Brevet FR2466717A1 — publié le 19810410

"DISPOSITIF COMBINE DE DELESTAGE ET DE PROGRAMMATION D'UNE INSTALLATION DE CHAUFFAGE ELECTRIQUE" La présente invention concerne un dispositif combiné de délestage et de programmation d'une installation de chauffage électrique pourvue d'une pluralité de convecteurs munis chacun d'un thermostat électronique, ledit dispositif comportant entre autres un transformateur d'intensité couplé à un circuit comparateur et un conducteur de télécommande des convecteurs chauffants. On sait que la consommation d'énergie électrique se caractérise par de fortes irrégularités journalières et saisonnières comportant des "pointes" de consommation que la production a de plus en plus de mal à satisfaire, particulièrement depuis le développement du chauffage électrique dit 11intégré" pour des locaux d'habitation à isolation thermique poussée. Jusqu'a présent la règle était d'accorder à l'abonné une puissance "compteur" tenant compte de la somme des puissances de tous les équipements utilisés ; dans le cas où le chauffage intégré est utilisé, ceci amène à une puissance installée considérable en raison de l'éventualité d'utilisation simultanée d'appareils électro-ménagers gros consommateurs d'énergie, tels que les lave-linge et les lave-vaisselle. Il en résulte en période hivernale un risque de surcharge générale du réseau pouvant entraîner des délestages collectifs volontaires, voire une disjonction accidentelle en "chalne" comme cela s'est produit récemment. On a proposé différents moyens de délestage d'une voie "non prioritaire" d'une installation électrique, notamment pour des installation industrielles. Le brevet français 2 349 988 décrit une installation de délestage qui agit par commutation cyclique variable sur des interrupteurs statiques disposés en série avec la charge de la voie non prioritaire ; on peut voir que cette installa tion nécessite une câblerie importante et la présence d'un ré seau de filtrage des perturbations radioélectriques en gendrées par ce mode de commutation. Un des buts de l'invention est de réaliser un dispositif de délestage d'une voie non prioritaire ne nécessitant qu'un minimum de moyens en composants et en cablerie. Un autre but de l'invention est d'autoriser une modulation de puissance cyclique de la voie non prioritaire par la simple adjonction d'un système programmateur journalier. Selon l'invention, le dispositif combiné de délestage et de programmation d'une installation de chauffage électrique pourvue d'une pluralité de convecteurs munis chacun d'un thermostat électronique, ledit dispositif comportant entre autres un transformateur d'intensité couplé à un circuit comparateur de tensions et un conducteur de télécommande des convecteurs chauffants est notamment remarquable en ce que la sortie du circuit comparateur est couplée à l'électrode de commande d'un transistor par un réseau à faible constante de temps de charge et à forte constante de temps de décharge, l'électrode de sortie dudit transistor étant connectée à l'extrémité "amont" du conducteur de télécommande, l'extrémité "aval" de ce dernier étant raccordée à chacun des thermostats électroniques par un circuit de couplage, et en ce qu'un système programmateur cyclique est couplé à l'électrode de commande du transistor précité. Avantageusement, l'extrémité "amont" du conducteur de télécommande peut être reliée par un inverseur à une cellule de redressement fournissant une tension redressée pulsée de polarité inverse de la tension disponible sur l'électrode de sortie du transistor. En l'absence de surcharge de l'installation et d'ordre de réduction de puissance de chauffage issu du programmateur, le conducteur de télécommande ne transmet pas d'information et la température de consigne de chaque convecteur est déterminée par le réglage manuel associé à chaque thermostat électronique. En présence d'une surcharge, le circuit comparateur délivre une tension qui rend le transistor conducteur en une fraction de seconde, et la ligne transmet cette information sous la forme d'une variation de tension à chaque thermostat dont la température de consigne est ainsi simultanément aboissée ; les convecteurs qui sont les plus proches de leur point de coupure cessent aussitôt d'être alimentés, ce qui supprime la surcharge, mais la tension de télécommande ne décroit alors que très lentement, ce qui fait remonter