Brevet FR2349873A1 — publié le 19771125

La présente invention concerne un procédé de compensation de la dérive de la température d'équilibre d'un local à chauffage électrique régulé au moyen d'un thermostat électronique comportant, entre autres, un amplificateur différentiel aux entrées duquel sont appliquées respectivement une tension fixe de référence et une tension variable de consigne, une rampe de tension étant superposée soit à l'une, soit à l'autre des deux tensions précitées et la sortie dudit amplificateur étant couplée par un amplificateur à un interrupteur à semiconducteur disposé en série avec le convecteur de chauffage du local. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, dispositif comportant un thermostat électronique muni d'un circuit d'alimentation en courant continu et coopérant avec un triac fixé sur une ailette de refroidissement à laquelle est couplée thermiquement une résistance à fort coefficient de température. Les thermostats électroniques destinés à équiper les convecteurs de chauffage électrique sont commandés à partir des variations de tension aux bornes d'une sonde de mesure de la température ambiante, sonde constituée généralement par une résistance CTN disposée dans une branche d'un pont potentiométrique; une comparaison est effectuée entre la tension variable de consigne fournie par le pont de mesure et une tension de référence, une rampe de tension étant superposée soit à l'une, soit à l'autre de ces tensions. Selon le type de thermostat utilisé, la rampe de tension, dont la période est de plusieurs dizaines de secondes, peut être fournie, soit électriquement par un circuit relaxateur, soit thermiquement à partir de la sonde de mesure disposée de façon à être sensible tout à la fois à la température ambiante et au flux de chaleur dégagé par le convecteur. En fonction des résultats de la comparaison entre la tension de rampe et la tension de consigne, des impulsions sont ou non transmises à la gachette d'un triac disposé en série avec la résistance de chauffage. On détermine ainsi un temps "d'ouverture" périodique pendant la période de la rampe de tension, temps durant lequel la charge est alimentée et qui détermine par là-même la valeur moyenne de la puissance dissipée dans ladite charge. Un circuit annexe dit de "détection de passage à zéro ne permet la commutation qu'aux seuls instants où la tension secteur s'annule afin d'éviter les perturbations radioélectriques. A rapport cyclique constant "alimentation/coupure" du courant dans la charge, la régulation de la température ambiante d'un local est exeellente, de l'ordre de un à deux dizième de degré. Par contre, on constate une dérive de l'ordre de un à deux degrés dans la régulation de la température ambiante entre un régime de fonctionnement à faible puissance moyenne et un régime proche de la puissance maximale. La cause de cette dérive est inhérente au principe même de la régulation à rampe de tension, et son importance est fonction de l'amplitude de la tension en dents de scie superposée, soit à la tension de référence, soit à la tension de consigne. On pourrait penser la réduire, soit en diminuant l'amplitude de la dent de scie et en augmentant le gain de boucle, soit en diminuant la période de ladite dent de scie; dans le premier cas, on est vite limité dans cette voie par le risque d'apparition de phénomènes de "pompage" thermique et, dans le second cas, par l'augmentation de la fréquence des coupures et mises en marche successives produisant le phénomène de scintillement (ou "flickern) dont les effets perturbateurs sur le réseau sont bien connus. Les effets d'une telle dérive sont gênants car, outre l'im- précision de un à deux degrés sur la régulation, les variations de température vont dans le sens opposé à la sensation de confort physiologique; en effet, la température régulée est minimale au maximum de puissance, ctest-à-dire pour une température extérieure basse où l'effet de "paroi froide" est ressenti au maximum. Le but de la présente invention est de réaliser un dispositif régulateur de chauffage permettant d'obtenir une température ambiante pratiquement stable quelle que soit l'importance du gradient de température entre l'extérieur et l'intérieur du local à chauffer. L'invention est basée sur la considération que la température de l'ailette de refroidissement d'un interrupteur à semiconducteur constitue une très bonne information de la mesure intégrée du rapport cyclique "alimentation/coupure" dudit interrupteur. Selon l'invention, le procédé de compensation de la dérive de la temperature d'équilibre d'un local à chauffage électrique régulE au moyen d'un thermostat électronique comportant, entre autres, un amplificateur différentiel aux entrées duquel sont appliquées respectivement une tension fixe de référence et une tension variable