Brevet FR2353944A1 — publié le 19771230

L'invention se rapporte à un circuit électrique de commande pour la mise en circuit et hors circuit d'un appareil utilisateur électrique, notamment d'un groupe refroidisseur, comprenant un relais électromagnétique dont les contacts se trouvent dans le circuit de l'utilisateur, un transformateur de tension actionnant, par le courant d'excitation, l'enroulement d'excitation du relais, par l'intermddiaire d'un parcours de circuit d'un dispositif de couplage, ce transformateur étant alimenté par une source de tension de service et présentant une tension de sortie plus faible que celle de la source de tension de service, mais au moins égale à la tension de réponse du relais. lorsqu'on utilise comme source de tension de service d'un tel circuit de commande, le réseau alternatif ou une tension continue hachée, le transformateur de tension peut être agencé comme transformateur abaissant la tension de service à la valeur de réponse du relais. Complémentairement, ou à la place de ce transformateur, on peut également utiliser un transformateur de tension fonctionnant avec commande de coupure des phases, et présentant des triodes à thyristors unidirectionnelles Ou bidirectionnelles. La transforma- tion de la tension de service élevée en une tension plus faible, en vue d'actionner le relais, présente l'avantage selon lequel le parcours de circuit intercalé du dispositif de couplage ne nécessite, pour la mise en circuit, qu'une tension qui est proportionnellement faible.De tels dispositifs de couplage ne nécessitent en outre, que des signaux de commande proportionnellement faibles, de sorte qu'il suffit de disposer, pour la mise en action du dispositif de couplage, de moyens d'actionnement, de puissance proportionnellement faible, notamment, d'unités de commande électroniques. Toutefois, un transformateur de tension présentant un transformateur ou des thyristors, est souvent trop croûteux, en particulier lorsqu' il s 'agit d'appareils ménagers ou analogues. L' invention a pour but de fournir un circuit de commande du type précité n'entratnant, pour une faible dépense, qu'une faible puissance perdue et de commande. Ce but est atteint, conformément à l'invention, gracie au fait que le transformateur de tension présente un diviseur de tension avec un condensateur de charge dans le circuit de sortie, le -monta- ge en série du parcours de commutation du dispositif de couplage et de l'enroulement d'excitation du relais étant en parallèle par rapport au condensateur de charge, et en ce que le relais est un re lais bistable, notamment à armature à aimant permanent. Un diviseur de tension peut être réalisé avec des moyens relativement simples. Un relais bistable, comportant notamment une armature à aimant permanent, ne nécessite pour la commutation, qu'un courant d'excitation de courte durée et peut ensuite demeurer complètement ou à peu prés sans courant. Le diviseur de tension peut donc présenter une impédance très élevée ; la puissance perdue du relais et du diviseur de tension est faible, en proportion. le condensateur de charge fournit donc à chaque fois le courant d'excitation élevé pour la commutation du relais bistable, ce condensateur pouvant se charger lentement, au repos du relais bistable, et avec un courant de charge proportionnellement faible. le cas échéant, un actionnement de courte durée du dispositif de couplage est suffisant, de sorte qu'en plus,l'énergie d'actionnement requise est en moyenne très faible. Avantageusement, l'agencement est prévu de façon que le diviseur de tension comporte le montage en série d'une résistance d'alimentation, d'un redresseur et d'une diode Zener de polarité opposée au redresseur, le condensateur de charge étant monté en parallèle par rapport à la diode Zener. Pour ce montage du diviseur de tension, la tension de service peut entre une tension aussi bien continue qu'alternative. La diode Zener permet d'assurer que la tension au condensateur de charge ne dépasse pas inutilement la tension de réponse du relais. Au contraire, il est possible d'emmagasiner dans le condensateur de charge, l'énergie juste suffisante pour l'excitation du relais bistable. L'énergie en exces pour la charge n'a pas besoin d'être transformée dans le relais.L'impédance de la résistance d'alimentation peut astre choisie de façon qu'un courant minimum circule à travers la diode Zener, lorsque le condensateur est chargé sous la tension Zener. I1 est par ailleurs avantageux que le montage en parallèle d'une seconde diode Zener de polarité opposée au redresseur et d'un second condensateur de- charge dans le montage série du diviseur de tension, soit monté en série, directement avec la