parallèlement la température de consigne , si la cause de la surcharge persiste, le transistor est de nouveau rendu conducteur et le processus se répète jusqu'à la disparition de celle-ci. En fonction programmation, le transistor est porté cycliquement en régime de saturation ce qui transmet sur le con ducteur de télécommande une tension continue fixe abaissant d'une quantité déterminée la valeur de température de consigne de chaque thermostat pendant des périodes de temps choisies, par exemple la nuit,ou à des heures d'inoccupation des locaux. Par le jeu d'un simple inverseur, le dispositif selon l'invention permet également la transmission d'une information destinée à abaisser fortement la température de consigne des thermostats et correspondant à un régime de chauffage réduit dit "hors-gel". Le dispositif selon l'invention ne nécessite qu'un minimum de composants et l'installation d'un conducteur de télécommande unique et de faible section. Contrairement aux autres dispositifs connus, il n'agit pas directement sur la puissance des appareils à délester, mais indirectement par le biais de la température de consigne des thermostats, ce qui lui confère une grande souplesse de fonctionnement. En raison du volant thermique important des locaux d'habitation, l'action du dispositif selon l'invention ne cause qu'un minimum de désagrément à l'usager, tout au moins pour des surcharges limitées dans le temps telles que celles correspondant à la durée dû cycle "chauffage" d'une machine à laver le linge ou la vaisselle. Enfin, le dispositif selon l'invention peut coopérer avec tous les types de thermostats électroniques, que ceux-ci soient du type "proportionnel" ou "tout-ou-rien La description qui va suivre, en regard des schémas an nexés, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente le schéma synoptique d'une installation électrique domestique munie du dispositif selon l'invention. La figure 2 représente, en fonction du temps, la variation de la tension de sortie du dispositif selon l'invention en régime de délestage. La figure 3 représente le schéma-de principe d'un thermostat électronique de convecteur de chauffage agencé pour être commandé par le dispositif selon l'invention. La figure 4 représente, en fonction du temps, l'évolution de la température de -consigne du thermostat électronique de la figure 3 au cours de différents régimes de fonctionnement du dispositif selon l'invention. Sur la figure 1, les conducteurs de neutre 1 et de phase 2 de l'installation électriques sont raccordés aux bornes correspondantes 3 et 4 du secteur, le premier directement et le second à travers l'enroulement primaire 5 d'un transformateur d'intensité. Entre les conducteurs 1 et 2 sont disposés deux charges prioritaires 6 et 7, la première étant constituée par exemple par un appareil electro-ménager et la seconde par un circuit d'éclairage, et deux charges non prioritaires 8a et 8b constituées par deux convecteurs de chauffage disposés en série avec deux thermostats électroniques 9a et 9b. L'anode d'une diode de redressement 10 est réunie au conducteur de phase 2, tandis que la cathode est reliée par une résistance 11 à la cathode d'une diode zéner 12 dont l'anode est connectée au conducteur neutre 1. A la cathode de la diode zéner 12 est branché un conducteur positif 13, un condensateur électrochimique de filtrage 14 étant par ailleurs disposé entre ledit conducteur et le neutre 1. Les extrémités de l'enroulement secondaire 15 du transformateur d'intensité, shunté par une résistance d'amortissement 16, sont reliées, l'une au conducteur positif 13, et l'autre à l'entrée négative d'un circuit comparateur de tension 17, l'entrée positive de ce dernier étant connectée au point commun de deux résistances 18 et 19 réunies respectivement au conducteur positif 13 et au neutre 1. La sortie du comparateur 17 est, d'une part rétrocouplée à son entrée négative par une résistance 20, et d'autre part connectée par une résistance 21 à la cathode d'une diode 22 dont l'anode est réunie à la base d'un transistor 23, de type PNP. Un interrupteur de programmation 24 entrainé par un moteur 25 est disposé entre la base du transistor 23 et le neutre 1 à travers une résistance 26. Entre le conducteur positif 13 et la base du transistor 23 sont disposés respectivement une résistance 27 et un condensateur électrochimique 28 tandis qu'une résistance 19 