Brevet FR2484665A1 — publié le 19811218

La présente invention concerne un dispositif de régulation de température. Le domaine d'application plus particulière- ment visé est celui de la régulation de température am- biante pour le chauffage ou la climatisation de locaux, notamment d'habitations. On connaît des dispositifs de régulation de température ambiante du type comprenant: - un premier ensemble formant thermostat pro- grammateur et comportant un thermostat d'ambiance é- lectronique pour fournir une grandeur électrique varia- ble en fonction de l'écart entre une température mesu- rée et une température de consigne, et une horloge de programmation destinée à commander la fermeture d'un con tact électrique à un instant prédéterminé, - un deuxième ensemble d'alimentation et de commande comportant des moyens pour-l'alimentation é- lectrique des circuits du premier et du deuxième en- semble, et des moyens de commande d'un appareil de chauffage ou de climatisation, et, - des moyens de liaison reliant le premier et - le deuxième ensemble pour alimenter électriquement le premier ensemble à partir desdits moyens d'alimenta- tion et pour transmettre au deuxième ensemble une in- formation représentative de ladite grandeur électrique et une information représentative de l'état ouvert ou fermé dudit contact. Les ensembles thermostat-programmateur et régulation-commande sont usuellement montés dans deux boîtiers séparés, le premier étant installé dans une pièce de séjour et le second dans une pièce de service au voisinage de l'appareil de chauffage ou de climati- sation. Dans la pratique, ces deux boîtiers sont reliés par au moins quatre conducteurs ayant chacun une fonc- tion particulière et qu'il n'est pas possible de permu- ter: deux sont prévus pour l'alimentation du bottier thermostat-programmateur et les deux autres pour trans- mettre au bottier d'alimentation et de commande respec- - tivement une tension analogique représentant la gran- deur électrique fournie par le thermostat et un signal tout ou rien représentant l'état du contact de l'horlo- ge de programmation. Au moment de l'installation du dispositif de régulation, des erreurs de branchement des quatre con- 1o ducteurs peuvent être commises, d'o un fonctionnement défectueux de la régulation et, éventuellement, une dé- térioration d'éléments des circuits du dispositif. La présente invention a pour but de fournir un dispositif de régulation grâce auquel les liaisons entre ensemble thermostat-programmateur et ensemble alimentation-commande sont simplifiées au maximum et ne posent aucun-problème de branchement. Ce but est atteint avec un dispositif de ré- gulation de température du type défini plus haut et dans lequel, conformément à l'invention, - les moyens de liaison sont constitués uni- quement de deux conducteurs qui transmettent la tension d'alimentation électrique nécessaire à l'ensemble thermostat-programmateur et qui sont permutables, - l'ensemble thermostat-programmateur compor- te des moyens pour superposer au courant circulant dans les conducteurs un courant supplémentaire dont au moins une caractéristique est variable en fonction de la grandeur électrique fournie par le thermostat et dont au moins une autre caractéristique est modifiée lorsque le contact de l'horloge de programmation passe de l'é- tat ouvert à l'état fermé, ou inversement, et - l'ensemble d'alimentation et de commande comporte des premiers moyens de détection de ladite ca- ractéristique variable et des seconds moyens de détec- tion des modifications de ladite caractéristique modifiable. L'utilisation d'une seule liaison bifilaire avec conducteurs permutables rend l'installation du dispositif conforme à l'invention particulièrement sim- ple et élimine toute possibilité d'erreur de branche- ment avec toutes les conséquences fâcheuses de telles erreurs. Selon un mode préféré de réalisation du dis- positif conforme à l'invention, le courant supplémen- taire est constitué par des impulsions de courant in- jectées périodiquement dans les conducteurs. Les caractéristiques variable et modifiable a du courant supplémentaire sont alors par exemple choi- sies parmi les caractéristiques suivantes des impul- sions: amplitude, fréquence, durée et rapport cyclique. Selon un autre mode de réalisation du dispo- sitif conforme à l'invention, le courant supplémentaire est un