Brevet FR2010625A1 — publié le 19700220

Cette invention concerne un appareil de conditonnement servant à la commande d'un moyen de changement d'état ou de condition pour maintenir cet état à un niveau donné. Le moyen de changement d'état pourrait être une installation de chauffage et/ou de re-5 froidissement utilisée pour maintenir à une valeur donnée la température d'un espace clos. L'invention permet de réaliser un appareil de conditionnement commandant un moyen de changement d'état pour maintènir un état à un niveau donné, cet appareil comprenant un moyen pouvant 10 être commandé électriquement et sensible audit état, agencé de façon à délivrer tua premier signal de sortie lorsque .l'état dépasse le niveau fixé et à délivrer tin second signal de. sortie lorsque ledit état est inférieur au niveau fixé, un moyen de commutation bistable pouvant être commandé électriquement et couplé audit 15 moyen sensible à l'état et agencé de façon à prendre un premier au un second état stable correspondant audit premier ou au second signal de sortie du moyen sensible à l'état, un moyen d' intégration à commande électrique agencé de façon à être connecté à une source d'énergie électrique, et tm élément à seuil de tension de 20 déclenchement connectant ledit moyen d^intégration au dit moyen sensible à l'état, de sorte que ce dernier est rendu périodiquement actif. D'autres caractéristiques et avantages de 1rinvention ressor-tiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation 25 préféré de l'appareil ci-dessus, description donnée à titre d'exemple uniquement et en se référant aux dessins annexés dans lesquels : Figure 1 est un schéma d'une installation complète de commande de température où le système de commande est constitué par 50 un thermostat, une base secondaire, une charge de chauffage, une charge de refroidissement et une alimentations et figure 2 est un schéma partiel qui représente l'installation avec une charge de chauffage seulej La figure 1 représente une installation de commande de tera- 55 pérature de chauffage et de refroidissement. Un moyen 10 sensible la température, à l'état considéré c'est-à-dire/constitué par un thermostat, est monté sur une base secondaire II à laquelle il est connecté, cette base étant reliée à une alimentation en énergie électrique 12. L'alimentation 12 comporte tm primaire 15 de transformateur, pri-40 maire qui est relié à une source de courant alternatif non repré- V BAD original ! 69 11633 2 2010625 sentêe. Un enroulement secondaire abaisseur de tension 14 délivre la puissance à l'installation. Un conducteur 15 de l'enroulement secondaire 14 traverse la base secondaire 11 et -est relié au moyen sensible à l'état* ou thermostat tO-. L*autre extrémité de 5 11 enroulement î4 est connectée au conducteur 16. Le conducteur 16 est connecté par un conducteur 17 à charge de chauffage 18 qui peut être un dispositif" quelconque d'activation thermique « Le conducteur 16 est également connecté au conducteur 20 qui, à son tour, est connecté à une charge de ventilation 2Î qui est 10 normalement le relais d'un ventilateur pour une charge de refroidissement. Le conducteur 16 est de plus connecté par le conducteur 22 à une charge de refroidi ssement 23« La charge de chauffage 18, la charge de ventilation 21, et la charge de refroidis» sement 23 sont -un système classique de commande de température. 