Brevet FR2360124A1 — publié le 19780224

L'invention concerne un procédé de contrôle de commutation de la puissance de chauffage dans un appareil electrodomestique à programmateur, ledit programmateur comportant un micromoteur ou une bobine de fonction thermostatique alimenté par une tension électrique, la commutation de la puissance de chauffage n'étant possible que pour certaines conditions de fonctionnement de l'appareil électrodomestique. Il est connu, dans les appareils electrodomestiques tels que machines à laver, lave vaisselle, etc, de commander la régulation de la température de chauffage à l'aide d'un thermostat. Ce thermostat agit sur un commutateur dont les contacts doivent ttre capables de supporter un ampérage important. Les thermostats classiques utilisés, du type à chambre de dilatation ou à bilame présentent de nombreux inconvénients parmi lesquels on peut citer : le manque de précision, la production de parasites radiophoniques, le manque de fiabilité des contacts, la surchauffe ou l'ébullition en cas de rupture de la liaison de ltélément sensible aux moyens de commande, la difficulté d'implantation sur l'appareil, le manque de souplesse pour l'établissement des températures. L'électronique permet de leur substituer des solutions dans lesquelles les éléments sensibles sont des thermistances qui présentent de meilleures caractéristiques. Généralement, on utilise un circuit dans lequel la thermistance commande un triac ou un relais qui alimente directement l'élément de chauffage par une commutation du type à zéro ou par commutation cyclique. Un tel circuit vient s'ajouter aux éléments déjà existants dans l'appareil et dont certains sont déjà prévus pour commuter la puissance de chauffage. Tel est le cas, par exemple, dans une machine à laver du programmateur, ou de la bobine de fonction thermostatique ou des détecteurs de pression et/ou de température. L'invention a pour but un procédé de contrôle de la commutation de la puissance de chauffage utilisant un dispositif de commutation déjà disponible dans 1 appareil et servant à d'autres fonctions. Le procédé de contrle, selon l'invention, de la commutation de la puissance de chauffage dans un appareil électrodomestique à programmateur, ledit programmateur comportant un micromoteur ou une bobine de fonction thermostatique alimenté par une tension électrique, la commutation de la puissance de chauffage n'étant possible que pour certaines conditions de fonctionnement de l'appareil electrodomestique, est remarquable en ce que l'alimentation électrique du micromoteur ou de la bobine de fonction thermostatique du programmateur est commandée par un dispositif interrupteur électronique dont le fonctionnement est lié à la fourniture, par un élément détecteur d'une variable physique dépendant des conditions de fonctionnement de l'appareil, d'un signal de grandeur préalablement déterminé. Le dispositif de contrôle pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est remarquable en ce que le dispositif interrupteur électronique est constitué d'au moins un pont de redressement, la première diagonale du pont étant reliée au secteur alternatif, le micromoteur ou la bobine de fonction thermostatique du programmateur étant alimenté en série entre une phase du secteur et une extrémité de ladite diagonale, la deuxième diagonale du pont faisant partie d'un circuit comportant notamment l'élément détecteur d'une variable physique dépendant des conditions de fonctionnement de l'appareil. Le circuit comportant la deuxième diagonale du pont est constitué d'au moins un transistor dont le collecteur et l'émetteur sont en parallèle aux bornes de la diagonale, la base étant reliée à la sortie d'un circuit de comparaison comportant notamment l'élément détecteur. L'élément détecteur électrique ou électronique est un capteur de température ou une jauge de niveau ou de pression. Le circuit incorporant la deuxième diagonale du pont de redressement comporte un circuit trigger comparant la tension fixée par un sélecteur et la tension fournie par l'élément détecteur. Le circuit trigger comporte une mémoire à deux transistors. L'élément détecteur est constitué d'une thermistance CTN et d'un transistor, la CTN étant en série avec une résistance, le point milieu étant relié à la base du transistor, l'émetteur à l'autre extrémité de la CTN, et le collecteur à l'autre extrémité de la résistance. Les explications et figures données ci-après à titre d'exemple permettront de bien comprendre l'invention. La figure 1 est le schéma