signal modulé, par exemple un signal modulé en fréquence ou en amplitude. D'autres particularités et avantages du dis- positif conforme à l'invention ressortiront à la lectu- re de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins joints sur lesquels: - la figure 1 est un schéma d'ensemble d'un dispositif de régulation de température ambiante selon l'invention, - la figure 2 est un schéma plus détaillé d'un mode de réalisation de l'ensemble d'alimentation et de commande du dispositif illustré par la figure 1, et, - la figure 3 montre des exemples de formes d'onde de signaux en différents points du dispositif illustré par la figure 1. Sur la figure 1, les références 10 et 11 dé- signent les deux conducteurs d'une liaison bifilaire qui, seule, relie l'un à l'autre un ensemble thermostat- programmateur 12 et un ensemble alimentation-commande 13. Ces ensembles sont montés dans deux boîtiers res- pectifs 14, 15 (schématisés par des traits mixtes). Le bottier 14 est installé par exemple dans une pièce de séjour d'une habitation à chauffer ou à climatiser tan- dis que le boîtier 15 est installé dans une pièce de service à proximité d'un appareil de chauffage ou de climatisation (non représenté). A l'entrée de l'ensemble 12 est monté un pont de diodes 22 dont les deux bornes d'entrées 22a, 22b sont reliées aux conducteurs 10, 11 et dont les deux bornes de sortie 22c, 22d sont connectées à des lignes d'alimentation 20, 21. Si l'on néglige la chute de tension entre les diodes du pont 22, la tension d'ali- mentation entre les lignes 21 et 22 est égale à la ten- sion Vl entre les bornes 22a, 22b. Cette tension VI est fournie par un circuit d'alimentation à tension cons- tante faisant partie de l'ensemble il et est transmise par les conducteurs 10 et 11. La présence du pont de diodes 22 permet de conserver les mêmes polarités sur les bornes de sortie 22c, 22d dans le cas of- les bran- chements des conducteurs 10 et 11 sur les bornes d'en- trée 22a et 22b sont permutés. On conserve ainsi tou- jours une différence de potentiel de même signe entre les lignes 20 et 21 et l'alimentation des composants de l'ensemble 12 est assurée de façon convenable quel que soit le branchement des conducteurs 10 et 11. L'ensemble 12 comporte un thermostat électro- nique 23 qui fournit une tension analogique Ve variable en fonction de l'écart entre une température mesurée et une température de consigne. La température mesurée peut être la température intérieure réelle régnant à ximité du boîtier 14 et mesurée au moyen d'une sonde incorporée à ce boîtier. La température mesurée peut aussi être la température extérieure à l'habitation. La température de consigne est déterminée au moyen d'un organe de réglage-actionné manuellement et monté sur le boîtier. Dans certains cas, la tension analogique Ve peut être élaborée en tenant compte à la fois des tem- pératures extérieure, intérieure et de consigne. Il en est ainsi notamment avec le thermostat électronique dé- crit dans la demande de brevet FR 78 26.699. La tension analogique Ve est disponible entre une borne de sortie 23a du thermostat 23 et la ligne 21. Cette borne de sortie 23a est reliée à la ligne 21 par l'intermédiaire d'un interrupteur commandé 24 et d'une résistance Ri branchés en série. L'interrupteur 24 est de préférence un interrupteur statique à diodes ou à transistor. L'ensemble 12 comporte encore une horloge de programmation 26 entraînée par un moteur (non repré- senté) qui est alimenté par les lignes 20, 21. A un instant t déterminé de façon bien connue en soi par préréglage d'un repère, l'horloge 26 commande la ferme- ture d'un interrupteur 27 pour une période qui peut é- galement être prédéterminée. L'ensemble 12 comporte enfin une base de temps 28 qui produit des impulsions rectangulaires. Cette ba- se de temps est constituée par exemple par un oscilla- teur libre fournissant des impulsions de fréquence fixe et de rapport cyclique variable selon qu'une ou plu- sieurs résistances 29 du circuit de l'oscillateur sont ou ne sont pas mises en service du fait de la fermeture ou de l'ouverture de l'interrupteur 27. Dans l'exemple illustré (figure 3), le rapport cyclique des impul- sions Pe produites lorsque l'interrupteur 27 est ou- vert, a une valeur assez nettement inférieure à 1,tan- dis que le rapport cyclique des impulsions Pe produi- tes lorsque l'interrupteur 