L'invention concerne un circuit séparateur-coupleur directif pour courants porteurs à fréquence moyenne sur li¬ gne électrique du réseau alternatif basse-tension.

La transmission d'information sur les réseaux de distribution et d'alimentation en énergie électrique basse tension est actuellement effectuée au moyen de circuits émetteurs-récepteurs à courants porteurs E, lesquels sont couplés au réseau, ainsi que représentés en figure la, par l'intermédiaire d'un circuit séparateur-coupleur D, de fa¬ çon à assurer un couplage maximum au réseau basse tension et une perturbation minimale tant du réseau lui-même, dit réseau amont, que du réseau aval, consistant le plus sou¬ vent en l'installation d'alimentation d'un client abonné. Ce type de circuit séparateur coupleur doit, d'une part, assurer l'adaptation du circuit émetteur-récepteur E, et, d'autre part, le découplage entre le réseau amont et le réseau aval. Dans ce but, on a jusqu'ici utilisé comme cir¬ cuit séparateur-coupleur, ainsi que représenté en figure lb, un couplage en tension, au moyen d'un transformateur émetteur de couplage ; les circuits à basse tension et à courants porteurs étant ainsi complètement séparés galvani- quement. De tels circuits donnent satisfaction quant au dé¬ couplage en courant continu ou homopolaire, mais ils ne permettent cependant pas de réaliser un véritable circuit coupleur directif.

La présente invention a pour objet la mise en oeu- vre d'un circuit séparateur-coupleur directif permettant d'assurer un découplage maximum entre 1'émetteur-récepteur

E et le réseau aval B alors que le couplage entre le même émetteur-récepteur E et le réseau amont A est optimum.

Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un circuit séparateur-coupleur directif dans

lequel le sens de la directivité précitée peut être inver¬ sé, découplage maximum entre émetteur-récepteur E et réseau amont A et couplage optimum entre émetteur-récepteur E et réseau aval B. Un autre objet de la présente invention est égale¬ ment la mise en oeuvre d'un circuit séparateur-coupleur permettant d'assurer un filtrage efficace des signaux para¬ sites, provenant du réseau aval B, et susceptibles de se propager vers le réseau amont A et 1'émetteur-récepteur E ou réciproquement.

Le circuit séparateur-coupleur directif pour cou¬ rants porteurs à fréquence moyenne sur une ligne électrique du réseau alternatif basse tension, objet de la présente invention, comprend un circuit résonnant parallèle inséré sur la ligne électrique, dont la fréquence de résonance est voisine de la fréquence centrale de la bande passante des courants porteurs à fréquence moyenne et un circuit d'émission-réception desdits courants porteurs couplés en tension audit circuit résonnant par un circuit de raccor- dément- Il est remarquable en ce que le circuit de raccor¬ dement comprend également une branche de raccordement série permettant d'assurer un couplage en courant du circuit d'émission-réception et de la ligne à la fréquence moyenne et un découplage du circuit d'émission-réception de la li- gne à la fréquence du réseau basse tension.

Le circuit séparateur-coupleur directif objet de l'invention trouve application à la réalisation de systèmes de transmission d'informations par courants porteurs à fré¬ quence moyenne sur les réseaux d'alimentation en énergie électrique basse tension.

Une description plus détaillée d'un circuit sépara¬ teur-coupleur directif, objet de la présente invention, se¬ ra maintenant donnée ci-après en liaison avec les dessins dans lesquels outre les figures la et lb, relatives à des circuits séparateurs-coupleurs de l'art antérieur,

- la figure 2 représente un circuit séparateur- coupleur directif conforme à l'objet de la présente inven¬ tion,

- la figure 3 représente une première variante de réalisation du circuit séparateur-coupleur directif selon

1'invention tel que représenté en figure 2,

- la figure 4 représente un diagramme de couplage d'un enroulement supplémentaire mis en oeuvre dans le mode de réalisation de la figure 3 en fonction de la fréquence, . - les figures 5a et 5b représentent une deuxième variante de réalisation du circuit séparateur-coupleur directif selon l'invention dans laquelle un accroissement de la bande pas-sante aux fréquences moyennes est obtenu.

Une description plus détaillée d'un circuit séparateur-coupleur directif conforme à l'objet de la présente invention sera maintenant donnée en liaison avec la figure 2.