15 Le conducteur 16 est connecté à im autre conducteur 24 qui constitue un second conducteur principal de puissance vers le thermostat 10. Les conducteurs 15 et 24 traversent la base secondaire 11 pour alimenter une diode 25, un condensateur 26 et une résistance 27. La diode 25* le condensateur 26 et la ré si s -20 tance 27 forment, un intégrateur. Le courant qui passe entre les conducteurs 15 et 24 à travers la diode 25 charge le condensateur 26 et est limité par la résistance 27 de façon que le condensateur 26- se charge à une vitesse relativement lente. - La tension aux bornes du condensateur 26 est délivrée par 25 les conducteurs 30 et J1 à un circuit 32 sensible à l'état considéré. Le conducteur 30 passe par une paire ù'enroulement 33 et 34 de relais polarisés. Les enroulements de relais 33 et 34 sont connectées en 35 pour actionner un cosasEïtateur unipolaire à deux directions 36,» qui comporte les contacts fixes 37 et 38 et l'élé-30- ment mobile 39" Ce dernier élément est de rature magnétique et est associé à. un aimant psrajaaent. (non représenté} pour maintenir l'élément mobile 39 dans la position dans laquelle II aura été placé par l'excitation des enroulements 33 et 34. 0s relais polarisé est d'un type courant à deux enroulements et, dans le sens 35 le plus larges constitue un commutateur Mstable. Le conducteur 30 est connecté à la Jonction 41 à un eonduc- éléinent 45 a teur 42 qui est connecté à son. fcoui; à im/usuil de tension de déclenchement constitué par uns diode à quatre couches. Cet élément 43 est d'un type classique tel qu'une diode à quatre couches, un 40 tube à gas ou autre dispositif ayant une tension de seuil de BAD ORIGINAL 69 11633 3 201062S conduction et ensuite un état librement conducteur. A son tour, la diode à quatre couches est connectée, par le conducteur 44, à un circuit en pont classique 45. Ce circuit en pont 45 comprend un amplificateur différentiel comprenant une paire de transistors 5 46 et 47 qui conduisent par l'intermédiaire d'un circuit commun 48. Les transistors 46 et 47 conduisent par l'intermédiaire d'une paire de résistances 50 et 51. Lorsque la conduction des transistors 46 et 47 est équilibrée, il n'y a plus de différence, de tension entre les conducteurs 52 et 53- Lorsque le pont 45 -est désé-10 quilibré, les transistors 46 et 47 conduisent de façon inégale et il y a une différence de tension entre les conducteurs 52 et 53. Pour utiliser cette différence de tension, une paire de transistors 54 'et 55 ont leurs circuits d'émetteur et de base connectés par les conducteurs 52 et 53, ce qui amplifie ainsi toute diffé-15 rence de tension. Lorsque la différence de tension est suffisamment grande entre les conducteurs 52 et 53.» un seul des transistors 54 et 55 sera amené à lfétat conducteur. Lorsque le transistor 55 est conducteur , une tension apparaît aux bornes de la résistance 57. La conduction à travers les résistances 56 et 57 va 20 au conducteur commun 58 qui est connecté à son tour au conducteur 31. On remarquera que les résistances 56 et 57 se trouvent dans le circuit de déclenchement d'une paire de redresseurs commandés au silicium 60 et 61. Le redresseur commandé au silicium 60 a un 25 circuit cathode - anode qui comprend le conducteur 62 connecté à l'enroulement 34. Le circuit cathode-anode du redresseur commandé au silicium 61 est connecté par le conducteur à l'enroulement 33« Une paire de diodes 64 et 65 sont respectivement connectées aux bornes des enroulements 34 et 33. 50 Un réseau de résistances connecte la base du transistor 46 au conducteur 31 et comprend une résistance sensible à la température ou capteur 66, constitué par un thermistor à coefficient négatif de température et un potentiomètre 67 qui joue le rôle de résistance de valeur de consigne. Un potentiomètre d'étalonnage 55 68 est connecté entre la base du transistor 47 et le conducteur 31. Une paire de condensateurs JO et 71 sont connectés entre les portes des redresseurs commandés au silicium 60 et 61 et le conducteur 31 pour shunter les tensions transitoires. Une ligne brisée indiquée en 72 entoure les composants à 40 l'état solide, les résistances et les conducteurs qui constituent t bad original 69 11633 2010625' une portion du circuit". Lsensemble 72 peut être incorporé dans un circuit intégré à semiconducteurs ou peut être constitué par des composants discrets» L'équilibrage du circuit du moyen sensible à la tempéra-5 ture ou thermostat 10 comprend une résistance de chauffage à action anticipatrice 75 connectée entre le conducteur 24 et une borne 76. Une résistance de refroidissement- à action anticipatrice 77 est connectée entre le contact 37 et l'élément mobile 39 du relais polarisé. 