Brevet FR2341159A1 — publié le 19770909

La présente invention se rapporte d'une façon générale aux systèmes thermoélectriques et concerne notamment les systèmes de chauffage électrique, comportant un ou plusieurs appareils ou radiateurs, ou un ou plusieurs éléments formant résistances, alimentés en énergie électrique. e en que l'invention soit décrite plus spécialement ciaprès dans le cas de systèmes pour le chauffage de locaux ou autres enceintes, on comprendra qu'elle s'applique également à la régulation et au contrôle de la température de tout milieu ou objet chauffé au moyen d'énergie électrique. Sous un aspect particulier, l'invention concerne les thermostats utilisés dans les systèmes de chauffage de locaux, pour la régulation de la température des locaux chauffes. Le principe général d'un thermostat est en soi bien connu. Une sonde placée dans le local agit comme détecteur et provoque, par comparaison avec un affichage de la température désirée dans le local, la mise en circuit ou hors circuit des résistances du ou des radiateurs électriques. I1 existe déjà des thermostats dits électroniques, qui comportent un interrupteur statique généralement du type dénommé "triac", recevant l'information d'un système de calcul comparant une température affichée avec celle mesurée par la sonde, laquelle est constituée habituellement par une thermistance, pour provoquer le déclenchement d'une bascule à hystérésis. Un thermostat électronique de ce type évite l'utilisation des commutateurs à élément mobile des thermostats mécaniques bien connus, et permet d'obtenir généralement un meilleur contrôle du chauffage électrique. Dans les systèmes existants, l'étage de calcul et l'interrupteur statique sont généralement réunis en un ensemble qui doit être placé en un endroit approprié du local à chauffer et dont les dimensions sont le plus souvent assez importantes, compte tenu de la taille des composants des circuits utilisés. Un autre inconvénient de ce système connu réside dans le fait qu'il est alors nécessaire de prévoir soit un ensemble de ce type pour chaque radiateur électrique d'une installation de chauffage soit un système de très grande puissance pouvant commander plusieuts radiateurs. Le prix de revient de l'installation en est augmenté d'autant. On a déjà proposé de séparer les différents éléments du système de régulation, mais sans parvenir à une solution satisfaisante, et surtout sans éviter l'utilisation de plusieurs circuits de calcul pour une installation de chauffage et en conséquence la dépense résultante. Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients précités de la technique antérieure et de permettre la réalisation d'un thermostat électronique pour systèmes de chauffage électrique permettant à la fois une réduction dimensionnelle des différents éléments du thermostat, la séparation de ces éléments, en rendant possible une meilleure incorporation de ceux-ci au local sans perte d'esthétique, et la commande de plusieurs radiateurs à partir d'un même circuit de calcul. Pour obtenir une commande thermostatique électronique à haute performance, il est nécessaire de réduire dans une mesure importante la consommation d'énergie par les circuits de calcul, ce qui permet alors d'assurer à partir d'un même circuit la commande de plusieurs interrupteurs statiques. Un autre but de l'invention est de réaliser cette opération. D'une façon en soi classique, les résistances de plusieurs radiateurs sont alimentées par une meme phase du secteur. Or il est bien évident que la charge admissible pour le branchement d'une installation sur une seule phase de l'alimentation est limitée, du fait qu'une charge donnée sur une phase exige dans une alimentation triphasée une puissance triple pour l'alimentation d'ensemble du local. I1 est donc désirable, dans certains cas, de répartir l'alimentation des résistances électriques des radiateurs d'une installation de chauffage électrique sur deux ou trois phases de l'alimentation. Un autre but encore de l'invention est de réaliser cette opération à partir d'un mye circuit de calcul, par une commande unifiée des radiateurs de l'installation branchés sur deux ou trois phases au lieu d'une seule. L'invention est matérialisée dans un thermostat électronique, notamment pour systèmes de chauffage électrique comprenant, sous