fonctionnel du procédé. selon l'invention. La figure 2 est le schéma simple de principe du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. La figure 3 est le schéma de principe d'une réalisation du dispositif. La figure 4 est un schéma de principe de réalisation d'un élément détecteur du niveau de l'eau dans la cuve d'une machine à laver. La figure 5 est un exemple de réalisation de commande par l'élément détecteur représenté figure 4. La figure 1 est le schéma fonctionnel du procédé selon l'invention. Le commutateur de puissance de chauffage dans un appareil électrodomestique, et selon un exemple, d'une machine à laver peut être constitué du programmateur de la machine. En effet, le programmateur possède des contacts destinés à la commutation de la puissance électrique importante représentée par l'alimentation des thermoplongeurs de chauffage et peut assurer la fonction de commutation par la mise en marche ou l'arrêt de son moteur. La puissance électrique nécessaire est délivrée aux organes de chauffage, lorsque, par exemple, dans une machine à laver la température du bain lessiviel nta pas atteint la valeur prévue et/ou que le niveau de l'eau dans la cuve correspond à la quantité prévue pour le cycle de chauffage. La température ou le niveau de l'eau est contré par un élément détecteur tel que par exemple une thermosonde ou un pressostat ou une jauge de niveau d'eau. Selon le procédé conforme à ltinvention, le micromoteur du programmateur ou la bobine de fonction thermostatique 1 alimenté par une tension électrique est commandé par un dispositif interrupteur électronique 2 dont le fonctionnement est lié à la fourniture, par un élément détecteur 3 d'une variable physique (température, niveau d'eau, pression d'eau, etc.) dépendant des conditions de fonctionnement de l'appareil domestique, d'un signal de grandeur préalablement déterminée par exemple, un détecteur 4. Le micromoteur ou la bobine 1 est donc en série avec le dispositif interrupteur 2 sur l'alimentation électrique de l'appareil représentée par les bornes 5 et 6. La figure 2 est un schéma de principe d'une réalisation de dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Le dispositif interrupteur électronique 2 de la figure i est représenté plus en détail dans cette figure. Ledit dispositif interrupteur est constitué d'au moins un pont de redressement 7. La première diagonale 8.9 du pont est reliée au secteur alternatif 5.6, le micromoteur ou la bobine 1 du programmateur étant placé en série entre la borne 5 du secteur et l'extrémité 8 du pont. La deuxième diagonale 10.11 du pont fait partie d'un circuit comportant notamment l'élément détecteur 3 de la variable physique dépendant des conditions de fonctionnement de, par exemple, la machine à laver. Selon des réalisations plus particulièrement destinées à des machines à laver, l'organe à commander 1 est le moteur de programmateur ou la bobine de relais, ou la bobine de l'électroaimant de fonction thermostatique du programmateur. Cet organe est mis en série avec un pont de diodes 7. Ce pont est court-circuité par un circuit comportant l'élément détecteur 3. Le circuit est réalisé de manière qu'un transistor 12 court-circuite le pont, le transistor étant lui-m#me commandé par un signal résultant de deux tensions connues - l'une fixée par le sélecteur 4. Ce sélecteur peut délivrer, soit d'une-façon fixe ou continue, une tension étalonnée et stabilisée, - l'autre délivrée par l'élément capteur 3, qui selon une forme de réalisation est une résistance à coefficient de température négatif (CTN) dont l'impédance varie avec la température suivant une courbe connue. Cet élément capteur peut également être un capteur capacitif permettant de détecter un niveau. Le transistor 12 est donc monté collecteur et émetteur reliés aux extrémités 10 et il du pont par l'intermédiaire de résistances 13 et 14, tandis que sa base est reliée à la sortie du circuit de comparaison des tension sélecteur 4 et tension capteur 3. La figure 3 donne le schéma de principe complet d'un dispositif de commande thermostatique selon l'invention, dispositif que l'on désignera sous le nom de thermostat électronique. il comprend en fait trois étages - l'étage de sortie, comprenant un pont de diodes et un transistor, - l'étage déclencheur dénommé "trigger", à mémoire, constitué de deux transistors, - l'étage commande du trigger, composé d'une combinaison série de la valeur de consigne et de la sonde constituée principalement d'une CTN dans le cas d'un thermostat, ou d'une