Brevet FR2129909A1 — publié le 19721103

La présente invention est relative, d'une façon générale, aux appareils de régulation électronique d'un paramètre variable tel que la température, la pression ou autre paramètre analogue et concerne plus particulièrement un appareil permettant la commande automatique de générateurs de calories ou de frigories en fonction d'une température affichée au préalable Dans cette application particulière, on connaît déjà des appareils de commande automatique qui, par l'intermédiaire d'un moteur synchrone monophasé agissent directement sur une vanne, des volets ou sur un groupe de bru leurs ou de compresseurs par l'intermédiaire d'un combinateur ou commutateur à cames, ces éléments faisant partie d'une installation de chauffage central, par exemple .Dans ce cas, l'élément sensible à la température est un thermostat électronique qui est placé dans l'ambiance dont la température doit être réglée et qui fournit une tension de commande en fonction de la variation de la température ambiante autour d'une valeur préalablement affichée Pour commander le moteur synchrone monophasé, on utilise alors souvent un relais mécanique qui, par ses deux positions, est capable de commander le moteur de façon qu'il entraîne dans un sens ou dans l'autre l'élément de réglage tel que la vanne, suivant le sens de la variation détectée par l'élément sensible Ces relais mécaniques sont en général relativement sensibles aux perturbations et nécessitent un entretien fréquent du fait de leur fragilité La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient et de remplacer ce relais mécanique par un montage électronique dont le fonctionnement est plus fiable et qui peut être fabriqué sous un volume très réduit comparativement à celui qu'occupe le relais mécanique de la technique antérieure Elle a donc pour objet un régulateur électronique destiné à régler un paramètre variable par rapport à une valeur de consigne fixe comportant un élément de réglage susceptible d'agir sur ledit paramètre par l'intermédiaire d'un organe moteur, des moyens générateurs d'un signal d'erreur par la comparaison de la valeur instantanée dudit paramètre et de ladite valeur de consigne et un circuit de commande reliant lesdits moyens générateurs audit organe moteur pour annuler à chaque instant ledit signal d'erreur, caractérisé en ce que lesdits moyens générateurs comportent un circuit de comparaison et en ce que ledit circuit de commande, dit "relais à balance" comporte un amplificateur différentiel à deux entrées dont l'une reçoit ledit signal d'erreur et dont l'autre entrée est reliée au curseur d'un potentiomètre couplé mécaniquement à l'arbre dudit moteur et relié à une source de tension de telle sorte qu'à chaque instant, les signaux appliqués aux entrées dudit amplificateur différentiel tendent à s'égaliser . D'autres caractéristiques de l'invention résulteront de la description qui va suivre Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple la Fig. 1 est un schéma sous forme de bloc d'un régulateur électronique d'un paramètre suivant l'invention, le paramètre étant, à titre d'exemple, la température la Fig. 2 est un schéma de détail de ce régulateur la Fig.3 montre un schéma d'ensemble d'une installation de chauffage central dans laquelle est utilisé le régulateur suivant la Fig. 1 la Fig. 4 montre le régulateur incorporé dans le boîtier du moteur de commande Suivant le mode de réalisation représenté aux Fig., le régulateur destiné à la commande de la température dans une ambiance donnée comprend un thermostat électronique 1 qui est connecté à un relais électronique dit "â balance" 2 commandant lui-même un moteur électriaue 3 qui est connecté mécaniquement à l'eldment à régler non représenté) . Ce dernier peut être une vanne ou autre dispositif analogue .Ce moteur est couplé également à un potentiomètre 4 qui engendre une grandeur de réaction sur une ligne 5, le signal ainsi obtenu étant réinjecté dans le relais à balance 2 . I1 est également prévu un dispositif d'alimentation 6 qui fournit une sortie en courant continu au thermostat 1 et au relais 2, et une sortie en courant alternatif au moteur asynchrone Comme on le voit plus particulièrement sur la Fig. 2, le thermostat électronique qui est réalisé sous la forme d'un circuit de comparaison comprend une thermistance 7 faisant partie d'une sonde de température placé dans l'ambiance à surveiller. Cette thermistance présente un coefficient de température négatif et sa plage de variation est rendue linéaire par l'adjonction d'une résistance R1 qui est montée en parallèle avec elle .La variation ohmiaue de la thermistance est de la forme Th =a-T, dans laquelle a est la valeur nominale de la thermistance, B est le coefficient de température qui, dans le cas présent, est négatif et T est la température La thermistance est montée en série- avec la résistance R2 une résistance R3 et un potentiomètre P1 .Le diviseur de tension ainsi formé est connecté entre deux