10 La base secondaire 11 comprend un moyen de commutation 80 qui doit être fermé lorsque l'on désire le refroidissement et un moyen de commutation 81 qui doit être fermé lorsque l'on désire le chauffage. Egalement dans la base 11 est prévu un commutateur manuel 82 pour .commander le mode de fonctionnement du 15 ventilateur. La base 11 est représentée avec les commutateurs de chauffage et de refroidissement tous deux en position ouverte, plaçant ainsi l'installation en condition inactive. Dans la figure 2 est représentée une disposition simplifiée dans laquelle-la base 11 a été enlevée et où seule est représentée la connexion au thermostat 10 et à la charge de chauffage. La fonction et l'agencement de- la figure 2 est la même que celle de la figure 1 . Par commodité, les mêmes références ont été utilisés dans les figures 1 et 2 ce qui permet de les comparer. Si l'installation représentée à la figure 1 doit être uti-25 Usée pour la commande de la charge de chauffage 18, le moyen de commutation 81 est fermé, connectant ainsi la:charge de chauffage 18, par l'intermédiaire de la base 11, au thermostat 10. On suppose d'abord que le thermostat satisfait aux conditions, c'est-à-dire que le thermistor à coefficient négatif de température 66 30 détecte une. température approximativement égale à celle à laquelle a été réglée la résistance de point de consigne 67. Le pont 45 est alors équilibré et il n'y a pas de différence de potentiel aux conducteurs 52 et 53« A ce moment là, 1'enroulement 14 du transformateur 12 est connecté aux bornes du circuit intégrateur cons-35 titué par la diode 25, le condensateur 26 et la résistance 27. La diode 25 permet au condensateur 26 de se charger chaque fois que la diode 25 laisse passer le courant. La résistance 27 a été choisie suffisamment grande pour limiter le courant qui traverse le circuit intégrateur de la diode 25, du condensateur 26 et de la 4o résistance 27 de sorte yu-a le uoiadenss.veux- 26 ne se charge que dAD ORIQjNAL 69 11633 5 2010625 légèrement pendant chaque période du courant alternatif appliqué. La tension sur le condensateur 26 est appliquée aux bornes de l'élément 43 et du pont 45. Le pont 45 est supposé équilibré de sorte que lorsque la tension aux bornes du condensateur 26 atteint 5 un niveau suffisant pour obtenir la conduction brusque de lfélé-ment 43, la conduction à travers les résistances 50 et 51 est identique et les transistors 54 et 55 sont bloqués. Par conséquent les redresseurs commandés au silicium 60 et 61 sont également bloqués et il ne passe pas de courant dans les enroulements 33 et 34. 10 Le choix de l'élément 43 est tel qu'il déchargera le condensateur 26 à des intervalles d'environ 6 à 8 secondes. Si l'on suppose maintenant que la température détectée par le thërmistor à coefficient négatif de température 66 diminue, demandant ainsi un surcroît de chaleur à la charge thermique 18, 15 le pont 45 devient déséquilibré. Dès que la conduction s'établit dans l'élément 43* appliquant ainsi la tension au pont 45, il apparaît une différence d*intensité à travers les résistances 50 et 51, provoquant la conduction du transistor 54. Le déséquilibre du pont provoque la conduction du transistor 54 et il apparaît line 20 tension aux bornes de la résistance 56, et si l'amplitude de la tension est suffisante, le redresseur commandé au silicium 60 conduira. Lorsque ce redresseur commandé au silicium conduit, le courant passe à travers l'enroulement 34 du relais polarisé. Une impulsion d'énergie'provenant du condensateur 26 traverse 1renroule-25 mentit et le redresseur commandé au silicium 60 décharge fortement le condensateur 26. L'enroulement 34, par lrintermédiaire