première diode Zener et le premier condensateur de eharge, l'une des extrémités de l'enroulement d'excitation du relais bistable étant raccordée avec les connexions directement reliées des deux condensateurs de charge et l'autre extramité dudit enroulement d'excitation du relais bistable pouvant être raccordée, par l'intermédiaire de deux parcours de circuit du dispositif de couplage, alternativement avec les deux autres connexions des deux condensateurs de charge.De cette manière les condensateurs de charge forment deux sources indépendantes de tension pour le courant d'excitation du relais bistable, lesquelles peuvent entre amenées alternativement à la polarité opposée, pour la commutation du relais, par l'intermédiaire du dispositif de couplage, à l'enroulement d'excitation de ce relais. le dispositif de couplage peut être agencé de façon relativement simple, par exemple, sous la forme d'un simple commutateur avec un contact de commutation formant les deux parcours de circuit. le dispositif de commutation peut toutefois également présenter quatre parcours de commutation connectés sous la forme d'inverseur de p81e, de sorte qu'il suffit d'utiliser uniquement un condensateur de charge et une diode Zener, l'inverseur de pole permutant uniquement les connexions entre le condensateur de charge et l'enroulement d'excitation, pour la commutation du relais. Suivant un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, deux enroulements d'excitation raccordés unilatéralement et d'effets opposés peuvent être reliés, par leurs extrémités non connectées, alternativement, par l'intermédiaire de deux parcours de commutation du dispositif de couplage, avec l'une des connexions du condensateur de charge, le point de raccordement des enroulements d'excitation étant relié à l'autre connexion du condensateur de charge. Grâce à cet agencement, il suffit d'utiliser uniquement un condensateur de charge et deux parcours de commutation, lesquels peuvent être actionnés indépendamment l'un de l'autre et seulement pendant une courte durée. De préférence, le dispositif de commutation présente des semiconducteurs pouvant être commandés, notamment, des transistors. Ceux-ci sont commandés avec une très faible puissance et n'ont besoin de présenter qu'une puissance de perte admissible relativement faible, étant donné qu'ils fonctionnent comme commutateurs. La tension de service d'un dispositif actionneur commandant le dispositif de commutation peut être derivée de la tension de charge du condensateur de charge, éventuellement, par 11 intermédiaire d'un redresseur spécial et d'un condensateur de charge. le transformateur de tension est alors utilisé à plusieurs reprises. Une source particulière de tension pour le dispositif actionneur peut être supprimée. Avantageusement, la constante de durée de charge est choisie inférieure à la durée du cycle de fonctionnement le plus court du dispositif de comirutation, l'intensité du courant de charge s'élevant au maximum à environ 1mA. On est ainsi assuré que le condensateur se trouve chargé à temps voulu, avant la mise en action du dispositif de commutation, et que le courant de charge peut être maintenu très faible, dans la plupart des cas d'applications, en particulier, dans le cas d'appareils ménagers, tels qu'armoires frigorifiques ou analogues, dont la durée de mise en circuit et de mise hors circuit est relativement longue. Comme résistance d'alimentation, on peut utiliser une résistance ohmique ou capacitive. Dans les deux cas, il s'agit d'éléments tres simples et de prix avantageux. Les figures 1 à 4 du dessin annexé représentent schématiquement et à titre d'exemple, des modes de réalisation préférés du circuit de commande selon l'invention. Dans l'exemple d'agencement de la Fig.1, un transformateur de tension 2 est monté sur une source 1 de tension de service formée par le réseau alternatif. Ce transformateur alimente l'enroulement d'excitation 5 d'un relais bistable 6, par l'intermédiaire d'un contact 3 à inversion de circuit, formant deus parcours de commutation et appartenant à un dispositif de commutation 4* les contacts 7, 8 du relais 6 se trouvent dans le circuit d'alimentation d'un utilisateur 9, lequel est alimenté par une source 1', par exemple, également par le réseau alternatif. L'utilisateur peut être le compresseur d'un groupe réfrigérant, par exemple, d'une armoire frigorifique ou analogue. le contact 3 du dispositif de commutation 4 est commandé par un dispositif actionneur 10, en fonction de la température de l'environnement, dans le cas présent, de la' chambre de refroidissement, mesurée par un capteur de température 11. le transformateur de tension 2 renferme un diviseur de tension