Ainsi que représenté sur la figure 2 précitée, le circuit séparateur-coupleur directif, objet de la présente invention, est destiné à assurer la transmission de courants porteurs à fréquence moyenne sur une ligne électrique du réseau alternatif basse tension.

Il comprend un circuit résonnant parallèle formé par une inductance L, une capacité C e une résistance R ce circuit résonnant étant inséré sur la ligne électrique pré¬ citée. La fréquence de résonance du circuit résonnant pa¬ rallèle est voisine de la fréquence centrale de la bande passante des courants porteurs à fréquence moyenne. En fonctionnement, un circuit d'émission-réception E des cou- rants porteurs est couplé en tension au circuit résonnant par un circuit de raccordement. Conformément à un aspect particulièrement avantageux de la présente invention, le circuit de raccordement comprend également une branche de raccordement série, formée par une inductance Ld et une ca- pacité Cd connectées en série, la branche de raccordement

FEUILLEDEREMPLACEMENT

en série étant connectée directement à un enroulement de l'inductance L et le couplage en tension étant réalisé par couplage mutuel de l'inductance L et de l'inductance L _d . Le circuit d'émission-réception E est alors connecté par un 5 couplage en courant entre la capacité C _d et la tension de référence ou de masse du dispositif et du réseau. La bran¬ che de raccordement en série permet d'assurer un couplage en courant du circuit d'émission-réception E et de la ligne à fréquence moyenne et un découplage du circuit d'émission- 0réception E de la ligne, à la fréquence du réseau basse tension, ainsi qu'il sera expliqué ci-après dans la présen¬ te description.

Selon un aspect particulièrement avantageux du cir¬ cuit séparateur coupleur objet de la présente invention, le 5circuit de raccordement est formé par l'inductance auxi¬ liaire L< _j couplée par inductance mutuelle avec l'inductance L du circuit résonnant parallèle, cette inductance auxi¬ liaire L _â assurant ainsi le couplage en tension du circuit émetteur E au circuit résonnant précité. En outre, une ca- acité auxiliaire C _d assure la liaison entre une première extrémité de l'inductance auxiliaire L< _j et le circuit d'émission-réception E. Enfin un circuit de liaison élec¬ trique continu est prévu entre l'autre extrémité de l'in¬ ductance auxiliaire L< _j et le point milieu de l'inductance L du circuit résonnant parallèle.

Ainsi, le circuit de liaison électrique continu, l'inductance auxiliaire L^ et la capacité auxiliaire C< _j constituent la branche de raccordement en série du circuit d'émission-réception du réseau de distribution d'énergie en basse tension.

Le fonctionnement du circuit séparteur-coupleur di¬ rectif objet de la présente invention peut être résumé de la façon ci-après : A L'EMISSION : L'émetteur est représenté par une force électromo¬ trice E et son impédance interne notée Z^. La tension dis¬ ponible au point g, c'est-à-dire au point d'entrée

du séparateur-coupleur objet de la présente invention, est appliquée au réseau électrique au point c point milieu de l'inductance principale ^" L formant le circuit résonnant pa¬ rallèle intercalé dans le réseau de distribution basse ten- sion. La tension disponible au point g est appliquée au point milieu c précité par l'intermédiaire du condensateur C _d et de l'inductance auxiliaire L _d .

Le condensateur C, _j est choisi de façon à isoler partiellement 1'émetteur-récepteur E des effets dus à la présence de la tension à 50 Hz délivrée par le réseau d'alimentation, le courant dû à la composante à 50 Hz dans la branche de raccordement et en particulier dans 1'impé¬ dance interne du générateur E pouvant alors être rendu in¬ férieur à 150 mA. L'inductance auxiliaire L^ induit dans l'inductance principale L, connectée entre les points a et b représentés en figure 2, une tension à fréquence moyenne V _a - V _c pro¬ portionnelle au courant à moyenne fréquence noté i sur la figure 2. Les extrémités de 1'inductance auxiliaire L^ étant notées respectivement f et e, l'extrémité f étant connectée par la connexion continue au point milieu c de 1'inductance principale L, une composition vectorielle, d'une part, de la tension V _a - V _c et de la tension Vf - V _e , et, d'autre part, de la tension V^ - V _c avec la tension Vf - V _e permet, pour des valeurs convenables en grandeur et en signe des coefficients d'induction et d'induction mutuelle M et no¬ tamment du couplage mutuel M _Q en les deux demi-inductances L _ac et L,,^ de l'inductance principale L, du couplage mutuel M entre d'une part la demi-inductance principale L _ac et l'inductance auxiliaire L^ et d'autre part la demi-induc¬ tance principale L _cj -, et l'inductance auxiliaire L^, d'annu¬ ler la tension résultante à fréquence moyenne- au point b c'est-à-dire à l'entrée du réseau aval, alors que cette tension résultante atteint un maximum au point a c'est-à- dire à l'entrée du réseau amont.