sonde détectant par capacité les niveaux dans un tube approprié. L'étage de sortie comporte quatre diodes : D1, D2, D3, D4, montées en pont, délivrant une tension redressée double alternance pour l'alimentation des circuits électroniques en courant pulsé pour le transistor Ti et en courant filtré par la diode d'isolement D6 et le condensateur C6-. Ce pont alimente également la charge constituée d'un micromoteur ou d'une bobine d'électro en courant alternatif. T1 à l'état saturé donne un courant maximum limité par Ri et R2, qui équivaut à placer une impédance de faible valeur aux bornes + et - et donc de donner le fonctionnement à la charge. Lorsque Ti est à l'état bloqué, il existe un courant très faible sous forte impédance à travers l'ensemble et qui alimente les étages de contrôle de régulation de température à travers les résistances R4 et R5 et qui rend inopérante la charge, car ce courant est inférieur au courant nominal. Le transistor T2 monté en collecteur commun au point milieu 54 - R5 et chargé en émetteur par R3 permet une amplification en courant telle que Ti se sature par admission d'un courant de base dont la valeur est supérieure à Ic saturation c'est-à-dire courant collecteur saturation mini gain mini La résistance R2 donne à l'état saturé une contre-réaction d'émetteur de T1 donnant une stabilité thermique interdisant son fonctionnement lors d'un courant de fuite ICEO de T2. L'étage trigger est alimenté à travers R5 en tension par la zener Z1 Il comporte deux transistors T3 et T4 montés en cascade avec une résistance commune d'émetteur R7. Lorsque T4 est rendu conducteur par un courant base résultant de l'étage d'entrée, sa tension collecteur diminue et le transistor se bloque : en effet, sa tension de base par rapport à l'émetteur se trouve à la tension de saturation de T4 par R8. Les condensateurs C4 et C3 éliminent les pics de tension pouvant apparattre sur les bases des transistors T3 et T4 et donnent des constantes de temps d'allumage de ces deux transistors différentes, telles que dès la mise sous tension, T4 est toujours bloqué et T3 toujours saturé, ce qui donne l'état de fonctionnement de l'ensemble si la consigne le permet. La résistance R9 de réaction, en ramenant la tension collecteur T3 à la meme valeur que la tension base de T4, verrouille la bascule dans son état initial. T3 bloqué, la tension collecteur est maximum : le courant de base de T4 est tel que ce dernier se sature et reste dans cet état. Lorsque T3 est saturé, sa tension collecteur est faible et le courant de base de T4 est tel que ce dernier se bloque et T3 reste saturé par le pont R10.R8. La zener Z2 augmente artificiellement l'impédance de base de T4 et élève donc la tension de commande de ce dernier, de façon à adapter le niveau de commande de T4 à la dynamique de la sonde et des résistances de consigne. La CTN R14, en série avec R13, compense par atténuation de la tension les variations de la tension base émetteur de T3 et T4 en fonction de la température ambiante. L'étage de commande du trigger est composé, dans le cas du thermostat électronique, d'une sonde et du sélecteur en série. La sonde, constituée d'une CTN en série avec R19, est placée entre base et émetteur de T6. La base de T6 est alimentée par R21. Cette originalité permet de linéariser la tension dynamique recueillie aux bornes 51 - S2. En effet, la courbe # R / #t - résistance / température, est une fonction exponentielle décroissante de la température et nous devons obtenir une échelle linéaire de température en sortie. Les deux lois de variations combinées de cette CTN et du VBE (tension base émetteur) de T6 qui est une exponentielle inverse de celle de la CTN donnent une loi résultante linéaire. Le sélecteur est composé dans ce cas de figure d'un potentiomètre Pi muni d'un interrupteur Ki. Le contact K2 du programmateur donne une valeur fixe de consigne indépendante de la position de P1. K2 ouvert, TS est saturé et le potentiomètre est mis en service avec une résistance butée constituée de R16 en parallèle sur R17 et Ri8. K2 fermé, T5 se bloque et les résistances de consigne R17 et R18 sont mises en service indépendamment du potentiomètre. Ce montage particulier permet d'obtenir avec un seul contact de programmation K2 les deux fonctions suivantes - utilisation d'un seuil fixe, - utilisation d'une échelle continue de température, grâce à la variation du potentiomètre. Le contact K1 du potentiomètre ouvert donne une résistance équivalente de consigne telle que le thermostat fonctionne immédiatement. Elle équivaut à une température de consigne nulle. Le principe de ce montage est tel que l'on obtient les sécurités suivantes 1 )Sonde déconnectée, la bascule est alimentée, le thermostat fonctionne. L'ébullition ou la surchauffe sont évitées sur ltorgane à protéger. 