lignes d'alimentation 8 et 9 qui sont reliées resepctivement aux pôles positif et négatif de la sortie de courant continu de la source d'alimentation 6 La résistance R2 et le potentiomètre P1 forment ensemble un composant résistif de réglage qui permet de faire varier la température de consigne d'une température T1 à une température T2 et d'équilibrer la valeur ohmique de la thermistance 7 dans cette plage . I1 en résulte que la somme des valeurs du potentiomètre P1 et de la résistance R2 doit être égale à a + BT ( avec BT La résistance R3 est insérée dans le circuit pour obtenir au choix un décalage de la plage de réglage de la thermistance 7, la température affichée pouvant être ainsi modifiée d'une certaine valeur fixe à l'aide de l'interrupteur I1 qui permet de courtcircuiter cette résistance . La jonction entre la résistance R2 et la thermistance 7 est connectée à l'entrée d'un amplificateur différentiel comportant deux transistors NPN T1 et T2 dont les émetteurs sont connectés à la ligne d'alimentation 8 par l'intermédiaire d'une résistance R4 servant à régler le courant de collec teur de l'amplificateur . Une résistance R5 qui est montée entre la ligne d'alimentation 9 et le collecteur du transistor T2 détermine le point de fonctionnement de l'amplificateur . Le collecteur du transistor T1 est directement connecté à la ligne d'alimentation 9 . La base du transistor T2 est reliée à un point. de jonction d'un diviseur-de tension constitué par une résistance R6, une résistance R7 et un potentiomètre P2, ce diviseur étant destiné à équilibrer le montage du thermostat par rapport au diviseur de tension formé par le potentiomètre P1, les résistances R2 et R3 et la thermistance 7 La base du transistor T2 sert également comme sortie de l'amplificateur, le signal apparaissant sur la jonction d'une résistance R8 et d'un condensateur C1 montésen série entre la base du transistor T2 et la ligne d'alimentation 9 pour éliminer les ondulations susceptibles d'apparaître à la sortie de l'amplificateur Ce signal de sortie est transmis au relais à balance électronique 2 qui comprend essentiellement un amplificateur différentiel à deux étages à transistors .Ce montage comprend deux transistors PNP T3 et T4 qui sont montés de manière à former un préamplificateur . Une résistance Rg montée entre la ligne d'alimentation & et les émetteurs des transistors T3 et T4 qui sont reliés ensemble sert à régler le courant de collecteur qui s'écoule dans le préamplificateur formé par les transistors T3 et T4 .Deux résistances R10 et R11 connectés respectivement au collecteur des transistors T3 et T4 forment les résistances de charge du préamplificateur La base du transistor T4 est connectée au curseur d'un potentiomètre P3 qui est monté en série avec des résistances R12 et R13, l'ensemble du diviseur de tension ainsi formé étant relié entre les lignes d'alimentation 8 et 9 Les résistances R12 et R13 sont calculées de manière que le potentiomètre P3 puisse équilibrer la tension du signal délivré par le thermostat électronique dans la plage de réglage des températures, cette tension apparaissant sur la jonction de la résistance R et du condensateur C1 Comme on le verra dans la suite, le 8 potentiomètre P3 constitue l'élément de réaction du montage Les collecteurs des transistors T3 et T4 sont reliés respectivement par l'intermédiaire de résistances R14 et R15 aux bases de transistors respectifs T5 et T6 qui forment le deuxième étage du relais à balance 2 . Les circuits émetteur-collecteur de ces transistors sont reliés entre les lignes 8 et 9 avec insertion des résistances R16 et R17 respectivement . Les collecteurs des transistors T5 et T6 sont reliés aux électrodes de commande respectives de triacs T7 et T8 qui sont connectées de la façon suivante Le moteur de commande 3 qui est du type classique synchrone monophasé est alimenté par la sortie de courant alternatif de la source d'alimentation 6 et par l'intermédiaire des triacs T7 et T8, chacun de ces deux composants étant affecté à un sens de rotation du moteur .Les triacs sont reliés aux enroulements E1 et E2 du moteur par l'intermédiaire d'interrupteurs de fin de course I2 et I3 respectivement La source d'alimentation 6 est de type classique et ne sera donc pas décrite en détail Le fonctionnement du montage décrit jusqu'ici est le suivant Lorsque la température ambiante dans l'atmosphère à régler est égale à la valeur affichée par le potentiomètre P1, les tensions sur les bases des transistors T1 et T2 sont ideniiques et il en résulte une tension de collecteur du transistor T2 égale à une valeur VO Si la température ambiante diminue, la valeur ohmique de la Thermistance Th augmente, de sorte que la tension de base du transistor T1 augmente par rapport à celle de la ligne 8 .Le transistor T1 tend donc à se bloquer, ce qui fait que le courant de collecteur du transistor T2 augmente, de sorte que la tension sur le collecteur du transistor T2 augmente également, et prend une valeur