comprenant un redresseur 12 sous la forme d'une diode, une résistance ohmique d'alimentation 13, deux diodes Zener 14 et 15, de polarité opposée au redresseur 12, et deux condensateurs de charge 16 et 17 montés chacun en parallèle à l'une des diodes Zener. les constantes de temps de charge des condensateurs 16 et 17, lesquelles sont déterminées principalement par leur capacité et par la valeur ohmique de la résistance d'alimentation 13, sont choisies bien plus grandes que la durée des périodes du réseau alternatif, mais plus petites que le cycle de fonctionnement le plus court du dispositif de commutation 4. La valeur de la résistance d'alimentation 13 est choisie de façon que les diodes Zener 14 et 15 ne conduisent qutun courant très faible. Suivant la position du contact 3 à inversion de circuit du dispositif de commutation 4, soit le condensateur 16, soit le condensateur 17, les deux pouvant avoir à peu près la même capacité, est monté en parallèle par rapport à 11 enroulement d'excitation 5 du relais 6. le relais bistable 6 présente un noyau t8 porteur de l'enrou- lement 5. Le contact mobile 8 est fixé à l'extrémité libre d'un ressort à lame 19, dont l'autre extrémité est fixée de la même fa çon que le contact 7. Le ressort à lame 19 porte un aimant permanent 20 tourné vers le noyau 18, et présente une pré-tension élastique qui tend à mettre en contact les contacts 7 et 8. Durant le fonctionnement de ce circuit de commande, le condensateur 17 se charge, dans la position représentée du contact inverseur 2, au cours de plusieurs demi-ondes d'une polarité de la al er,na t ive tension/du reseau, progressivement jusqu'à la tension Zener de la diode Zener 15, tandis que le condensateur 16 se décharge par impulsions, par l'intermédiaire du contact inverseur 3 et de lten- roulement d'excitation du relais bistable 6. Cette décharge a pour effet que le noyau 18 vienne en contact avec l'aimant permanent 20, ce qui ferme le circuit de l'utilisateur.Ce circuit demeure fermé, comme représenté, même après décharge du condensateur 16, par suite de la pré-tension du ressort à lame 19. le compresseur 9 commence à refroidir, et dès que la température détectée par le capteur 11, dans la chambre de refroidissement, a atteint une valeur de consigne réglée dans le dispositif actionneur 10, le contact 3 est commuté, par exemple par une bobine de relais se trouvant dans le dispositif actionneur 10, de sorte qu'il met en circuit l'enroulement d'excitation 5 du relais 6 désormais avec le condensateur 17. Ce dernier se décharge ensuite, par l'intermédiaire de l'enroulement 5, mais son courant de décharge circule en sens contraire à celui du condensateur 16 à travers l'enroulement 5.De ce fait, le noyau 18subit une inversion d'aimantation, l'aimant permanent 20 est attiré par le noyau 18 et le circuit de l'utilisateur est ouvert, c'est; à-dire que le compresseur 9 est mis hors circuit. L'armature formée par le ressort à lame 19 et l'aimant permanent 20 conserve cette position, également après décharge du condensateur 17, étant donné que l'aimant 20 est désormais fixé au noyau 18. le condensateur 16 peut désormais se décharger, au cours de plusieurs demi-ondes, de la tension alternative du réseau, d'une polarité, jusqu a ce que le contact 3, après accroissement approprié de la température de la chambre de refroidissement, soit de nouveau commuté dans la position représentée, le condensateur 16 étant de nouveau déchargé par l'intermédiaire de l'enroulement 5, et le compresseur 9 étant de nouveau mis en circuit. La charge des condensateurs 16 et 17 peut s'effectuer avec de très faibles intensités de courant, étant donné qu'on dispose ici d'un temps suffisant pour la charge jusqu'à la prochaine commutation du contact 3 ; en effet, la durée de période du cycle de fonctionnement d'un groupe réfrigérant est en général beaucoup plus grande que la durée de période du réseau alternatif. La résistance d'alimentation 13 peut être choisie proportionnellement d'une haute valeur ohmique, de sorte que la puissance perdue du transformateur de tension 2 est très faible, malgré l'utilisation d'un diviseur de tension.Toutefois, le relais bistable 6 peut entre mis en action avec le courant d'excitation requis, lequel est bien plus élevé que le courant circulant à travers la résistance d'alimentation 13, étant donné que chaque condensateur de charge représente une source de tension avec une très faible résistance intérieure. Du fait que le relais bistable 6 est maintenu dans la nouvelle position après chaque commutation, une décharge de très courte durée de chaque condensateur de charge est suffisante pour maintenir le relais bistable dans la position respective, sans qu