20) Sélecteur débranché, on obtient la même sécurité. 30) Le court-circuit sur l'alimentation provoque également la même sécurité. Cet avantage est fondamental par rapport au thermostat classique. Le mode de sélection peut revêtir plusieurs formes. Il peut être avantageusement - soit un potentiomètre linéaire permettant donc une variation continue de température dans l'échelle prévue, - soit des résistances fixes permettant une infinité de solutions programmées par l'appareil lui-m#me, - soit un sélecteur à touches ou autre dispositif connu de choix des températures, tel que les dispositifs de commande électronique du type ntouch control". Ceci permet une grande souplesse d'adaptation de l'appareil thermostaté : on peut concevoir soit un sélecteur de température par bonds, par variation continue, par commande intégrée à une minuterie ou un programmateur, soit le thermostat lui -meAme. On obtient ainsi, par rapport au système classique à commande par triac ou relais connus, les avantages suivants - la conception série du système permet une bonne fiabilité du circuit, car les éléments électroniques sont toujours chargés par une impédance de charge élevée qui les protège des surcharges, - quand le thermostat n'est pas en fonctionnement, on court-circuite le thermostat complet, ce qui le met à l'abri des surtensions aléatoires et réduit fortement son temps d'utilisation, - on accrott la fiabilité de l'appareil régulé en température, car contrairement au système classique mécanique ou au thermostat électronique connus, une panne ou un élément débranché ne provoque pas la surchauffe continue, - la souplesse de réglage est infinie et les variations des seuils de température à obtenir peuvent revêtir de nombreuses formes mécaniques ou électroniques (touch control par exemple), - la conception du circuit très faible intensité en fait un élément fiable avec des composants simples, - la sensibilité de l'appareil est accrue par rapport aux dispositifs classiques et mécaniques et peut être ajustée en fonction de la précision des éléments, - les dimensions de l'appareil sont telles qu'il peut être avantageusement incorporé au programmateur des machines à laver le linge ou la vaisselle.On réduit ainsi le coût de la fonction régulation de température, - en plaçant la sonde judicieusement sur les appareils équipés du thermostat électronique, on peut réaliser une protection contre la surchauffe ou le chauffage à sec, Le dispositif de commande par la pression ou le niveau d'eau que l'on désignera par pressostat électronique ne diffère que par le troisième étage de commande du trigger. Le pressostat électronique, qui utilise les mêmes éléments de sortie et de régulation, remplace avantageusement ces dispositifs mécaniques, généralement des forte intensité, par des moyens légers et plus fiables. Le programmateur de la machine assure à lui seul la commutation, de puissance désirée. En effet, il est noté par exemple que dans ces produits, l'élément chauffant est alimenté à travers au moins trois ou quatre éléments dont la puissance de commutation doit être telle qu'elle puisse commander 3 KW sans danger. On rencontre, en effet, pour cet usage le programmateur, le pressostat lié aux niveaux d'eau et le theraostat, auxquels il est quelquefois utile d'ajouter la protection thermique de chauffage à sec. Ces organes de puissance sont remplacés par le seul programmateur qui assure par passage d'un pas à un autre 10 le remplissage (1er pas) 20 la commande du chauffage (2e pas). La commande par pression ou niveau d'eau utilise les mêmes étages de sortie et le même trigger que la commande par température, l'étage de commande du trigger étant adapté à la prise des niveaux d'eau suivant la figure 4. Selon une forme de réalisation, des anneaux métalliques montés sur un tube plastique détectent, par variation de capacité, le niveau dans la cuve. La figure 5 donne un exemple de réalisation, qui utilise un circuit intégré différentiel, où après détection des capacités C1 à C n constituées de bagues enfilées sur un tube plastique parcourues librement par l'eau de la cuve, et après comparaison à 3 ou n seuils de consigne, on amplifie et on dispose en sortie de trois niveaux d'impédance déterminant le démarrage du