de consigne, une rampe de tension étant superposée soit à l'une, soit à l'autre des deux tensions préeitées et la sortie dudit amplificateur étant couplée par un amplificateur à un interrupteur à semiconducteur disposé en série avec le conveeteur de chauffage du local, est notamment remarquable en ce qu'une tension de correction sensiblement proportionnelle au rapport cyclique "alimentation/coupuret' de l'interrupteur à semiconducteur est appliquée dans un sens convenable sur l'une des entrées de l'amplificateur différentiel. Avantageusement, la tension de correction est obtenue à partir de la grandeur de la puissance dissipée dans l'interrupteur à semiconducteur. Egalement selon l'invention, le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, dispositif comportant un thermostat électronique muni d'un circuit d'alimentation en courant continu et coopérant avec un triac fixé sur une ailette de refroidissement -à laquelle est couplée thermiquement une résistance à fort coefficient de température, est notamment remarquable en ce que, la résistance à fort coefficient de température constituant avec une autre résistance un pont disposé aux bornes de sortie de l'alimentation à courant continu, le point commun aux deux résistances est connecté par l'intermédiaire d'une résistance ajustable à l'une des bornes d'entrée de l'amplificateur différentiel du thermostat électronique. Avantageusement, la résistance à fort coefficient de température est shuntée par une résistance de linéarisation. La variation de résistance de la résistance CTN fixée sur l'ailette de refroidissement du triac modifie le rapport de division du pont de résistances en fonction de la température de celle-ci, et partant du rapport cyclique flalimentation/coupure". La tension de correction ainsi obtenue est appliquée, convenablement dosée, à l'une des entrées de l'amplificateur différentiel de façon à compenser exactement la dérive à supprimer. Le dispositif selon l'invention est particulièrement aisé à mettre en oeuvre et peut s'appliquer à de nombreux modèles de thermostats électroniques, tels que ceux par exemple, commercialisés par la Demanderesse sous les appellations TCA 280 A, TDA 1023 et TDA lu24, les deux premiers étant munis de générateurs autonomes de rampe de tension respectivement en dents de scie et en triangles, alors que le dernier, démuni de générateur autonome, peut être mis en oeuvre au moyen d'une rampe de tension extérieure d'origine thermique. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente le schéma de principe du dispositif de compensation selon l'invention appliqué à un thermostat électronique muni d'un générateur autonome de rampe de tension. La figure. 2 représente un diagramme temporel de fonctionnement du montage de la figure 1 lorsque la puissance commandée est réduite. La figure 3 représente un diagramme temporel de fonctionnement du montage de la figure 1 lorsque la puissance commandée est proche du maximum. La figure 4 représente le schéma de principe du dispositif de compensation selon l'invention appliqué à un thermostat électronique démuni de générateur autonome de rampe de tension. Sur la figure 1, les extrémités d'un convecteur de chauffage 1 sont reliées respectivement à une borne 2 du réseau par un conducteur 3, et à l'une des électrodes d'un triac 4, l'autre électrode de ce dernier étant connectée par un conducteur commun 5 à l'autre borne 6 du réseau. Un circuit 7 d'alimentation en courant continu est branché entre les conducteurs 3 et 5, les sorties négative et positive dudit circuit étant respectivement reliées au conducteur commun 5 et à un conducteur positif 8. Entre les conducteurs 5 et 8 est disposé un pont eonstitué d'une première résistance CTN 9 et d'une seconde résistance variable 10, le point commun à ces deux résistances étant relié à l'une des entrées d'un amplificateur différentiel Il; l'autre entrée de l'amplificateur Il est connectée, d'une part au point commun d'un pont de deux résistances 12 et 13 disposé entre les conducteurs 5 et 8 et, d'autre part, par une résistance 14 à la borne de sortie active d'un générateur 15 de rampe de tension faisant retour au conducteur commun 5. La sortie de l'amplificateur différentiel 11 est rèliée à l'entrée d'un amplificateur 16 muni d'une entrée d'inhibition à laquelle est connectée la sortie d'un circuit 17 détecteur de passage à zéro branché entre les conducteurs 3 et 5. Entre les conducteurs 5 et 8 est disposé un pont constitué par une résistance CTN 18 couplée thermiquement avec l'ailette de refroidissement 19 du triac 4, et par une résistance fixe 20, une résistance 21 de linéarisation étant disposée en parallèle avec la CTN 18. Une résistance ajustable 22 est disposée entre le point commun aux trois résistances 18, 20 et 21, et la seconde entrée de l'amplificateur 11. En regard