est intercalée entre ledit conducteur 13 et l'émetteur du transistor 23. Le collecteur du transistor 23 est réuni à l'un des plots d'un inverseur unipolaire 30, l'autre plot étant conr necté à l'anode d'une diode de redressement 31 dont la cathode est reliée par une résistance32 au conducteur de phase 2. Le plot commun de l'inverseur 30 est relié, d'une part au conducteur 1 par une résistance 33, et d'autre part aux entrées 34a et 34b de deux circuits 35a et 35b de couplage aux thermostats électroniques 9a et 9b par un conducteur de télécommande 36. Le dispositif selon l'invention fonctionne de la façon suivante en supposant l'interrupteur 24 ouvert et l'inverseur 30 placé du côté droit -la totalité du courant consommé par les différentes charges de l'installation parcourt l'enroulement primaire 5, ce qui developpe aux bornes de l'enroulement secondaire 15 une tension alternative dont la grandeur est proportionnelle à l'intensité circulant dans le conducteur de phase 2 ; tant que la tension de crête des demi-alternances positives appli quées à l'entrée négative du comparateur 17 est inférieure à la tension de référence appliquée à l'entrée positive, la sortie dudit comparateur est positive, la diode 22 est blo quée, le transistor 23 également, et la tension du conducteur 36 est égale à celle du neutre 1 ; dans ces conditions, les -circuits de couplage 35a et 35b sont inactifs et la puissance moyenne délivrée par les convecteurs 8a et 8b est uniquement déterminée par la position du réglage de température de consigne des thermostats 9a et 9b. En cas de surcharge de l'installation, consécutive par exemple au branchement de la charge 6, la tension de crête des demi-alternances positives aux bornes de l'enroulement 15 dépasse le seuil du comparateur 17 et celui-ci bascule à chacune des demi-alternances pendant un laps de temps d'autant plus grand que la surcharge est plus importante ; à chaque basculement, le comparateur 17 délivre sur sa sortie une tension négative qui vient charger le condensateur 28 via la résistance 21 et la diode 22, la valeur de ladite résistance étant choisie de façon à ce que la durée de charge du condensateur 28 soit de l'ordre de 0,5 seconde; la tension négative ainsi appliquée à la base du transistor 23 débloque ce dernier et la tension aux bornes de la résistance de collecteur 33, qui croit de la façon représentée sur la figure 2 entre to et tl, est appliquée via le conducteur 36 et les circuits de couplage 34a et 34b aux thermostats électroniques 9a et 9b de façon à diminuer la température de consigne de ceux-ci ; du fait de cette diminution, l'un des convecteurs 8a ou 8b le plus près de son point de coupure cesse d'êtrealimenté, ce qui réduit l'intensité parcourant l'enroulement 5 du transformateur) et le comparateur 17 revient en position de repos ; à cet instant, le condensateur 28 ne reçoit plus d'énergie et se décharge, d'une part par la jonction base-emetteur du transistor 23, et d'autre part par la résistance 27 ; au cours de cette décharge, la diminution du courant de base du transistor 23 fait décroltre la tension aux bornes de la résistance 33, ce qui a pour effet de faire augmenter de nouveau la température de consigne des thermostats 9a et 9b ; au temps t2 (fig. 2) le convecteur précédemment coupé est de nouveau alimenté, et si la cause de surcharge persiste, le comparateur 17 recharge immédiatement le condensateur 28, le processus se répétant tant que la cause de ladite'surcharge n'a pas disparue. La constante de temps de décharge du condensateur 28 est choisie de façon à ce que l'intervalle de temps tl-t2 soit de l'ordre de 3 à 5 minutes ; on voit dans ces conditions qu'en régime de délestage la-pleine puissance n'est demandée au secteur, aux instants t2, t3, etc., que pendant la fraction de seconde nécessaire à la recharge du condensateur 28. On peut voir que le seuil d'apparition du régime de délestage en cas de branchement d'une charge prioritaire dépend essentiellement du nombre de convecteurs qui sont simultanément en service ; dans le cas particulier de la figure 1, l'installation ne comporte que deux convecteurs dont la cou pureet la mise en service sont commandés tout à fait erratiquement par leurs thermostats respectifs en fonction des carac téristiques du local dans lequel ils sont installés, tel que volume, coefficient de déperdition, etc. ; dans ce cas, le