On notera que le circuit séparateur-coupleur objet de la présente invention permet de combiner le couplage en tension et le couplage en courant pour assurer le caractère de directivité précédemment mentionné. On rappellera que le couplage en tension prévaut lorsque l'impédance du réseau est relativement élevée, su¬ périeure à 10 ohms, alors que le couplage en courant est préféré en présence de faibles valeurs de cette impédance, soit inférieure à 5 ohms. On notera également que, même pendant un temps très court, le réseau basse tension fluctue parfois très fortement en matière de valeur d'impédance, de quelques dixièmes à quelques dizaines d'ohms, et on comprend donc que le couplage mixte offre une adaptation particulièrement propice à l'usage envisagé. En outre, le circuit séparateur-coupleur objet de la présente invention permet de conférer à la transmission des courants porteurs un caractère directif dans une large bande de fréquences. En effet, d'une part, il est possible de renforcer jusqu'à + 3dB la puissance émise en direction du réseau amont, et, d'autre part, il est possible d'éliminer, sensiblement avec une atténuation de -20dB, les signaux indésirables provenant du réseau aval. Bien entendu on notera que sur changement du sens d'enroulement relatif de 1'inductance principale L et de l'inductance auxiliaire L^ la directivité de la transmission peut être modifiée vers le réseau aval respectivement le réseau amont.

En définitive le circuit séparateur-coupleur direc¬ tif objet de la présente invention permet d'obtenir une performance notablement accrue, notamment en ce qui concer¬ ne le rapport signal/bruit local, lequel est supérieur à 20 dB.

Le réseau amont basse tension se comporte comme un générateur de force électromotrice e et d'impédance interne Rg. Il délivre une tension V _g et un courant d'intensité i _A

à l'entrée du circuit séparateur-coupleur objet de la pré¬ sente invention.

Tous les phénomènes électromagnétiques mis en jeu dans le coupleur-séparateur objet de la présente invention étant réciproques, les propriétés de directivité et d'adap¬ tation décrites relativement à 1'émission s'appliquent éga¬ lement à la réception en tenant compte du fait que l'impé¬ dance d'entrée Z< _j du récepteur est choisie de façon à pré¬ senter une valeur beaucoup plus importante que celle de l'émetteur, 100 ohms au lieu de 10 ohms par exemple, afin de perturber le moins possible 1'impédance résultante du réseau basse tension. En effet, alors qu'à un instant donné un seul appareil émet, tous les autres sont au contraire placés en position de réception et donc quasiment en paral- lèle.

Le principe de superposition des états d'équilibre appliqué au circuit séparateur-coupleur objet de la présen¬ te invention, tel que représenté en figure 2, relativement au courant i^ circulant dans la demi-inductance L _ac de l'inductance principale L, ±2 circulant dans la demi-induc¬ tance L,,^ de l'inductance principale L, ±2 circulant dans le circuit de raccordement et en particulier dans l'induc¬ tance auxiliaire L^, i circulant dans le réseau aval sym¬ bolisé par une résistance de charge R _c en considération d'une première maille formée par le réseau amont, une im¬ pédance Z' formée par la capacité C constituant le circuit résonnant parallèle et une résistance R' d'atténuation, et le réseau aval, une deuxième maille formée par le réseau amont, la première demi-inductance L _ac de l'inductance principale L, le circuit de liaison électrique continu et le circuit d'émission-réception E compte tenu de son impé¬ dance interne Z< _j , et enfin une troisième maille formée par le même circuit de liaison électrique continu et le circuit d'émission-réception E compte tenu de son impédance interne Zfl, et le réseau aval symbolisé par la résistance de charge R _c permet d'établir l'équation matricielle ci-après :