27 est fermé a une valeur assez nettement supérieure à 1. Rappelons que le rap- port cyclique est le quotient entre la durée des im- pulsions et la durée des intervalles de temps séparant deux impulsions consécutives. L'ensemble 13 d'alimentation et de commande comporte un premier circuit d'alimentation 32 produi- sant une très basse tension VO entre deux lignes d'a- limentation 30 (+VO) et 31 (masse). La tension VO a un niveau correspondant à celui des tensions d'alimen- tation des circuits électroniques usuels. Un circuit 33 reçoit la tension VO et produit la tension constan- te Vl entre ses bornes de sortie connectées aux con- ducteurs 10 et 11. La tension Vl est une fraction constante de la tension VO, indépendante du courant circulant dans les conducteurs 10 et 11. On a Vl = k.VO, k étant un nombre constant inférieur a 1. L'ensemble 13 comporte encore un circuit de mesure de courant.34 qui est branché de manière à fournir une tension Vi représentative du courant i parcourant'les conducteurs 10 et 11. Le circuit 34 remplit donc une fonction de convertisseur courant- - tension. Il est inséré sur un des conducteurs 10 et 11 ou sur un conducteur connecté a l'un de ces derniers, par exemple sur le conducteur 31. L'ensemble 13 comporte enfin: un premier cir- cuit détecteur 35 branché en sortie d'un filtre passe- haut 36 et agencé de manière à détecter l'amplitude des variations périodiques de la composante non con- tinue du courant i qui est appliqué au filtre 36, et un second circuit détecteur 37 branché en sortie d'un filtre passe-haut 38 et agencé de manière à détecter les modifications du rapport cyclique de la composante non continue du courant i qui est appliqué au filtre 38. En sortie du détecteur 35, on dispose d'une ten- sion analogique Vs égale ou proportionnelle à la ten- sion Ve. Le détecteur 37 délivre un signal Vh qui est appliqué à la bobine d'excitation d'un relais 39 pour commander l'ouverture et la fermeture du contact- 39a de ce relais en synchronisme avec l'ouverture et la fermeture du contact de l'interrupteur 27. Le fonctionnement du dispositif décrit ci- dessus ainsi que la réalisation des circuits de l'en- semble il seront décrits ci-après de façon plus détaillée. Sur la figure 3, on a représenté en premier la forme d'onde des impulsions Pe et Péavant et après la fermeture de l'interrupteur 27 à un instant t. Les impulsions Pe et Pe commandant des pé- riodes de fermeture de l'interrupteur 24 dont les du- rées sont celles des impulsions Pe et Pe. Pendant chaque fermeture de l'interrupteur 24, une impulsion de courant ie est superposée au courant i circulant dans le conducteur 21, ce courant i représentant la somme des consommations constantes ou très lentement variables des circuits du thermostat 23, de l'horloge 26 et de la base de temps 28 tous alimentés à partir de la tension Vi. Si ri désigne la valeur ohmique de la résistance Ri, chaque impulsion de courant le a une aptitude égale à Ve/Rl; le courant circulant dans les conducteurs 10 et il a la valeur i lorsque l'interrup- teur 24 est ouvert et la valeur i0 + Ve/Ri lorsque cet interrupteur est fermé. On notera que les rapports cy- cliques des impulsions de courant ie sont égaux à ceux des impulsions Pe et Pe (figure 3). Selon le mode de réalisation de la figure 2, les circuits d'alimentation à tension constante 33 et de mesure de courant 34 comportent un amplificateur Ai alimenté sous la tension VO, et dont l'entrée non in- verseuse est connectée au point commun entre deux ré- sistances R3, R4 branchées en série entre les lignes et 31. Le conducteur 11 est connecté, d'une part directement à l'entrée inverseuse de l'amplificateur A1, et, d'autre part, à la sortie de cet amplificateur par l'intermédiaire d'une résistance R2. Le conducteur est connecté directement à la ligne 30. L'amplificateur A1 asservit la tension V1 à être une fraction constante de VO. Si r3 et r4 dési- gnent les valeurs ohmiques des résistances R3 et R4, on a en permanence r3 Vl = VO r3 + r4 - Par ailleurs, la tension Vi en sortie de l'amplificateur A1 est telle que: Vi = VO - V1 - r2.i, r2 désignant la valeur ohmique de la résistance R2 et i le courant dans le conducteur 11. VO, V1 et r2 étant constants, la tension Vi est bien représentative du courant i (figure 3). Cette tension Vi est appliquée au filtre passe-haut 36 formé d'un