un courant permanent augmentant la puissance perdue circule à travers l'enroulement d t excitation 5.Dans cet exemple, un courant permanent circule, il est vrai, au repos du relais bistable, par la résistance d'alimQn- tation 13, à travers 11 enroulement 5, mais ce courant est très faible en raison du caractère fortement ohmique de cette résistance. Par ailleurs, ce courant permanent permet un agencement proportionnellement plus réduit de l'aimant permanent 20, de sorte qu'également le courant d'excitation, lequel-doit provoquer la répulsion de l'aimant permanent 2d lors de la commutation du relais bistable, peut être, en rapport, plus faible. Comparativement à la puissance de couplage du relais bistable 6, celle du dispositif de commutation 4 peut être beaucoup plus faible.En particulier, la tension à commuter, fournie par le dispositif 4 peut entre très faible, par rapport à la tension du réseau, sans qu'un transformateur coûteux, ou un montage hacheur, éventuellement un montage du type à commande à coupure de phases, avec thyristors ou analogues, soit nécessaire pour obtenir, à partir du réseau, une faible tension appropriée, telle qu'elle suffit pour l'excitation du relais bistable. Du fait que la puissance de commutation du dispositif 4, c'est-à-dire la puissance à transmettre par le contact inverseur 5, peut être très faible, on parvient également à réaliser la commande du dispositif de commutation 4 avec une puissance relativement faible.Le dispositif actionneur 10 peut donc être un circuit électronique, de préférence intégré, lequel ne fournit que de faibles signaux de commande pour ltexcitation du dispositif 4 et/ou ne fonctionne que sous faible tension. La tension de service (+) du dispositif actionneur 10 peut donc être prélevée directement à partir du condensateur de charge 16 ou par l'intermédiaire d'un second redresseur et condensateur. La Fig.2 illustre un tel exemple de réalisation. On a prévu ici un autre redresseur 21, sous la forme d'une diode, et un condensateur de charge 22, en série avec la diode Zener 14 du transformateur de tension 2'. La tension de service pour le dispositif actionneur 10 est prélevée entre le redresseur 21 et le condensateur de charge 22. En outre, le dispositif de commutation 4' présente, dans cet exemple de réalisation, quatre parcours de circuit, sous la forme des deux contacts inverseurs 23 et 24, lesquels sont raccordés de telle façon qu'ils provoquent, lors de l'actionnement du dispositif actionneur 10, une inversion de polarité de l'enrou- lement d'excitation 5. La seconde diode Zener 15 et le second condensateur de charge 17 de la Fig.1 peuvent donc être supprimés. Pour la simplification du dessin, on n'a pas représenté le circuit de l'utilisateur. Dans l'exemple d"exécution selon la Fig.3, le redresseur dans le transformateur de tension 2" est agencé sous la forme d'un redresseur à pont 12', de sorte que deux demi-ondes de la tension alternative sont efficaces. le noyau 18 du relais bistable, non représenté à la Fig.3, est muni de deux enroulements d'excitation 5 et 5', enroulés en sens contraire et montés dans deux branches parallèles, chacune en série avec un transistor 25 ou 26 agissant comme parcours dé commutation, en parallèle par rapport au condensateur de charge 16. les transistors 25 et 26 reçoivent à leurs bases, des signaux de commande de sens opposés, sous la forme de courtes impulsions provenant du dispositif actionneur 10', de sorte que ces transistors sont alternativement conducteurs et bloqués, et que le noyau 18 du relais bistable a sa polarité inversée en conséquence. Les impulsions peuvent être plus courtes que ce qui correspond à la durée de chaque état de coxmutation du relais bistable, de sorte qu'aucun courant permanent ne circule sur les enroulements d'excitation 5, 5'. Pour la simplification du dessin, on n'a pas représenté, ici non plus, le circuit de l'utilisateur. Dans l'exemple d'exécution selon la Fig.4, la résistance d'alimentation dans le transformateur de tension 2"' est agencée comme condensateur 13', de sorte qu'on obtient un diviseur de tension capacitif connecté avec le condensateur de charge 16. les autres éléments, non représentés, peuvent être les mêmes que ceux des exemples des Fig.2 et 3. Conme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seuls modes de réalisation ci-dessus décrits à titre d'exemples non limitatifs, mais en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation. C'est ainsi que le circuit de commande formant, dans les exemples décrits, un circuit fermé de réglage, peut être utilisé également comme circuit de commande ouvert. A cet effet, il suffit de prévoir, à la place du capteur 11, un organe de