Brevet FR2301909A1 — publié le 19760917

L'invention a trait à un ensemble relais à seuil, destiné à la commutation d'intensités élevées dans une charge alimentée par un réseau de distribution électrique en réponse à un signal analogique. Le problème se pose souvent de mettre sous tension une charge consommant plusieurs dizaines d'ampères en réponse au passage d'une grandeur physique par un seuil. C'est par exemple le cas du branchement d'un dispositif de chauffage électrique lorsque la température s'abaisse en dessous d'une valeur donnée, de l'enclenchement d'un réseau d'éclairage lorsque l'éclairement ambiant se réduit, etc... Pour détecter les variations de la grandeur physique en cause, il est courant d'utiliser des capteurs qui donnent en sortie un signal électrique image de la grandeur physique, comme des résistances à coefficient de température, des photorésistances et analogues. On détecte généralement le seuil d'enclenchement avec une bascule à seuil disposée à proximité du capteur et agissant sur un dispositif de commutation de puissance.Ce dispositif de commutation de puissance ou interrupteur ne doit pas perturber le fonctionnement du capteur. On utilise parfois un relais électromagnétique piloté par un transistor commutant un courant continu dans l'enroulement d'excitation du relais. I1 est nécessaire alors de prendre des précautions pour protéger le transistor contre les surtensions aux bornes de l'enroulement inductif. Par ailleurs les transistors travaillant généralement à tension relativement basse, le courant continu commuté par le transistor est relativement important. On est donc obligé de prévoir une alimentation continue relativement puissante et la consommation du dispositif n'est pas négligeable et peut donner lieu à des échauffements perturbateurs. On a utilisé des dispositifs semiconducteurs dits 1triacs" capables de laisser passer des intensités alternatives importantes lorsqu'ils reçoivent sur une électrode de commande une tension continue d'amorçage, qui peut etre fournie par une bascule à seuil. Toutefois des triacs susceptibles de laisser passer les quelques dizaines d'ampères traversant la charge sont assez onéreux, et dissipent une énergie thermique notable, ce qui nécessite leur montage sur des radiateurs à l'écart du capteur. De plus l'amorçage à chaque demi-alternance de la tension d'alimentation donne naissance à des harmoniques de courant d'amplitude élevée, source de parasites aussi bien pour le capteur et la bascule à seuil que pour des récepteurs radio-électriques, à moins de dispositifs d'antiparasitage bien étudiés et adaptés. Pour éviter ces inconvénients, l'invention propose un oewest- ble relais à seuil destiné à la commutation d'intensités élevées dans une charge alimentée par un réseau de distribution électrique en réponse à un signal analogique et comportant une bascule à seuil commandant un interrupteur à triac, caractérisé En ce que l'interrupteur est constitué par la combinaison d'un relais electro- magnétique avec le triac, celui-ci étant adapté à alimenter l'en- roulement d'excitation du relais, tandis que ladite charge est en série avec un contact du relais. Le triac n'ayant à laisser passer que l'intensité nécessaire à l'enroulement d'excitation du relais, prévu pour fonctionner sous la tension du réseau de distribution, est d'un modèle à faible puissance et ne dissipe de ce fait qu'une énergie thermique rédui- te. L'intensité commutée étant faible, les harmoniques de courant créés par les amorçages sont très réduits, d'autant plus que l'in- ductance de l'enroulement d'excitation s'oppose au passage d'harmo- niques de courant de rang élevé. L'invention trouve son application notamment pour la regula- tion de chauffage domestique par radiateur électrique, avec un élément à résistance variable avec la température comme capteur de température, et le relais commande la mise sous tension du radia- teur. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exewple, es référence au dessin annexé. Selon la forme de réalisation choisie et représentée, lgense - ble relais 1 dans son ensemble comporte un dispositif redresseur 10 recevant entre ses bornes lOa et lOb la tension d'un réseau de distribution électrique, et fournissant entre sa borne lOa (nEga- tive) et sa borne 10c (positive) une tension continue de 24 volts. L'ensemble 1 comprend également une bascule à seuil constituée par deux transistors 13 et 18, avec des résistances de collecteur respectives 15 et 19. L'émetteur du transistor 13 est relié à la borne 10a du redresseur 10 par une résistance 14, et à l'émetteur du transistor 18 par une résistance 16. La base du transistor 18 est reliée au collecteur du transistor 13 par une résistance. La base du transistor 13, à travers une résistande protection, est reliée à la borne 10a du redresseur 10 par une résistance ajustable 12, et à la borne 10c par une résistance à coefficient de température négatif (CTN) 11. L'émetteur du transistor 18, découplé par la capacité 17, est relié à la gâchette 20a du triac 20.Ce triac 20 est branché d'un cté au conducteur N, relié à la borne 10a du redresseur 10, du réseau de distribution électrique ; le triac 20 est branché de l'autre côté à une première extrémité de l'enroulement d'excitation 22 d'un relais électromagnétique 21 dans son ensemble, l'autre extrémité de l'enroulement 22 étant reliée au conducteur Ph (relié également à la borne lOb du redresseur 10) du réseau de distribution électrique. Le relais électromagnétique 21 comporte un contact 23 mobile sous l'excitation de l'enroulement 22 et en série avec la charge constituée par un radiateur de chauffage 3. Le fonctionnement de la bascule à seuil formée par les transistors 13 et 18 est classique. Lorsque le transistor 13 est blo qu6, à tension de base basse, le courant collecteur dans la résistance 15 est nul, et la base du transistor 18 est à tension haute: ce transistor 18 est saturé. Le courant émetteur-collecteur dans le transistor 18 est limité