des diagrammes des figures 2 et 3, le dispositif de compensation de la figure 1, appliqué à un thermostat électronique du genre TCA 280 A, fonctionne de la façon suivante: la sonde de température ambiante du local à chauffer est constituée par la résistance CTN 9 en série avec la résistance variable 10, cette dernière servant à régler le point de consigne du thermostat, en l'occurrence 200C. La tension de consigne ainsi obtenue, appliquée à l'une des entrées de l'amplificateur 11, est comparée sur l'autre entrée à une tension de référence fournie à partir du pont de résistances 12 et 13, tension de référence à laquelle est superposée la tension en dents de scie issue du générateur 15; selon que la tension de consigne est supérieure ou inférieure à la tension instantanée en dents de scie appliquée sur la seconde entrée de l'amplifiea- teur 11, le triac 4 est soit conducteur, soit bloqué. Au fur et à mesure que la température de la sonde 9 se rapproche du point de consigne, le rapport cyclique "alimentation/coupure" du triac 4 est de plus en plus faible pour arriver à la coupure complète lorsque ladite température est atteinte. Afin d'éviter la production de parasites radioélectriques, la présence du circuit détecteur 17 couplé à l'amplificateur 16 impose les commutations "alimentation/coupure" du triac 4, ou viceversa, au passage à zéro de la sinusoide du secteur. Sur les diagrammes des figures 2 et 3, on a représenté à la partie inférieure la tension du secteur appliquée au convecteur 1, et à la partie supérieure la rampe de tension issue du générateur 15, ladite rampe étant figurée en traits pleins lorsque le dispositif compensateur n'est pas en service, et en traits interrompus lorsqu'il est en fonctionnement. On peut remarquer sur la figure 2 que ce diagramme correspond à des conditions de fonctionnement caractérisées par un faible écart entre la température extérieure et la température ambiante désirée du local à chauffer, c'est-à-dire 200C; dans ces conditions, le convecteur 1 n'est alimenté que pendant une faible fraction de la période de la dent de scie et les coupures se produisent tout au début de celle-ci (trait plein); il en résulte qu'au lieu de se stabiliser à la température désirée de 200C, la température ambiante s'établit à 210C. Inversement, sur le diagramme de la figure 3, le convecteur 1 est alimenté pendant la presque totalité de la période de la dent de scie, ce qui signifie qu'il existe un écart sensible entre la température extérieure et celle du local, écart entraînant des pertes importantes que le convecteur doit compenser; dans ces conditions, les coupures se produisent vers la fin de la période de la dent de scie (trait plein) et la température ambiante se stabilise vers 19 C. On peut remarquer dans ces conditions que la coincidence entre la température désirée et la température effectivement obtenue ne se produit qu'au voisinage du fonctionnement à demi-puissance du convecteur 1, lorsque les coupures se produisent vers le milieu de la période de la dent de scie (trait plein). Comme indiqué précédemment, l'écart ainsi observé de + 100 par rapport à la température désirée pour les deux conditions extrêmes de fonctionnement illustrées par les diagrammes en traits pleins des figures 2 et 3 joue en sens inverse de la sensation de confort physiologique; en effet, la température ambiante minimale de 19 C est obtenue pour un écart important de température entre l'extérieur et l'intérieur où l'effet de "paroi froide est particulièrement sensible; inversement, la température de 2100 obtenue pour un faible gradient de température entre l'extérieur et l'intérieur peut sembler excessive. Le dispositif eompensateur selon l'invention agit de la façon suivante: dans les conditions de fonctionnement illustrées par le diagramme de la figure 2, le rapport l'alimentation-coupure" du triac 4 est très faible, ce qui fait que la température de l'ailette de refroidissement 19 et, par conséquent, celle de la CTN 18 qui lui est thermiquement couplée, est basse; dans ces conditions, la tension délivrée par le pont de résistances 18-20 via la résistance variable 22 à la seconde entrée de l'amplificateur 11 est élevée et déplace vers le haut d'une valeur +e la tension en dents de scie superposée (trait interrompu, figure 2). Inversement, dans les conditions de fonctionnement illustrées par le diagramme de la figure 3, le rapport important "alimentation/ coupure" du triac 4 fait que, la température de l'ailette 19 et de la résistance 18 qui lui est couplée est élevée, ce qui fait décroître la tension fournie par le pont de résistances 18-20, et déplace vers le bas la tension en dents de scie d'une valeur -R. Par un choix judicieux des éléments du pont et par l'ajustage de la valeur de la résistance 22, il est aisé de faire en sorte que le point