réglage à commande manuelle, ou de disposer le capteur à un autre emplacement, ou d'utiliser un autre capteur répondant à une valeur autre que la valeur de réglage. A la place des dispositifs actionneurs 10 et 10' représentés et du capteur 11, un mécanisme de commutation à programme, par exemple à cames, peut être également prévu. La source de tension de service 1 peut être une source de tension continue, par exemple, un accumulateur ou une batterie. Cette source peut être de puissance relativement faible et présenter, le cas échéant, une résistance intérieure élevée. Lorsqu'on utilise une source de tension continue 1, le redresseur 12 ou 12' peut être supprimé. La présente invention est due à Burge Meltzer HANSEN. REVEiitTCWTIONS 1. Circuit électrique de commande pour la mise en circuit et hors circuit d'un utilisateur électrique,notamment d'un groupe refroidisseur,comprenant un relais électromagnétique dont les contacts se trouvent dans le circuit de l'utilisateur,un transformateur de tension actionnant,par le courant d'excitation,ltenroulement d'excitation du relais,par l'intermédiaire du parcours de commutation d'un dispositif de couplage,ce transformateur étant alimenté par une source de tension de service,et présentant une tension de sortie plus faible que celle de la source de tension de service,mais au moins égale à la tension de réponse du relais,caractérisé en ce que le transformateur de tension (2; 2'; 2"; 2"') présente un diviseur de tension avec un condensateur de charge (16) dans le circuit de sortie,le montage en série du parcours de commutation (3; 23; 25) du dispositif de couplage (4; 4'; 4n) et de l'enroulement d'excitation (5) du relais étant en parallèle par rapport au condensateur de charge (16),et en ce que le relais est un relais bistable (6), notamment à armature à aimant permanent (19,20). 2. Circuit selon la revendication 1 ,caractérisé en ce que le diviseur de tension comprend le montage en série d'une résistance d'alimentation (13; 1Dl),d'un redresseur (12; 12') et d'une diode Zener (14) de polarité opposée au redresseur,et en ce que le condensateur de charge (16) est en parallèle avec la diode Zener (14). 3. Circuit selon la revendication 2,caractérise en ce qu'un montage en parallèle d'une seconde diode Zener (15) de polarité opposée au redresseur (12) et d'un second condensateur de charge (17) dans le montage série du diviseur de tension,est monté en série,directe- ment avec la première diode Zener (14) et le premier condensateur de charge (16),l'une des extrémités de l'enroulement d'excitation (5) du relais bistable (6) étant raccordée aux connexions directement reliées des deux condensateurs de charge (16,17),l'autre extrémité dudit enroulement d'excitation (5) du relais bistable (6) pouvant être raccordée,par l'intermédiaire de deux parcours de commutation (3) du dispositif de couplage (4),alternativement avec les deux autres connexions des deux condensateurs de charge. 4. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2,ca ractérisé en ce que le dispositif de couplage (4') présente quatre parcours de commutation (2D,24) connectés sous la forme d'un inverseur de pâle. 5. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1,2 ou 4, caractérisé en ce que deux enroulements d'excitation (5, 5') raccordas unilatèralement et d'effets opposés sont connectables,par leurs extrémités non liées;alternativement,par l'intermédiaire de deux parcours de connutation (25,26) du dispositif de couplage (4"), avec l'une des connexions du condensateur de charge (16),le point de jonction des enroulements d'excitation (5,5') étant raccordé avec l'autre connexion du condensateur de charge (16). 6. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,carac tèrisé en ce que le dispositif de couplage (4; 4'; 4") présente des semi-conducteurs pouvant être conwmandés,en par-ticulier des transistors (25,26). 7. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 6,ca- ractérisé en ce que la tension de service (+) d'un dispositif actionneur (10; 10') co-mandant le dispositif de couplas (4; 4'; 4") est dérivée de la tension de charge du condensateur de charge (16), éventuellement par l'intermédiaire d'un redresseur spécial (21) et d'un condensateur de charge (22). 8. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 6,caractérisé en ce que la constante du temps de charge est inférieure à la durée du cycle de fonctionnement le plus court du dispositif dc couplage (4; 4'; 4"),le courant de charge s'élevant toutefois au maximum à environ 1mA. 9. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 6,ca ractérisé en ce que la résistance d'alimentation est une résistance ohmique (12) ou une résistance capacitive (12').