condensateur C1. Une diode D1 branchée entre la sortie du filtre 36 et la masse em- pêche la composante alternative Vi de la tension Vi de devenir négative. Les variations de V'i sont donc ainsi référencées par rapport au potentiel de réfé- rence de l'ensemble d'alimentation et de commande (voir figure 3). La composante V'i est amplifiée par un ampli- ficateur A2. La sortie de l'amplificateur A2 est re- liée à l'entrée d'un détecteur de crête comportant (figure 2) une diode D2 en série avec un condensateur C2 et une résistance R5 branchés en parallèle l'un avec l'autre entre la diode D2 et la masse. Au point commun entre D2, C2 et R5, on prélève ur.e tension Vs dont l'amplitude est égale à l'amplitude de crête de la coeposante alternative V'i amplifiée par l'amplificateur A2. Cette composante alternative est constituée par les impulsions de cou- rant ie, puisque io, l'autre composante de i est cons- tante ou très lentement variable. En valeur absolue, on a: r2 V'i = r2 i =r2 i e n e rl En choisissant pour l'amplificateur A2 un gain égal à rl/r2, on a Vs = Ve (figure 3). La modification du rapport cyclique des im- pulsions de courant à l'instant t n'a pas d'influence sur la détection de la tension analogique Ve..Par con- tre, cette modification constitue le signal tout ou rien qui est détecté par le détecteur 37. Le signal Vi est appliqué au filtre passe- haut 38 formé d'un condensateur série C3 et d'une ré- sistance R6 branchée entre le condensateur C3 et la masse (figure 2). La composante alternative ainsi dis- ponible en sortie du filtre 38 est inversée au moyen d'un amplificateur inverseur A3. Cet amplificateur A3 est alimenté sous la tension VO et passe alternative- ment de l'état saturé bas (tension de sortie nulle) à l'état saturé haut (tension de sortie égale à VO). On retrouve donc en sortie de l'amplificateur A3 des im- pulsions rectangulaires Ps et P's d'amplitude égale à VO et dont la fréquence et le rapport cyclique sont ceux des impulsions de courant ie, donc ceux des im- pulsions Pe et P'e. Pour détecter la modification du rapport cy- clique des impulsions Ps et P's, celles-ci sont int-- grées au moyen d'un circuit formé par une résistance R7 et un condensateur C4. La tension V's ainsi obtenue a une amplitude qui représente la valeur moyenne du signal formé par les impulsions Ps et P's (voir figu- re 3). Cette tension V's est comparée à la tension- VO/2 au moyen d'un comparateur formé par un amplifica- teur A4 à grand gain. La tension V's est inférieure ou supérieure à VO/2 selon que le rapport cyclique des impulsions- d'amplitude VO est inférieur ou supérieur à 1. La ten- sion en sortie de l'amplificateur A4 passe alors de la valeur nulle à la valeur Vh au moment t o le rapport cyclique des impulsions dépasse 1. Cette tension Vh commande la fermeture du contact du relais 39 lequel est donc bien asservi à recopier l'interrupteur de l'horloge de programmation. La tension Vs et le relais 39 commandent de façon connue en soi-la marche de l'appareil de chauf- fage ou de climatisation associé à l'ensemble 13.: Les circuits de détection décrits en référen- ce à la figure 2 sont donnés ici purement à titre d'exemple. D'autres types de circuits pourront bien sUr être utilisés pour détecter l'amplitude des impul- sions de courant et les modifications du rapport cy- cliquede ces impulsions. Par ailleurs, l'information consistant dans le passage de l'interrupteur27 de l'état ouvert à l'état fermé, ou inversement, pourra être traduite, au niveau de la base de temps 28, par une modification de la période des impulsions sans modification de leur durée. La transmission et la détection de la tension analogique Ve ne s'en trouvent pas modifiées. La dé- tection du changement d'état de l'interrupteur 27 né- cessite alors de remplacer le détecteur 37. La détec- '- tion de modification de--rapport cyclique d'impulsions par un détecteur de modification de période (fréquence) d'impnulsions. Enfin, comme déjà indiqué, le courant supplé- mentaire injecté dans les conducteurs peut être un si- gnal modulé, notamment un signal modulé en amplitude ou modulé en fréquence à la place d'un signal en impulsions. Dans le cas d'un signal modulé en amplitude, la caractéristique variable est l'amplitude du signal modulé tandis que la caractéristique modifiable peut être la fréquence de la porteuse. Dans le cas d'un