régime de délestage lors du branchement d'une charge prioritaire intervient lorsque les deux convecteurs sont simulta nément en service. Dans le cas fréquent de mise en oeuvre d'un plus grand nombre de convecteurs, la probabilité pour qu'ils soient simultanément en service est d'autant plus faible qu'ils sont plus nombreux, et le seuil d'apparition du régime de delestage en cas de branchement d'une charge prioritaire peut sans inconvénient être ajustée à un niveau correspondant au fonctionnement simultane d'un plus petit nombre de convec teurs, par exemple trois ou quatre si l'installation en comporte cinq. En régime de délestage, le transistor 23, qui fonctionne en amplificateur linéaire dont le gain est stabilisé par la présence de la résistance d'émetteur 29, transmet au câble 36 une information de nature analogique ; si l'on amène le transistor 23 à saturation, la tension aux bornes de la résistance 33 est maximale et l'information ainsi transmise au câble 36 est de nature numérique, pouvant être assimilée à un "1" logique ; selon l'invention cet état est mis à profit pour transmettre une information de programmation.On sait en effet que les installations de chauffage intégré ne béné- ficient généralement pas du tarif préférentiel "heures creuses" et qu'il est souhaitablable pour des raisons de confort et d'économie de réduire la température de consigne des convecteurs au cours de la nuit, ou durant le jour lorsque le local à chauffer est inoccupé. Dans le dispositif selon l'invention, ceci est réalisé au moyen de l'interrupteur 24 actionné par le moteur synchrone 25, les ouvertures et fermetures dudit interrupteur étant programmables au cours d'un cycle de 24 heures ; lorsque l'interrupteur 24 est fermé, la base du transistor 23 est polarisée par le pont de résistances 26-27 de façon à amener celui-ci en régime de saturation, et la tension maximale aux bornes de la résistance 33 est utilisée pour réduire d'une quantité déterminée la valeur de la température de consigne des thermostats 9a et 9b. I1 va de soi que le programmateur électromécanique du schéma de la figure 1 peut être aisément remplacé par un programmateur électronique statique dans lequel la fonction du moteur 25 est remplie par un générateur de rampe de tension constitué par un compteur coopérant avec un convertisseur numérique-analogique, l'interrupteur 24 étant par exemple un transistor pouvant être soit bloqué, soit saturé. I1 est évident que le fonctionnement en programmation exclut complètement le régime de délestage, mais cela ne présente aucun inconvénient puisque par définition l'abais sement cyclique de la température de consigne ne se produit qu'à des instants où les risques de surcharge sont quasi inexistants, c'est-à-dire durant la nuit, ou encore le jour lorsque le local est inoccupé. En résumé de ce qui précède, on peut voir que le conducteur de télécommande 36 peut prendre trois états par rapport au conducteur neutre 1 : une tension nulle correspondant au fonctionnement normal, une tension positive fluctuante correspondant au régime de délestage, et une tension positive fixe correspondant au régime de programmation. Pour certaines conditions d'installation de chauffage intégré, telles que maisons individuelles, petits immeubles, conditions climatiques très rudes, etc., il est souhaitable de disposer d'un quatrième régime de fonctionnement dit "hors-gel" où la température de consigne des thermostats est abaissée en-dessous de 100 C de façon à éviter que la température du local ne devienne négative en hiver. I1 serait théoriquement possible d'obtenir cette quatrième information à partir du seul transistor 23en lui réservant le régime de saturation, le régime de programmation étant alors intercalé entre celui-ci et le régime de délestage en utilisant un point intermédiaire de fonctionnement en régime de conduction du transistor. Toutefois, la forte excursion de tension nécessaire pour atteindre le point de consigne "hors-gel" ne permet pas dans ces conditions d'assurer les quatre fonctions avec toute la sécurité et la précision de fonctionnement nécessaires. Selon l'invention, la fonction "hors-gel" est réalisée en basculant l'inverseur 30 vers la gauche, ce qui porte le conducteur 36 à une tension négative pulsée par rapport au neutre 1, tension qui, après traitement par les circuits de couplage, 35a et 35b, abaisse les températures