui applique un bruit électrique à cette ligne électrique, caractérisé par un Fiège directionnel non accordé (28) à large bande, oui est relié à la ligne électrique entre les premier et second points et gui présente vis-à-vis de la terre une impédance plus faible pour le bruit électrique que pour les signaux de communication, ce piège comprenant des premier, second et troisième condensateurs (30,32,34) et un transformateur (35) à rapport 1:1 comportant des premier, second, troisième et ouatrième enroulements (36,38,40,42), ces premier, second et troisième enroulements étant montés respectivement en série avec les premier, second et troisième conducteurs de la ligne électrique entre les prelmier et second points, les premier, second et troisimrre condensateurs étant montés respectivement entre les prerier, second et troisième conducteurs de la liane électrique et la terre par l'intermédiaire du quatrième enroulement, les connexions des condensateurs aux conducteurs de la ligne électrique étant effectuées entre les enroulements de transformateur et le premier point pour faire passer les sianaux de communication a travers les premier, second, troisième et quatrième enroulements dans la même direction, en présentant Ane inouctance élevée, tout en faisant passer le bruit électrique è travers le cuatrième enroulemnt dan cne direction oui est opposée à la direction dans lacuelle le bruit traverse les premier, second et troisième enrouleirents, en présentant une faible inductance vis-b-vis du bruit électrique et un circuit à faible impédance jusqu'à la terre pour ce bruit électrique. 7. Systèrre de communication selon la revendication 6, caractérisé en ce que le transformateur comprend un noyau magnétique (37) comportant une ouverture (52), et les premier, second, troisième et quatrième enroulements sont des enroulements monospires formés par les ccnducteurs cqui passent directement à travers l'ouverture du noyau magnéticue.