par la résistance de collecteur 19 et les résistances 14 et 16 dans l'émetteur, la résistance 19 étant prépondérante. Si la tension de base du transistor 13 s 'élève pour débloquer ce transistor, la chute de tension provoquée par le courant collecteur dans la résistance 15 abaisse la tension de base du transistor 18. La résistance 15 étant de valeur nettement supérieure à celle de la résistance 19, le courant dans la résistance 14 commune aux deux émetteurs diminue.Le transistor 13 se sature et le transistor 18 se bloque, la transition étant ralentie par la charge de la capacité 17. La résistance 14 étant de faible valeur, la transition inverse se produit pour un seuil de tension sur la base du transistor 13 peu différent, mais plus faible que la transition précédente. La tension de base du transistor 13 est déterminée par le pont formé par la résistance ajustable 12, et la valeur, fonction de sa température, prise par la résistance CTN 11. La valeur de la résistance CTN décroissant quand la température s'élève, le transistor 13 est bloqué pour les températures inférieures à une valeur de seuil déterminée par le réglage de la résistance ajustable 12, et est saturé lorsque la température est supérieure à cette valeur de seuil. Le transistor 18 étant dans l'état opposé de celui du transistor 13, la tension sur la g$chette 20a du triac 20 est à un niveau de tension bas lorsque la température de la résistance CTN 11 est supérieure à la valeur de seuil, le transistor 13 saturé et le transistor 18 bloqué; le triac 20 ne s'amorce pas. Par contre lorsque la température de la résistance CTN 11 est inférieure à la valeur de seuil, le transistor 13 est bloqué, le transistor 18 saturé et la tension de gâchette du triac 20 à un niveau élevé. Ce triac 20 est alors libre de s'amorcer à chaque demi-alternance de la tension du réseau de distribution. Le relais 21 est alors excité et ferme son contact 23, mettant sous tension le radiateur 3. L'élévation de température ambiante résultant de la mise sous tension du radiateur 3 se répercutera sur la résistance CTN 11 jusqu'au passage du seuil de tempétature, avec comme conséquences la saturation du transistor 13, le blocage du transistor 18, l'ar rêt de l'amorçage du triac 20 et l'ouverture du relais 21. I1 est à remarquer que le relais 21, excité par une tension alternative sensiblement égale à la tension du réseau de distribution, demande un courant faible pour se fermer. Le triac 20 peut donc être d'un modèle de faible puissance, peu onéreux et ne dissipe qu'une énergie thermique faible ne risquant pas de modifier de façon sensible la valeur de la résistance CTN 11. Par ailleurs bien que l'amorçage du triac 20 ne se produise à chaque demialternance que lorsque la tension instantanée entre les bornes principales atteint un certain niveau, les harmoniques de courant résultant de l'amorçage retardé d'une fraction de demi-alternance n'ont qu'une amplitude faible, du fait que le courant moyen traversant l'enroulement d'excitation 22 est faible, et que de plus, l'inductance de cet enroulement réduit le courant des harmoniques en fonction de leur rang. Par contre, si le triac devait commuter le courant qui traverse la charge, l'amplitude du fondamental de courant serait beaucoup plus élevée (de quelques dizaines d'ampères contre quelques dizaines de milli-ampères) et les harmoniques dus à l'amorçage retardé ne seraient pas atténués, la charge constituée par le radiateur 3 étant résistive. Un autre avantage de l'invention réside dans le fait que la liaison entre le triac 20 et le relais 21 met en jeu des puissances qui sont à la fois très supérieures à la puissance de parasites éventuels qui pourraient provoquer des fonctionnements anormaux, et très inférieures aux puissances commandées dans la charge. I1 est donc possible de disposer à grande distance la charge et son relais électromagnétique d'une part, et le dispositif de relais avec le triac inclus d'autre part, la liaison entre les deux parties de l'ensemble ne véhiculant pas de fortes puissances tout en étant réalisée sans précaution particulière destinée à éviter des fonctionnement s anormaux. L t invention permet enfin de commuter des charges importantes polyphasées, ce qui ne serait pas réalisable économiquement avec des dispositifs purement statiques comportant au moins un triac par phase d'alimentation, du fait que les commandes des triacs devraient être indépendantes, pour ne pas créer des courts-circuits entre phases, et déclenchess simultanément pour éviter des déséquilibres de fonctionnement. Bien que l'invention a été décrite en relation avec une commande thermostatique, il est évident qu'elle est applicable à d'autres commandes de commutation de puissance électrique importante à partir d'une tension de signal analogique. Ce serait le cas par exemple de l'allumage d'un réseau d'éclairage de forte puissance en réponse au signal donné par une photorésistance soumise à un 'clairement ambiant. Bien des variantes de l'invention pourraient être réalisées pour s'adapter aussi bien à des signaux analogiques issus de capteurs divers, qu'à des dispositifs de charge variés, sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Ensemble relais à seuil destiné à la commutation d'intensités élevées dans une charge alimentée par un réseau de distribution électrique en réponse à un signal analogique et comportant une bascule à seuil commandant un interrupteur à triac, caractérisé en ce que l'interrupteur est constitué par la combinaison d'un relais électromagnétique avec le triac, celui-ci étant adapté à alimenter l'enroulement d'excitation du relais, tandis que ladite charge est en série avec un contact du relais. 2. Application de l'ensemble relais selon la revendication 1 à la régulation de chauffage domestique par radiateur électrique, caractérisée en ce que ladite bascule est sensible à la tension aux bornes d'un élément à résistance variable avec la température, et ladite charge est constituée par ledit radiateur.