de consigne des thermostats 9a et 9b au niveau désiré. Sur la figure 3, dont les références sont communes avec celles de la figure 1, l'un des thermostats électroniques 35a ou 35b comporte un circuit intégré 37 commercialisé par la Demanderesse sous la référence TDA 1023, les numéros des d'entrées ou de sorties dudit circuit étant soulignés à l'intérieur de celui-ci. La borne d'entrée 16 est reliée par une résistance 38 à la cathode d'une diode de redressement 39 dont l'anode est réunie au conducteur de phase 2, tandis que la borne d'entrée 10 est également connectée au conducteur 2 par une résistance 40. La borne de sortie 11 de tension redressée est reliée à un conducteur positif 41, le filtrage de ladite tension étant assuré par un condensateur électrochimique 42 disposé entre la borne 14 et le conducteur neutre 1 auquel est également reliée la borne négative 13 de tension redressée. Entre la borne 12 et le conducteur 1 est disposé le condensateur électrochimique 43 du générateur de tension en dents de scie, tandis que sa borne de sortie 3 est couplée par une résistance 44 à la gâchette d'un triac 45 disposé entre le conducteur 1 et le convecteur 8, les bornes 7 et 8 étant par ailleurs directement reliées ensembles. La borne 6 est réunie au point commun d'un pont constitué par une thermistance 46 et une résistance 47, ledit pont étant disposé entre le conducteur neutre 1 et le conducteur positif 41 ; le point commun d'un autre pont de résistances 48,49, également disposé entre les conducteurs 1 et 41, est reli8, d'une part à la borne 9 du circuit 37, et d'autre part par deux résistances en série 50 et 51 au curseur d'un potentiomètre 52 disposé entre les conducteurs 1 et 41. L'un des circuits de couplage 35a ou 35b selon l'invention comporte un premier transistor 53, de type PNP, dont la base est directement reliée au conducteur 41, et dont le collecteur est couplé par une résistance 54 à la borne 9 du circuit 37. L'émetteur du transistor 53 est connecté, d'une part au conducteur 41 par deux résistances 55 et 56, et d'autre part à la base d'un second transistor 57, de type PNP, dont l'emet- teur et le collecteur sont reliés respectivement au conducteur 41 et au point commun des résistances 50 et 51. Le point commun des résistances 55 et 56 est réuni à la borne d'entrée 34 par une résistance 58, tandis qu'un condensateur électrochimique non polarisé 59 est disposé entre ledit point commun et le conducteur 41. En faisant tout d'abord abstraction de la présence du circuit de couplage 35, le fonctionnement du circuit de commande de triac 37 monté en thermostat électronique est bien connu. A l'entrée 6 est appliquée la tension continue variable en fonction de la température de la sonde 46, à laquelle est superposee une tension en dents de scie d'une période de plusieurs dizaines de secondes fournies par un générateur interne ; à l'entrée 9 est appliquée une tension continue variable en fonction de la position du potentiomètre 52 de réglage de température de consigne. En fonction des résultats de la comparaison de ces deux tensions, des impulsions d'amorçage sont ou non transmises depuis la borne de sortie 3 à la borne du triac 45. On détermine ainsi un temps "d'ouverture" durant la période de la "dents de scie" pendant lequel le convecteur 8 est alimenté et qui détermine par là-même la valeur de la puissance moyenne dissipée dans ledit convecteur. Un circuit annexe dit "de détection de passage à zéro", piloté à partir de la borne 10, ne permet la commutation qu' aux seuls instants où la tension secteur s'annule, ceci afin déviter les perturbations radioélectriques résultant d'une coupure en charge. Le circuit de couplage 35 selon l'invention fonctionne de la façon suivante -ainsi qu'il a été indiqué précédemment, la borne 34 peut recevoir quatre sortes d'informations : une tension nulle qui correspond au fonctionnement normal, une tension positive fluctuante qui correspond au fonctionnement en régime de délestage, une tension positive fixe qui correspond au régime de programmation, et une tension pulsée négative qui correspond au régime "hors gel". Dans le premier cas, les transistors 53 et 57 sont blo qués, et la tension à la borne 9 détermine la température de consigne en fonctionnement normal, par exemple 190 C; cette phase de fonctionnement est illustrée sur la figure 4 entre les temps to et tl. En régime de