son aspect général, un bloc calcul comportant de façon connue au moins une sonde et un dispositif d'affichage de la température désirée, et renfermant également un circuit de déphasage pour retarder le début de l'impulsion de commande jusqu'au passa ge par zéro de la sinusorde de l'alimentation et pour réduire sa largeur, ainsi qu'un amplificateur à gain élevé, et au moins un bloc puissance à l'interrupteur statique indépendant de ce bloc calcul, pouvant être monté en un autre point du local, plusieurs blocs puissance pouvant être reliés à un même bloc calcul. I1 résulte de la conception particulière du bloc calcul et de sa séparation une réduction d'encombrement, de sorte qu'un bloc calcul utilisé suivant l'invention peut être logé par exemple dans une cavité du type ménagé habituellement dans les murs ou cloisons d'un local pour la réception des boites d'interrupteurs d'alimentation électrique ou d'éclairage.Cette diminution d'encombrement résulte elle-m & e de la réduction de taille de certains composants, rendue de son côté possible par l'abaissement de la consommation du bloc calcul ou de ses besoins en éner gie, obtenue grâce à l'élimination de la partie de l'impulsion de commande qui n'intervient pas dans le déclenchement de l'inter rupteur statique, notamment en retardant et en diminuant la largeur de l'impulsion engendrée par le détecteur de passage par zéro. La détection de passage par zéro correspond en effet à une impulsion de commande qui généralement est "à cheval" sur le point réel de passage par zéro de la sinusoïde de l'alimentation. Or il est évident que la partie de cette impulsion qui précède la zone d'évanouissement de la partie de la sinusoïde est en fait inutilisée, seule la partie suivant le point réel de passage par zéro intervenant pour le réamorçage. Le circuit de déphasage ou de retard prévu suivant l'invention décale cette impulsion, de telle sorte quelle débute au point de passage par zéro de la sinuzoide et réduit sa largeur, par exemple de moitié, pour la ramener a la largeur efficace précédente, de sorte qu'il en résulte une diminution de consommation d'énergie par réduction à la moitié de l'impulsion de commande. Cette diminution de consommation est l'utilisation d'un amplificateur à gain élevé permettant d'assurer la commande de plusieurs interrupteurs statiques ou triacs, donc de plusieurs radiateurs, à partir d'un même bloc calcul. Suivant une autre particularité, le dispositif d'affichage prévu dans le bloc calcul est formé avantageusement de trois potentiomètres, dont l'un sert à l'affichage de la température désirée, un autre permettant un réglage en atelier du dispositif, tandis qu'un troisième petit potentiomètre, aisément ac cessible de l'extérieur, permet par exemple pour l'installateur un réglage fin lors du montage ou de l'entretien de l'installation si, pour des raisons d'emplacement ou d'agencement du local, une différence apparait entre la température affichée et la température réellement obtenue dans ce local. Comme indiqué précédemment, l'alimentation d'un ou plusieurs radiateurs ou appareils de chauffage électrique se fait habituellement à partir d'une meme phase du secteur.Mais si le nombre des radiateurs ou appareils à alimenter devient plus élevé, il y a intérêt à assurer cette alimentation avec une répartition de phase. Afin d'éviter, dans ce cas, d'avoir à prévoir un autre bloc calcul pour chaque phase, on peut, suivant l'invention, relier à la sortie du bloc calcul un circuit changeur de phase, recevant l'impulsion de commande de ce bloc calcul et transposant cette impulsion sur le passage par zéro de l'autre phase d'alimentation choisie, afin de fournir une commande des résistances électriques d'un ou plusieurs autres appareils ou radiateurs électriques alimentés par cette autre phase du secteur. La description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, donnés à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention. La Fig. 1 est une représentation schématique d'un thermostat électronique suivant l'invention. La Fig. 2 montre le schéma de circuit d'un bloc calcul utilisé suivant l'invention. La Fig. 3 est un schéma de circuit d'un bloc puissance. La Fig. 4 montre le schéma de circuit d'un changeur de phase. On a représenté de façon schématique sur la Fig. I un