de la connexion 35* agit sur l'élément mobile 39 du moyen à contact de commutation 36 et fait déplacer le contact 39 pour qu'il appuie sur le contact 38 pour fournir le courant par l'intermédiaire du 30 contact de chauffage 81 de la base 11. Ceci connecte la charge de chauffage 18 au conducteur 15 fournissant ainsi l'énergie nécessaire au fonctionnement de cette dernière. Si l'on suppose que la charge de chauffage 18 est un four et que la chaleur est fournie à la zone dans laquelle se trouve installé le thermostat 10, 35 ce dernier répond à la chaleur. Pendant la période où le thermostat 10 répond, il reçoit des impulsions toutes les 6 à 8 secondes sous l'action de la décharge du condensateur 26 à travers l'élément 43. Cette décharge parcourt chaque fois le redresseur commandé au silicium 60 mais ne modifie pas la position de l'élément 40 de contact 39. Ce régime d'impulsions continuera jusqu'à ce que -, * h QB\vàù"4M- 69 11633 6 2010625 le bhermlstor 66 remette en' équilibre le pont 45. Le ré-équilibrage du pont 45 ne modifie pas la position de l'élément de commutation 39 et la charge de chauffage 18 continue à fonctionner. Dès que cette charge de chauffage 18 fait monter la tempéra-5 ture au voisinage du thermistor 66 légèrement au-dessus de la température du point de consigne, le pont 45 est déséquilibré en sens opposé à celui du déséquilibre primitif. Ce léger déséquilibre en sens opposé rend alors conducteur le redresseur commandé au silicium 61. Dans ce cas, ce redresseur conduit par l'inter-10 médiaire de l'enroulement 33 de façon à faire déplacer l'élément 39 vers le contact 37. Ceci ouvre le circuit de la charge de chauffage 18 qui est désactivée. Toute autre impulsion de l'élément de relais 39 par suite de la conduction du redreisseur commandé au silicium 61 ne modifie pas la position de l'élément 39» 15 II apparaît donc que le relais polarisé ou le moyen dé commutation bistable ne se déplace qu'une fois et reste ensuite dans la position dans laquelle il a été mis jusqu'au moment où le pont 45 se ré-équilibre tout d'abord, puis se déséquilibre en sens opposé du sens de déséquilibre original. 20 Si l'on, désire le refroidissement au lieu du réchauffage, le moyen de commutation 80 est fermé, à la place de 8t. Dans ce cas, la charge de refroidissement 23 est connectée à travers la base 11 au thermostat 10 et l'installation fonctionne de façon à exciter la charge de refroidissement 23 lorsque l'élément 39 25 appuie contre le contact 37 et pour désactiver cette charge 23 lorsque l'élément 39 appuie contre le contact 38. Le commutateur de ventilateur 82 peut être laissé dans la position représentée, position dans laquelle la charge de ventilation 21 ne fonctionne que lorsque le commutateur 39 est en contact avec le contact 37. 30 Le commutateur de ventilateur 82 pourrait être placé dans la plus basse des positions représentées dans la figure 1 et exciterait alors en permanence la charge de ventilation 21 en branchant cette dernière directement aux bornes de 1'enroulement 14 du trans formateur 12. 35 Dans la figure 2.s la base 11a été enlevée et seule est représentée une charge de chauffage 18. Le moyen de commutation bistable de 1'invention comprend alors un commutateur 36'unipolaire à une direction. Le fonctionnement de l'installation représentée à la figure 2 est semblable à celle de la figure 1 et 69 11633 7 2010625 ne sera pas décrit. L'invention est unique par le fait que le condensateur 26 ne délivre une tension (d'excitation) à travers l'élément 43 qu'à intervalles périodiques. Avec le régime d'impulsion du pont 5 45 toutes les 6 à 8 secondes, la dissipation de puissance dans le thermostat 10 est excessivement basse. Ceci empêche le thermostat d'être affecté par la chaleur dissipée à l'intérieur de son boîtier. Egalement le fait que le condensateur 26 est déchargé périodiquement à travers l'élément 43 élimine les effets in-10 