E ^a ll ^a 12 ^a 13

E ^a 21 ^a 22 ^a 23 i2

-e ^a 31 ^a 32 ^a 33

Dans la relation précitée on notera les valeurs respectives : ^a ll ^{= (R} g'° ⁾ a ₁₂ = (-(R _g +x),-y) ^a 13 = CR _g ⁺ R _c ^+x ' ^v > ^a 21 ⁼ (R _g ,(L/4+2M+M ₀ )Ω) ^a 22 = (-R _g ,(L/4-2M+M ₀ ) ^Q ) ^a 23 ^» (R _c +R _g ,0) a ₃₁ = (Z _d ,(L/4+2M+L _d )Ω-l/C _d 0) a ₃₂ - (x-Z _d ,( ₀ -L _d )Ω+l/C _d Ω) ^a 33 = c- ^(R _c ^{+χ )} -y ⁾ -

Dans les relations précitées on notera que : x et y désignent respectivement la partie réelle et la partie imaginaire de Z' formée par R'//C, Ω désignant la pulsation des courants porteurs.

Les relations précédentes permettent d'établir la condition pour laquelle le couplage est tel que la tension résultant en b est sensiblement annulée alors que la ten- sion atteint un maximum au point a.

Dans un mode de réalisation pratique on notera que le circuit résonnant est un circuit à bande relativement large, ce circuit résonnant présentant un coefficient de surtension Q < 5. Ceci permet d'éviter de recourir à une valeur d'inductance prohibitive vis-à-vis des effets pro¬ duits sur la tension à 50 Hz, une inductance de valeur 5 fois supérieure devant être utilisée pour obtenir la même impédance tampon dans le cas où aucun circuit résonnant ou circuit d'accord n'est utilisé. En outre, l'utilisation d'un circuit accordé à bande relativement large permet de

limiter des effets inhérents à une résonance trop accen¬ tuée, de tolérer une dispersion de l'ordre de ± 30 % des caractéristiques magnétiques et électriques, en particulier des caractéristiques des noyaux magnétiques des inductances utilisées, et enfin d'accepter la transmission correcte de signaux dont le spectre est relativement large, de l'ordre de 10 kHz, lesquels possèdent de bonnes propriétés vis-à- vis des parasites très nombreux et de toute nature encom¬ brant le réseau électrique de distribution. Selon un mode de réalisation, l'inductance auxiliaire L _d et l'inductance principale L du circuit ré¬ sonnant, couplées mutuellement sont formées par un trans¬ formateur à enroulement secondaire à point milieu. Les bor¬ nes de 1'enroulement secondaire sont reliées en série au réseau amont respectivement réseau aval, au niveau des points a et b et en parallèle à la capacité C formant cir¬ cuit résonnant. L'une des bornes de 1'enroulement primaire est connectée par une liaison électrique en continu au point milieu précité. Bien entendu, l'enroulement primaire constitue l'inductance auxiliaire L .

Une description plus détaillée d'une variante de réalisation du circuit séparateur-coupleur objet de la pré¬ sente invention sera maintenant donnée en liaison avec la figure 3. Dans le mode de réalisation précité, la capacité C constituant le circuit résonnant est isolée galvaniquement de la ligne basse tension, la capacité C étant couplée à 1'enroulement secondaire du transformateur à point milieu par 1'intermédiaire d'un enroulement supplémentaire formant inductance supplémentaire L _g . Une telle disposition permet de soustraire le condensateur C et la résistance d'amortis¬ sement R' au courant fort 50 Hz. L'enroulement supplémen¬ taire L _s peut être réalisé en fil fin par exemple.