thermostat électronique du type faisant l'objet de l'invention. Ce thermostat comprend, fondamentalement, un bloc calcul 1 et, dans le cas présent deux blocs puissance ou interrupteurs statiques 2 commandés à partir du même bloc calcul 1, étant entendu qu'un bloc puissance est associé chaque fois à un radiateur ou appareil de chauffage électrique et que, suivant le mode de réalisation de l'invention considéré ici et avec le circuit décrit plus loin, un même bloc calcul 1 peut commander de un à quatre blocs puissance 2, donc de un à quatre radiateurs électriques connectés à la même phase du secteur. Grâce à l'agencement faisant l'objet de l'invention, le bloc calcul et les blocs puissance sont physiquement séparés, et ils peuvent être ainsi disposés a-ux endroits appropriés du local à chauffer. Cet agencement permet à la fois de réaliser une économie par la diminution du nombre des circuits de calcul, puisqu'un méme bloc calcul peut commander plusieurs radiateurs ou appareils de chauffage, et de loger ce bloc calcul par exemple dans les boites encastrées prévues de façon bien connue pour les installations électriques d'alimentation ou d'éclairage. D'une façon générale, le bloc calcul comprend, comme montré sur la Fig. 1 une sonde 3 et un dispositif d'affichage 4, qui sont connectés pour fournir le signal résultant de leur comparaison à un amplificateur à gain élevé 5. Celui-ci reçoit également la forme d'onde en dents de scie d'un générateur de rampe 6 et alimente à travers une bascule à hystérésis 7 la sortie du bloc calcul, une synchronisation secteur indiquée en 8 étant fournie, pour obtenir l'impulsion de sortie ou de commande requise. Le bloc puissance 2 comprend principalement, de façon usuelle, un interrupteur statique tel qu'un triac. On a indiqué en pointillé en 9 sur la Fig. 1 un changeur de phase connecté en 10 à la sortie du bloc calcul. Ce changeur de phase assure un déphasage de l'impulsion de commande du bloc calcul 1, pour fournir à sa sortie, en 11, des impulsions permettant la commande de plusieurs autres radiateurs ou appareils électriques alimentés à partir d'une autre phase du secteur. On a montré sur la Fig. 2 le schéma de circuit d'un mode de réalisation du bloc calcul utilisé suivant l'invention. Suivant ce mode de réalisation, ce bloc calcul comprend fondamentalement un circuit intégré 12 qui, dans le cas présent est un circuit R.T.C. de type TCA 280 A, assurant de façon connue un certain nombre de fonctions et comprenant plusieurs étages, à savoir une alimentation continue, un détecteur de passage par zéro, un amplificateur différentiel, un générateur de rampe et un amplificateur de sortie. Sur la Fig. 2, on a indiqué en 13 la borne d'alimentation, en 14 le neutre et en 15 la borne de commande, reliée au bloc puissance comme indiqué plts loin. La borne 13 est reliée ici au circuit intégré 12 à travers une diode 16, ce qui permet de travailler uniquement sur le positif de la sinusode. La borne d'alimentation est reliée en outre à un circuit de déphasage indiqué en 17, comprenant deux résistances et un condensateur, afin d'obtenir un retard reportant au point de passage par zéro de la sinusoide de l'alimentation le début de l'impulsion de commande ce qui permet par une réduction de la largeur de l'impulsion de commande, rendue possible par la suppression de la partie non efficace de cette impulsion, précédant le point de passage par zéro, de réduire la consommation du bloc calcul pour la commande des blocs puissance. Ce circuit de déphasage est relié au plot d'entrée du circuit intégré appartenant au détecteur de passage par zéro. Il est prévu suivant l'invention, dans l'alimentation du circuit intégré, un circuit de filtrage très poussé indiqué en pointillé en 18. Ce circuit comprend deux cellules de filtrage, ce qui fournit un encombrement réduit, permettant la diminution des dimensions du bloc calcul et participant à l'obtention d'un bloc calcul encastrable comme indiqué précédemment. Sur la Fig. 2, on a indiqué en 19 la sonde du bloc calcul et en 20 le dispositif d'affichage. Comme visible, ce dispositif 20 comprend trois potentiomètres, dont l'un permet l'affichage de la température désirée, un autre un étalonnage précis an atelier, tandis qu'un petit potentiomètre additionnel, accessible de l'extérieur, permet si