désirables des transitoires du secteur qui pourraient être appliquées au transformateur 12. S'il existe une légère augmentation ou diminution de la tension du secteur* le seul effet sur l'installation est que le condensateur 26 se charge à un rythme plus rapide ou plus lent. Ceci ne modifiera pas le fonctionnement 15 de l'installation. Ègalemént s'il se produit une variation transitoire de la tension du secteur, ceci changera simplement le rythme des impulsions et n'affectera pas le fonctionnement de l'installation. L'invention représentée à la figure 1 peut être adaptée 20 à la commande d'une installation de chauffage et de refroidissement dans laquelle un commutateur unipolaire à une direction 36' fait partie de l'élément de commutation bistable comme le représente la figure 2. Ceci est réalisé par l'utilisation d'un inverseur connecté entre les enroulements 33 et 34 et les conducteurs 25 62 et 63 de façon que ces connexions puissent être inversées. Un tel inverseur peut être incorporé dans la base 11. bad O 69 11633 2010625 • BBlOaSPIgAglOBB - 1, Appareil de commande de cond itiormement pour commander un moyen de changement d'état de façon à maintenir un état à un niveau donné, cet appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend 5 un moyen sensible à l'état et pouvant être actionné électriquement et agencé de façon à délivrer un premier signal de sortie lorsque ledit état se trouve au-dessus du niveau donné et à délivrer un second signal de sortie lorsque ledit état se trouve au-dessous du niveau donné, un moyen de commutation bistable ■LO pouvant être commandé électriquement et couplé au moyen sensible à l'état et agencé de façon à prendre un premier ou un second état stable correspondant audit premier signal de sortie ou au second du moyen sensible à l'état, un moyen d'intégration pouvant être commandé électriquement et connectable à une source 15d» énergie électrique, et un élément à seuil de tension de déclenchement connectant ce moyen intégrateur au moyen sensible à l'état, ce qui permet de rendre ce dernier périodiquement en état de fonctionner. 2. Appareil de conditionnement suivant la revendication 1, 20 caractérisé en ce qu'il comprend un premier commutateur à l'état solide qui applique le premier signal de sortie du moyen sensible à l'état au commutateur bistable, et un second moyen de commutation à l'état solide qui applique le second signal de sortie du moyen sensible à l'état au moyen de commutation bistable. 25 3. Appareil de conditionnement suivant la revendication 2 caractérisé en ce que le moyen de commutation bistable est un relais polarisé dont le moyen de commutation est adapté à la commande du moyen de changement d'état par ses deux enroulements dont l'un est excité par ledit premier moyen de commutation à 30 l'état solide et dont l'autre est excité par ledit second moyen de commutation à l'état solide» 4-. Appareil de conditionnement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ledit moyen sensible à l'état est un pont dont un élément de circuit est sensible à 35 l'état® 5. Appareil de conditionnement suivant l'une quelconque des. revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le dit moyen intégrateur est un condensateur agencé de façon à être connecté à une source de courant électrique alternatif au moyen d'un circuit 4o série, comportant une résistance et une diode 1 /*q bad original 11633 9 2010625 6 - Appareil de conditionnement suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le dit élément à seuil de tension est une diode à quatre couches. . _ 7 - Appareil de conditionnement suivant la revendication 4 caractérisé en ce qu'il comprend un amplificateur différentiel à l'état solide dont une entrée est connectée au pont, avec une première sortie connectée au premier moyen de commutation à l'état solide et une seconde sortie connectée au second moyen de commutation à l'état solide. BAD ORIGINAL