délestage, la tension continue positive fluctuante appliquée depuis la borne 34 à l'émetteur du transistor 53 débloque ce dernier, ce qui shunte la résistance 49 et rend la borne 9 plus positive, modifiant ainsi la température de consigne au rythme imposé par le circuit de délestage ; cette phase de fonctionnement est illustréè sur la figure 4 entre les temps tl et t2 où la température de con signe évolue entre 17 et 180 C. En régime de programmation, la tension continue fixe appliquée à la borne 34 est d'amplitude suffisante pour porter le transistor 53 en régime de saturation, ce qui accroît encore la tension à la borne 9 et fixe la température de consigne à 160 C, comme indiqué sur la figure 4 entre les temps t2 et t3. En régime "hors gel", la tension négative pulsée appliquée à la borne 34, et filtrée par le condensateur 59, amène le transistor 57 en régime de saturation, ce qui shunte la résistance 49 par la résistance 50 de faible valeur, amenant ainsi la borne 9 à une tension positive telle que la température de consigne soit de l'ordre de 80 C, tel qu'il est montré à partir de l'instant t3 de la figure 4. I1 va de soi que le circuit de couplage 35 selon l'invention, peut coopérer avec tout autre type de thermostat électronique que celui qui est décrit à la figure 3 ; en particulier celui-ci peut être conçu à partir d'un circuit de commande de triac monté en thermostat "tout-ou-rien", tel que celui commercialisé sous la référence TDA 1024. La description ci-dessus est relative à une installation de chauffage alimentée en monophasé ; toutefois, le dispositif selon l'invention est conçu pour coopérer éventuellement sans autre modification avec une installation dans laquelle le branchement des convecteurs est partagé entre les phases d'une distribution triphasée. - REVENDICATIONS 1.- Dispositif combiné de délestage et de programmation d'une installation de chauffage électrique pourvue d'une pluralité de convecteurs munis chacun d'un thermostat électronique, ledit dispositif comportant entre autres un transformateur d'intensité couplé à un circuit comparateur de tensions et un conducteur de télécommande des convecteurs chauffants, caractérisé en ce que la sortie du comparateur est couplée à l'électrode de commande d'un transistor par un réseau à faible constante de temps de charge et à forte constante de temps de décharge, l'électrode de sortie dudit transistor étant connectée à l'extrémité "amont" du conducteur de télécommande, l'extrémité "aval" de ce dernier étant raccordée à chacun des thermostats électroniques par un circuit de couplage, et en ce qu'un système programmateur cyclique est couplé à l'électrode de commande du transistor précité. 2.- Dispositif combiné selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réseau à faible constante de temps de charge et à forte constante de temps de décharge comporte un condensateur électrochimique shunté par une résistance de forte valeur et relié par une diode en série avec une résistance à la sortie du circuit comparateur de tensions. 3.- Dispositif combiné selon l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le circuit de couplage comporte un premier transisror en montage base commune dont l'électrode de commande est reliée par une résistance à l'ex- trémité "aval" du conducteur de télécommande et dont l'électrode de sortie est couplée par une résistance à la borne "tension de consigne" du thermostat électronique. 4.- Dispositif combiné selon l'ensemble des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que l'extrémité "amont" du conducteur de télécommande est reliée au plot commun d'un inverseur unipolaire dont l'un des plots de travail est connecté à l'électrode de sortie du transistor spécifié en 1, l'autre plot de travail étant raccordé à une cellule de redressement fournissant une tension pulsée de polarité inverse de celle de la tension disponible sur l'électrode de sortie du transistor. 5.- Dispositif combiné selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le circuit de couplage comporte un second transistor en montage émetteur commun dont la base est, d'une part reliée par une résistance à l'extrémité "aval" du conducteur de télécommande, et d'autre part connectée à un condensateur de filtrage, l'électrode de sortie dudit transistor étant couplée par une résistance à la borne "tension de consigne" du thermostat électronique.