d'intersection entre la tension de consigne et la dent de scie s'effectue toujours pour un niveau correspondant à une température d'équilibre de 200C pour toute la durée de la période de ladite dent de scie lorsque le rapport cyclique "ali mentation/coupure" du triac 4 varie du minimum au maximum. Sur la figure 4, dont les références sont communes avec celles de la figure 1, le thermostat représenté est du genre TDA 1024, dont les différences essentielles avec celui de la figure 1 résident en l'absence d'un générateur de dents de scie, et au fait que la résistance CTN 9 est couplée thermiquement au convecteur 1; en fait, mis à part la fonction du circuit 17 détecteur de passage à zéro, le circuit TDA 1024 est l'équivalent purement électronique d'un thermostat thermo-électrique classique à bilame ou à bulbe. En l'absence d'un générateur de tension en dents de scie autonome, il est aisé d'y remédier au moyen d'un montage connu dans lequel la CTN 9, couplée thermiquement avec le convecteur 1, joue alors-le rôle de sonde nd'anticipation", ce qui revient à créer une rampe de tension d'origine thermique sur la première entrée de l'amplificateur Il; la CTN 9 n'est plus seulement sensible à la température ambiante, mais également aux variations de température du convecteur 1, variations rapides à la mise sous tension et lentes à la coupure, la température ambiante d'équilibre étant ajustée à l'aide de la résistance 10. Compte tenu des différences de structure et de fonctionnement du montage de la figure 4 avec celui de la figure 1, on constate qu'il présente, en l'absence du dispositif de compensation, les mêmes défauts de dérive de température d'équilibre en fonction du rapport "alimentation/coupure" du triac 4. On peut remarquer que, contrairement au montage de la figure 1, la tension de compensation n'agit pas sur la même entrée que celle où est appliquée la rampe de tension; de ce fait, ce n'est pas la rampe qui est décalée par la tension de compensation, mais la tension de référence, ce qui du point de vue explications de fonctionnement revient exactement au meme. Dans un but de simplification, on n'a pas représenté sur le schéma de la figure 4 des dispositions spécifiques au TDA 1024, à savoir le circuit d'adaptation d'entrée de la tension de consigne, ainsi que le dispositif permettant d'obtenir un taux variable d'hystérésis. . - REVENDICATIONS 1,- Procédé de compensation de la dérive de la température d'équilibre d'un local à chauffage électrique régulé au moyen d'un thermostat électronique comportant entre autres un amplificateur différentiel aux entrées duquel sont appliquées respectivement une tension fixe de référence et une tension variable de consigne, une rampe de tension étant superposée soit à l'une, soit a l'autre des deux tensions précitées et la sortie dudit amplificateur étant couplée par un amplificateur a un interrupteur a semiconducteur disposé en série avec le convecteur de chauffagefidu local, sensiiement caracterisé en ce qu'une tension de correction/proportionnelle au rapport cyclique "alimentation/coupure" de l'interrupteur à semiconducteur est-appliquée dans un sens convenable sur l'une des entrées de l t amplificateur différentiel. 2.- Procédé de compensation de dérive selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension de correction est obtenue a partir de la grandeur de la puissance dissipée dans l'interrupteur a semiconducteur. 3.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de compensation de dérive selon l'ensemble des revendications 1 et 2, dispositif comportant un thermostat électronique muni d'un circuit d'alimentation en courant continu et coopérant avec un triac fixé sur une ailette de refroidissement a laquelle est couplée thermiquement une résistance à fort coefficient de température, carac térisé en ce que, la résistance a fort coefficient de température constituant avec une autre résistance un pont disposé aux bornes de sortie du circuit d'alimentation, le point commun aux deux résistances est connecté par l'intermédiaire d'une résistance ajustable a l'une des bornes d'entrée de l'amplificateur différentiel du thermostat électronique. 4.- Dispositif de compensation de dérive selon la revendication 3, caractérisé en ce que la résistance a fort coefficient de température est shuntée par une résistance de linéarisation. 5.- Dispositif de compensation de dérive selon l'ensemble des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le thermostat électronique comporte un générateur autonome. de rampe de tension 6.- Dispositif de compensation de dérive selon l'ensemble des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le générateur de rampe de tension du thermostat électronique est constitué par une résistance a fort coefficient de température couplée thermiquement avec le convecteur de chauffage.