V1 qui est supérieure à VO. Inversement, si la température ambiante augmente, la valeur ohmique de la thermistance 7 diminue, ce qui entraîne une diminution de la tension de collecteur du transistor T2 jusqu'à une valeur V2 qui est inférieure à V0 Si la tension apparaissant sur le collecteur du transistor T2 est égale à V0, les tensions appliquées aux bases des transistors T3 et T4 ont la même valeur , les résistances R12 et R13 et le potentiomètre P3 étant calculés en conséquence Dans ce cas, les courants de base des trånsistors T3 et T4 3 du préamplificateur du relais 2 sont égaux et les tensions aux bornes des résistances R10 et R11 sont égales . Les résistances R14 et R15 sont de valeurs telles crue les courants de base des transistors T5 et T6 soient suffisants pour saturer ces transistors . I1 en résulte que les triacs T7 et T8 sont bloqués, puisque leur courant d'électrode de commande est égal à zéro Si la tension apparaissant sur la base du transistor T3 vient à changer par rapport à la valeur V0, il apparaît une différence entre les tensions de base des transistors T3 et T4. Si la tension de base du transistor T3 est supérieure à la tension délivrée par le curseur du potentiomètre P3, le courant de base du transistor T4 diminue,ce qui diminue également le courant de collecteur de ce transistor Simultanément, le courant de collecteur T3 augmente, en raison du fait que le courant total du préamplificateur passant par la résistance R9 est pratiquement constant . I1 en résulte que la tension aux bornes de la résistance R11 tend vers zéro, de sorte que le transistor T6 tend à se bloquer, ce qui fait que le triac T8 se sature en raison du fait que le courant de l'électrode de commande de ce dernier n'est limité que par la résistance R17 . Naturellement, dans le cas inverse, c'est le triac T7 qui se sature, et le triac T8 reste bloqué Le conducteur de l'un ou l'autre des triacs T7 et T8 fait circuler un courant dans l'enroulement correspondant E1 ou E2 du moteur 3 . Ce dernier, en tournant, modifie la position de l'élément de réglage tel qu'une vanne, de façon à tendre à rétablir la valeur de consigne de la température affichée .Le moteur entraîne en même temps le curseur du potentiomètre P3 Du fait de la modification des positions de l'élément de réglage d'une part et du potentiomètre, d'autre part, le signal d'erreur est progressivement réduit pour être finalement annulé lorsque le curseur P3 appliqué une tension à la base du transistor T4 égale à celle que reçoit la base du transistor T3 Sur la Fig. 3, on a représenté un exemple de réalisation dans lequel on a utilisé un régulateur suivant les Fig. 1 et 2, pour commander une installation de chauffage central d'une villa, par exemple . Les calories nécessaires au chauffage de la villa sont produites par une chaudière C, fournissant par exemple 20 kcal par heure, et dont la température d'eau de départ est d'une valeur T1 constante .La chaudière débite de l'eau chaude dans un circuit qui comprend une vanne de réglage V à trois voies, dont l'obturateur est couplé à l'arbre du moteur 3, le moteur étant lui-même commandé par un régulateur R suivant les Fig. 1 et 2 , composé du thermostat 1, du relais 2, du potentiomètre 4 et de la source d'alimentation 6 .Une pompe d'accélération P est montée en aval de lavande V et débite dans un certain nombre de radiateurs RA qui sont répartis dans la villa . I1 est prévu un circuit de retour CR qui aboutit dans le raccord de retour de la chaudière C et un branchement de dérivation connecté entre ce circuit de retour RC et la vanne de réglage V Cette installation permet d'avoir dans les radiateurs un débit constant et une température variant de la température ambiante de la villa jusqu'à la température T1 en fonction de la position de la vanne V En supposant que l'équilibre est réalisé, la température ambiante dans la pièce dans laquelle est disposé le thermostat électronique 1 est égale à la température affichée sur le potentiomètre P1, la tension de commande délivrée par le thermostat électronique 1 sur la base du transistor T3 étant égale à V0 La vanne V, associée au moteur 3, se trouve donc dans une posi tion telle que le potentiomètre P3 du diviseur de tension R2, P3, R13 du relais à balance 2 délivre une tension dont la valeur est égale à Vg Si la température ambiante vient à changer, par exemple sous l'influence d'un abaissement ou d'une élévation de la température extérieure à la villa, le thermostat électronique 1 délivre une tension V1 qui est supérieure ou inférieure à la valeur V0 La tension du potentiomètre P3 n'ayant pas changé, il apparaît sur la base du transistor T3 une tension différentielle qui est amplifiée par ce dernier et qui commande le moteur 3 par l'intermédiaire de l'un ou l'autre des triacs jusqu'à ce que le potentiomètre P3 fournisse une tension V1 égale à la tension d'entrée V1 du relais à balance Dans ces conditions, la vanne V se trouve dans une nouvelle position et laisse passer une