Toujours afin d'assurer un isolement galvanique avec le réseau à basse tension, un petit transformateur à

pot ou tore en ferrite peut être inséré entre le point g et le point de masse du réseau afin d'assurer la liaison avec le circuit d'émission-réception ainsi que représenté en fi¬ gure 3. Avec un flux de fuite presque nul, il est ainsi possible de traduire correctement dans le secondaire les valeurs très distinctes des impédances de l'émetteur et du récepteur. Un nombre de spires limité permet de réduire encore le transfert de puissance résiduelle à 50 Hz vers le récepteur. L'accroissement de la bande passante par l'utilisa¬ tion d'une résistance d'amortissement, la résistance R', présente l'inconvénient de ne pas modifier l'allure généra¬ le de la courbe de réponse du circuit accordé, ce qui a pour effet de défavoriser relativement les composantes latérales du spectre vis-à-vis de la partie centrale de celui-ci.

Afin de remédier à l'inconvénient précité, la cour¬ be amplitude fréquence du circuit résonnant couplé en ten¬ sion au circuit de raccordement présente deux extrema sen- siblement symétriques par rapport à la fréquence centrale de la bande passante du circuit résonnant, afin de renfor¬ cer la contribution des fréquences latérales du spectre de fréquence vis-à-vis de la fréquence centrale de celui-ci. La courbe amplitude fréquence du circuit résonnant est dans ce cas représenté en figure 4. La courbe à extrema symétri¬ ques précitée est obtenue par couplage surcritique de l'in¬ ductance L, l'inductance auxiliaire L respectivement à l'enroulement supplémentaire L _g . Le transformateur peut être réalisé par un transformateur à circuit magnétique à entrefer large, à pot de ferrite. La courbe précitée est obtenue en ménageant un entrefer d'épaisseur substantielle dans le circuit magnétique. Cet entrefer permet essentiel¬ lement d'exploiter le circuit au mieux des possibilités eu égard au courant à 50 Hz d'intensité > 95 ampères tendant à le saturer. Dans ces conditions, le flux de fuite interne

au pot de ferrite par exemple est alors mis à profit pour découpler partiellement deux circuits accordés, ainsi que représenté en figure 5a, chaque circuit étant accordé sur un demi-circuit magnétique. Le complément de découplage est alors assuré par une connexion électrique précisément ajus¬ tée entre les deux circuits résonnants, tels que représen¬ tés sur la figure 5a précitée. Le circuit résonnant est alors subdivisé en un premier et un deuxième circuit résonnant élémentaire Ll, Cl L2, C2. Chacun est accordé sur une fréquence fl respectivement f2, avec fl < f2, les fréquen¬ ces fl, f2 ayant respectivement sensiblement la valeur correspondante des deux extrema symétriques. Le deuxième circuit résonnant élémentaire est en outre amorti par une résistance de valeur R2 et les bornes du premier et deuxième circuit résonnant élémentaire sont reliées par une capacité de liaison C3, les bornes aval du premier et du deuxième circuit résonnant élémentaire étant reliées par une liaison continue.

Ainsi qu'on l'a en outre représenté en figure 5b, le pot en ferrite comporte avantageusement deux demi- coquilles en forme de E formant un entrefer large au niveau de la zone centrale formée par les deux demi-coquilles assemblées. Le logement périphérique à la zone centrale ainsi formé comporte successivement, à partir de l'axe central de la zone centrale, les enroulements Ll, L2 des premier et deuxième circuits résonnants élémentaires disposés symétri¬ quement par rapport à l'entrefer. L'enroulement de l'induc¬ tance auxiliaire Ld est intercalé entre les enroulements des premier et deuxième circuits résonnants élémentaires. L'enroulement de 1'inductance L du circuit résonnant ou inductance principale vient ensuite sur les enroulements Ll, L2 et Ld.

On a ainsi décrit un dispositif séparateur-coupleur directif particulièrement performant dans la - mesure où celui-ci permet d'assurer un découplage maximum entre le

FEUILLE DE REMPLACEMENT

réseau aval et l'émetteur-récepteur à courant porteur alors que, au contraire, il permet d'assurer un couplage maximum de ce même émetteur-récepteur vers le réseau amont par exemple. Un simple changement de sens d'enroulement d'une bobine sur le circuit magnétique du séparateur-coupleur directif objet de la présente invention précédemment décrit permet d'inverser le sens de la directivité. Au demeurant il est également possible de disposer deux circuits magné¬ tiques complémentés, l'un couplant vers le réseau amont l'autre vers le réseau aval, chacun aboutissant vers un émetteur-récepteur qui lui est propre, sans sortir du cadre de l'objet de la présente invention.