micromoteur, et donc son passage de pas. Le dispositif étant très simplifié et ne possédant pas notamment de différentielle assurant la mise à niveau constante en fonction de l'absorption de l'eau dans le linge, on dispose, après remplissage, de plusieurs pas de remplissage où s'effectuera la mise à niveau dans la cuve. Les avantages en sont évidents. On retrouve une souplesse très grande dans le choix des niveaux, le dispositif est très bon marché, puisqu'il utilise des éléments communs au thermostat et au pressostat. D'autre part, le capteur étant statique, on obtient une fiabilité accrue, de l'ensemble. Il donne également la possibilité à l'utilisateur d'ajuster très facilement le niveau d'eau dans la machine. La figure 5 décrit une application qui n'est pas limitative : on peut utiliser notamment les dispositifs à capteur magnétique ou infra-rouge. Le principe de fonctionnement est très simplifié. La figure 5 en donne un exemple d'application. On dispose en entrée des capacités C1, C2, C3 etc. constituées d'anneaux métalliques sur le tube, qui peuvent être en nombre illimité. A ces capacités correspond une tension d'entrée respectivement délivrée par des résistances Pi, P2, P3, etc. ajustées à une valeur donnée. Le circuit comparateur, qui peut être constitué d'un circuit intégré connu, délivre des tensions fixes correspondantes qui sont appliquées au trigger en Si et S2. A un seuil de capacité d'entrée donné correspond une impédance de sortie qui permet le fonctionnement du trigger. REVENDICATIONS : 1. Procédé de contrôle de commutation de la puissance de chauffage dans un appareil électrodomestique à programmateur, ledit programmateur comportant un micromoteur ou une bobine de fonction thermostatique alimenté par une tension électrique, la commutation de la puissance de chauffage n'étant possible que pour certaines conditions de fonctionnement de l'appareil électrodomestique, caractérisé en ce que l'alimentation électrique du micromoteur ou de la bobine de fonction thermostatique est commandée par un dispositif interrupteur électronique dont le fonctionnement est lié à la fourniture, par un élément détecteur d'une variable physique dépendant des conditions de fonctionnement de l'appareil, d'un signal de grandeur préalablement déterminée. 2. Dispositif de contrôle de commutation de la puissance de chauffage pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif interrupteur électronique est constitué d'au moins un pont de redressement, la première diagonale du pont étant reliée au secteur alternatif, le micromoteur du programmateur ou la bobine de fonction thermostatique étant alimenté en série entre une phase du secteur et une extrémité de ladite diagonale, la deuxième diagonale du pont faisant partie d'un circuit comportant notamment l'élément détecteur d'une variable physique dépendant des conditions de fonctionnement de l'appareil. 3. Dispositif de contrôle de commutation de la puissance de chauffage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit comportant la deuxième diagonale du pont est constitué dsau moins un transistor dont le collecteur et l'émetteur sont en parallèle aux bornes de la diagonale, la base étant reliée à la sortie d'un circuit de comparaison comportant notamment l'élément détecteur. 4. Dispositif de contrôle de commutation de la puissance de chauffage selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que 11 élément détecteur est un capteur électrique ou électronique de température. 5. Dispositif de contre de commutation de la puissance de chauffage selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'élément détecteur est une jauge de niveau. 6. Dispositif de contrôle de commutation de la puissance de chauffage selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le circuit incorporant la deuxième diagonale de pont de redressement comporte un circuit trigger comparant la tension fixée par un sélecteur et la tension fournie par l'élément détecteur. 7. Dispositif de contrôle de commutation de la puissance de chauffage selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit trigger comporte une mémoire à deux transistors. 8. Dispositif de contrôle de commutation de la puissance de chauffage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément détecteur est constitué d'une thermistance CTN et d'un transistor, la CTN étant en série avec une résistance, le point milieu étant relié à la base du transistor, l'émetteur à l'autre extrémité de la CTN, et le collecteur à l'autre extrémité de la résistance