nécessaire un réglage fin par l'installateur, selon la position du bloc calcul dans le local pour obtenir l'accord désirable entre la température affichée et la température dans le local. La sonde et le dispositif d'affichage sont reliés à l'étage formant amplificateur différentiel du circuit intégré 12, qui détermine la différence avec le potentiel de référence. Etant donné que l'on travaille avec un gain important et sur des impédances élevées, il est prévu sur les entrées de l'amplificateur différentiel du circuit intégré deux autres condensateurs de filtrage indiqués en 21 et 22. On a indiqué en 23 le circuit formant générateur de rampe effective, qui est relié à l'étage correspondant du circuit intégré 12. L'association ainsi réalisée permet, dans le cas présent, d'obtenir des ordres d'une durée de 20 secondes. La sommation pour le générateur de rampe est réalisée au point 24. L'Etage amplificateur de sortie du circuit intégré 12 réalise une augmentation du gain de l'amplificateur différentiel, avant sommation avec les impulsions provenant du détecteur de passage par zéro. On obtient à la sortie du bloc calcul, sur la borne 15, des impulsions de commande qui, dans le cas considéré, ont une durée de 100 micro-secondes environ. Ces impulsions sont appliquées à la borne de commande 25 du bloc puissance représenté sur la Fig. 3, qui comprend principalement un interrupteur statique 26 de type triac avec sa protection 46, associé à une résistance de limitation de courant 27 montée entre la borne de commande 25 et le triac 26. On a indiqué en 28 la borne d'alimentation et en 29 le neutre, tandis que le bloc puissance est raccordé par ailleurs au secteur par les bornes de phase 30, de neutre 31 et de terre 32, ainsi qu'au radiateur à alimenter par les bornes 33 et 34, la terre se trouvant sur la borne 35, reliée directement à la borne 32. Une résistance chutrice 36 de valeur élevée est prévue entre la borne de phase 30 et la borne d'alimentation 28 reliée au bloc calcul. Le fonctionnement du dispositif se comprend aisément à la lecture de la description qui précède. On voit que la phase du secteur alimente le radiateur et que la commande d'alimentation est réalisée par l'interrupteur statique du type triac, qui est déclenché lui-même chaque fois par les impulsions de commande reçues du bloc calcul, l'alimentation de celui-ci se faisant à partir de la phase, à travers la résistance chutrice. L'agencement du bloc calcul permet son montage indépendamment du bloc puissance, et l'économie d'énergie résultant de son agencement permet la commande, à partir de ce bloc calcul, de plusieurs blocs puissance. Comme indiqué précédemment, si le nombre des radiateurs ou appareils de chauffage électrique est relativement élevé, il y a intéret à les répartir sur deux phases ou sur les trois phases. Pour permettre une commande à partir d'un seul et même bloc calcul, on conjugue alors au système un changeur de phase, comme indiqué schématiquement sur la Fig. 1. Un circuit changeur de phase utilisable ici est représenté schématiquement sur la Fig. 4. Ce changeur de phase comprend un circuit intégré 37 qui peut être du type TCA 280 A identique à celui utilisé dans le bloc de calcul. Les bornes de phases et de neutre 38 et 39 du changeur de phase sont reliées au secteur, sa borne de sortie 40 est connectée à la borne de commande 25 du ou des blocs puissan ce associés, et sa borne d'entrée 41 est reliée à la borne de sortie 15 du bloc calcul conjugué. Il est prévu dans ce cas encore un circuit de déphasage indiqué d'une façon générale en 42, qui est identique au circuit de déphasage 17 du bloc calcul et qui assure la même fonction. Ici encore, une diode 43 permet de travailler uniquement sur le positif de la phase. Pour obtenir le changement de phase, il est prévu dans l'entrée de l'amplificateur différentiel un circuit 44 transformant l'impulsion provenant de la borne de sortie 15 du bloc calcul, ayant une durée de 100 micro-secondes environ, en une impulsion de durée nettement plus longue, supérieure à une demipériode du courant d'alimentation, et en conséquence dans le cas considéré à 10 millisecondes. Ceci permet au détecteur de passage par zéro de ce bloc changeur de phase de délivrer une impulsion égale elle-même à 100 microsecondes, positionnée sur le zéro de sa propre