signal modulé en fréquence, la caractéristique variable est la fréquence du signal modulé, tandis que la caractéristique modifiable peut être l'amplitude. On notera que l'injection de courant sous forme d'un ou plusieurs signaux modulés peut être com- binée avec l'injection d'un courant sous forme d'im- pulsions dans le cas, par exemple, o des signaux ana- logiques et/ou des signaux tout ou rien additionnels doivent être transmis. Bien entendu, d'autres modifications et ad- jonctions pourront être apportées au mode de réalisa- tion décrit ci-dessus d'un dispositif de régulation de température conforme à l'invention sans pour cela sor- tir du cadre de protection défini par les revendica- tions annexées.- REVENDICATIONS 1. Dispositif de régulation de température com- prenant: un premier ensemble formant thermostat pro- grammateur et comportant un thermostat d'ambiance é- lectronique pour fournir une grandeur électrique va- riable en fonction de l'écart entre une température mesurée et une température de consigne, et une horloge de programmation destinée à commander la fermeture d'un contact électrique à un instant prédéterminé; un deuxième ensemble d'alimentation et de commande compor- tant des moyens pour l'alimentation électrique des circuits du premier et du deuxième ensemble, et des moyens de commande d-'un appareil de chauffage ou de climatisation; et des moyens de liaison reliant le premier et le deuxième ensemble pour alimenter électri- quement le premier ensemble à partir desdits moyens d'alimentation et pour transmettre au deuxième ensemble une information représentative de ladite grandeur é- lectrique et une information représentative de l'état -ouvert ou fermé dudit contact, dispositif caractérisé en ce que-: - les moyens de liaison sont constitués uni- quement de deux conducteurs qui transmettent la tension_ d'alimentation électrique nécessaire à l'ensemble thermostat-programmateur et qui sont permutables, - l'ensemble thermostat-programmateur compor- te des moyens pour superposer au courant circulant dans les conducteurs un courant supplémentaire dont au moins une caractéristique est variable en fonction de la grandeur électrique fournie par le thermostat et dont au moins une autre caractéristique est modifiée lorsque le contact de l'horloge de programmation passe de l'état ouvert à l'état fermé, ou inversement, et - l'ensemble d'alimentation et de commande comporte des premiers moyens de détection de ladite caractéristique variable et des seconds moyens de dé- tection des modifications de ladite caractéristique modifiable. 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le courant supplémentaire est constitué lè par des impulsions de courant injectées périodiquement dans les conducteurs. 3. Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que la caractéristique variable du courant supplémentaire est l'amplitude des impulsions et les premiers moyens de détection comportent un détecteur des variations périodiques d'amplitude du courant dans les conducteurs. 4. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 2 et 3, caractérisé en ce que la caractéris- tique modifiable du courant supplémentaire est le rap- port cyclique des impulsions et les seconds moyens de détection comportent un détecteur de variation de valeur moyenne de la composante non continue du courant dans les conducteurs. 5. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le courant supplémentaire est constitué par un signal modulé. 6. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5-, caractérisé en ce que les conducteurs sont, du côté de l'ensemble d'alimentation et de com- mande, connectés aux bornes de sortie d'un circuit d'a- limentation délivrant une tension constante. 7. Dispositifiselon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce-que1l'ensemble d'a- limentation et de commande comporte un circuit conver- tisseur fournissant aux premiers et seconds moyens de détection une tension représentative de l'intensité du courant dans les conducteurs. 8. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisé en ce que les conducteurs sont, du côté de l'ensemble thermostat-programmateur, connectés à deux bornes d'un pont de diodes destiné à alimenter les circuits de cet ensemble sous la polarité convenable que que soit le branchement des deux conduc- teurs auxdites botnes du pont de diodes.