quantité supérieure ou inférieure de calories pour maintenir la température de consigne D'après la description détaillée ci-dessus, on voit qu'aucun réglage n'est nécessaire pour que l'ensemble de l'installation fonctionne d'une façon satisfaisante .Le thermostat électronique 1 réagissant sur une différence de température ambiante par rapport à la température affichée très faible, on peut disposer d'un équilibre quelle que soit la position de la vanne V, c'est-à-dire la chaîne de régulation de l'installation de chauffage fonctionne sans réglage préalable depuis une demande de calories pratiquement nulle, jusqu'à la puissance maximale de la chaudière . Sur la Fig. 4, on voit que l'ensemble du moteur 3 et du relais à balance peut être logé de façon très compacte, dans un boîtier unique B pouvant être monté directement sur la vanne de réglage V de la Fig. 3 . On voit que le circuit électronique est monté sur une plaquette de circuit imprimé entourant le moteur 3. Le thermostat électronique 1 peut être placé dans l'ambiance à surveiller et être relié par câble au relais à balance 2 I1 est à noter que dans la description ci-dessus, la variable qui est réglée par le régulateur suivant l'invention est la température . Bien entendu, on peut régler d'autres paramètres à l'aide du régulateur tels que la pression, l'humidité, un déplacement ou d'autres paramètres . REVENDICATIONS 1. Régulateur électronique destiné à régler un paramètre variable par rapport à une valeur de consigne Pixe comportant un élément de réglage susceptible d'agir sur ledit paramètre par l'intermédiaire d'un organe moteur, des moyens générateurs d'un signal d'erreur par la comparaison de la valeur instantanée dudit paramètre et de ladite valeur de consigne et un circuit de commande reliant lesdits moyens générateurs audit organe moteur pour annuler à chaque instant ledit signal d'erreur, caractérisé en ce que lesdits moyens générateurs comportent un circuit de comparaison (1) et en ce que ledit circuit de commande (2), dit "relais à balance" comporte un amplificateur différentiel (T3, T5, T7, T4, T6, T8) à deux entrées dont l'une reçoit ledit signal d'erreur et dont l'autre entrée est reliée au curseur d'un potentiomètre couplé mécaniquement à l'arbre dudit moteur (3) et relié à une source de tension (6) de telle sorte qu'à chaque instant, les signaux appliqués aux entrées dudit amplificateur différentiel tendent à s'égaliser 2. Régulateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit amplificateur différentiel comporte deux branches affectées respectivement auxdites entrées et comportant chacune un préamplificateur constitué d'un ou de plusieurs transistors (T3, T5 ou T4, T6) attaquant un triac (T7 ou T8) qui est, à son tour, monté dans le circuit d'alimentation dudit moteur (3) 3.Régulateur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les premiers étages (T3 et T4) desdits préamplificateurs ont une résistance de collecteur commune (Rg) 4. Régulateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit de comparaison (1) comporte un amplificateur différentiel (T1, T2) à deux entrées, dont l'une reçoit un signal issu d'un diviseur de tension composé, d'une part, d'un potentiomètre (P1) et, d'autre part, d'un élément résistif (7) dont la valeur est fonction de la valeur instantanée dudit paramètre, l'autre entrée recevant un potentiel fixe ajustable issu d'un deuxième diviseur de tension (R6, R7, P2) 5.Régulateur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que ledit élément résistif (7) est une thermistance et ledit paramètre est la température, la thermistance étant placée dans une ambiance à surveiller 6. Régulateur suivant l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit potentiomètre (P1) est monté en série avec une résistance fixe (R3) permettant de décaler la plage d'affichage de ladite valeur de consigne, par l'interme- diaire d'un interrupteur (I) 7.Régulateur suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'amplificateur différentiel dudit circuit de comparaison comporte deux transistors dont les bases forment les entrées et dont les collecteurs sont reliés à une résistance commune (R4) connectée a une source de tension (6). 8. Régulateur suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que les deux diviseurs de tension (P1, R2, 7 et R67 R77 P2) sont relies à une même source d'alimentation (6) 9. Installation calorifique ou frigorifique comportant un moyen d'absorption ou de production de calories et un circuit de circulation débitant ou prélevant de la chaleur à une ambiance, caractérisée en ce qu'elle comprend un régulateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8 10. Installation suivant la revendication 9, dans laquelle il est prevu comme élément de réglage une vanne à trois voies montée dans ledit circuit de circulation, caractérisée en ce que ledit circuit de commande (2) est associé audit moteur (3) comme un ensemble monobloc pouvant être monté directement sur ladite vanne