phase d'alimentation. Un circuit générateur d'hystérésis est également prévu dans le changeur de phase. On voit que ce circuit assure un transfert de la commande d'une phase à une autre phase de l'alimentation . Ainsi un meme bloc calcul associé à plusieurs (quatre) blocs puissance dont il assure la commande, pour commander les temps de chauffage de quatre radiateurs ou appareils électriques alimentés par la même phase du secteur, peut être relié à un ou deux circuits changeurs de phase, qui eux-mOmes peuvent commander d'autres circuits de puissance, et en conséquence d'autres radiateurs ou appareils de chauffage. Un seul et même bloc calcul, placé en un endroit approprié du local, et encastré notamment dans une boite d'interrupteur ou de type analogue, peut ainsi contrôler une installation de chauffage comportant un nombre relativement grand de radiateurs ou appareils, en répartissant l'alimentation sur plusieurs phases. Des modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Thermostat électronique, notamment pour systèmes de chauffage électrique, caractérisé en ce qu'il comprend un bloc calcul comportant de façon connue au moins une sonde et un dispositif d'affichage de la température désirée, et renfermant également un circuit de déphasage pour retarder le début de l'impulsion de commande jusqu'au passage par zéro de la sinusol- de de l'alimentation et pour réduire sa largeur, ainsi qu'un amplificateur à gain élevé, et au moins un bloc puissance à interrupteur statique indépendant de ce bloc calcul, pouvant être monté en un autre point du local, plusieurs blocs puissance pouvant être reliés à un même bloc calcul. 2.- Thermostat électronique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc calcul comprend un générateur de rampe en dents de scie en soi connu et des moyens pour superposer cette rampe à un signal d'écart entre la température détectée par la sonde et la température affichée, pour produire des alimentations de courte durée des résistances électriques du ou des radiateurs de chauffage, dont la fréquence est fonction de la rampe, tandis que la durée pour chaque rampe est fonction de la différence entre les températures mentionnées. 3.- Thermostat électronique suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif d'affichage du bloc calcul est formé de trois potentiomètres, dont l'un permet l'affichage de la température désirée et un autre un réglage de ce dispositif d'affichage en atelier, tandis que le troisième, de valeur plus faible, est accessible de l'extérieur pour permettre un réglage fin lors de l'installation. 4.- Thermostat électronique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc calcul comporte un circuit intégré qui peut etre de type connu, assurant des fonctions d'alimentation continue, de détection de passage par zéro, d'amplification différentielle, de génération de rampe et d'amplification de sortie. 5.- Thermostat électronique suivant la revendication 1 ou 4, caractérisé en ce qu'il est prévu, dans l'alimentation du bloc calcul, une diode permettant de travailler uniquement sur le positif de l'alimentation. 6.- Thermostat électronique suivant la revendication 1, 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il est prévu, dans l'alimentation, un élément de filtrage à deux cellules, permettant d'obtenir un très faible encombrement. 7.- Thermostat électronique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un circuit changeur de phase est relié à la sortie du bloc calcul, ce circuit changeur de phase pouvant lui-meme commander plusieurs blocs puissance associés à des appareils ou radiateurs alimentés à partir d'une autre phase du secteur. 8.- Thermostat électronique suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est prévu, dans l'entrée du circuit changeur de phase, un étage transposant l'impulsion de commande reçue du bloc calcul sur le passage par zéro de l'autre phase d'alimentation choisie, afin de fournir une commande des résistances électriques d'un ou plusieurs autres appareils ou radiateurs électriques alimentés par cette autre phase du secteur. 9.- Thermostat électronique suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le circuit changeur de phase comprend un circuit intégré à forte amplification, permettant la commande de plusieurs blocs puissance associés.