Brevet FR2505521A1 — publié le 19821112

La présente invention se rapporte à un dispositif de commutation pour des commandes par découpage de phase qui, grâce à son utilisation universelle, peut remplacer les dispositifs connus à ce jour et permet des applications nouvelles en raison de la possibilité de son actionnement sans contact basé sur des effets magnétiques. Ce dispositif de commutation peut être utilisé lorsqu'on se trouve confronté à des conditions difficiles créées par de l'humidité, des dépôts d'impuretés ou des vibrations parce qulil peut être complètement enfermé, par exemple noyé dans une matière isolante. La commande sans contact permet, de plus, un actionnement sans contact et une réalisation simple, par exemple de dispositifs pour régler la force d'aspiration et la dépression d'aspirateurs ménagers.Le dispositif suivant l'invention peut également être utilisé poer des machines d'usinage portatives entraînées par des moteurs électriques telles que des perceuses à percussion, des scies sauteuses, des ponçeuses à mouvements oscillants et des machines analogues nécessitant un réglage de la puissance. Un circuit supplémentaire approprié permet en outre d'utiliser le dispositif suivant l'invention en tant que régulateur de vitesse, par exemple dans des machines automatiques à laver le linge. La demande de brevet DD 227 531 décrit déjà le principe d'une commande par découpage de phase au moyen d'un capteur à effet Hall. Le capteur est influencé par un aimant électromagnétique qui crée, en synchronisme avec le courant du secteur, un champ en forme de dents de scie. Cette demande de brevet ne propose cependant pas une solution permettant d'intégrer la partie de commande électronique. La présente invention a pour objet de créer un dispositif monolithe pouvant être intégré et permettant d'agir sur le capteur à effet Hall sans qu'il soit nécessaire de raccorder extérieurement un aimant électromagnétique de façon à obtenir un montage d'un prix de revient plus avantageux tout en réduisant sensiblement le courant absorbé. La commande doit pouvoir s'effectuer de façon conventionnelle au moyen d'une tension continue ou d'une résistance variable. Grâce à la manière d'agir sur le capteur à effet Hall, on doit obtenir une grande sensibilité qui permet une commande simple par des aimants permanents habituels sans qu'il soit nécessaire de prévoir, en supplément, des dispositifs magnétiques auxiliaires dont l'hystérésis risque de provoquer des perturbations. Les problèmes exposés ci-dessus sont résolus, conformément à l'invention, par un dispositif de commutation intégré pour une commande par découpage de phase au moyen d'un capteur à effet Hall qui est caractérisé en ce que le générateur de Hall est alimenté, par l'intermédiaire d'au moins une borne, en une tension en forme de dents de scie et en synchronisme avec la tension du secteur afin de pouvoir procéder à une superposition appropriée avec un champ magnétique de forme identique de façon à obtenir une tension de sortie analogique qui, grâce à un amplificateur diffFren- tiel à valeur de décalage réglable de l'extérieur dans de très larges limites et par l'intermédiaire d'un commutateur à valeur de seuil, provoque l'allumage d'un triac en vue de ladite commande par découpage de phase. A chaque passage par zéro, l'étage de synchronisation crée, à partir de la tension du secteur, une impulsion de commande négative qui est utilisée pour produire,à l'aide d'un intégrateur, une tension en forme de dents de scie. Par l'utilisation d'un comparateur intégré présentant une grande plage de modulation, on obtient également une grande plage de modulation en ce qui concerne l'angle de déphasage. L'impulsion est également nécessaire à la remise à zéro du générateur de Hall. L'amélioration essentielle du fonctionnement est obtenue du fait que le générateur de Hall est alimenté par la tension en dents de scie par l'intermédiaire d'une liaison supplémentaire. De ce fait il se produit une rotation du plan de polarisation de sorte que les bornes de sortie délivrent à l'amplificateur différentiel également une tension dont l'allure correspond à celle de la tension en forme de dents de scie. Un champ magnétique agissant de l'ex térieur provoque également une rotation du plan de polarisation. On peut procéder de façon additive ou soustractive. L'amplificateur différentiel évalue la tension à la sortie du générateur de Hall et le triac ou le thyristor est allumé de façon connue par i 'intermédiaire d'un commutateur à-valeur de seuil monté à la suite. I1 est, en principe, également possible d'influencer, au moyen de la tension en forme de dents de scie, l'amplificateur différentiel en ce qui concerne la valeur décalée ou l'amplif i- cation. Ce procédé présente cependant l'inconvénient que l'on ne profite pas pleinement de la sensibilité du générateur de Hall et qu'il n'est pas possible de compenser la tolérance des tensions de sortie du générateur de Hall soumises à des dispersions. La possibilité d'une commande par une tension continue appliquée extérieurement est obtenue grâce à la modification de la tension décalée de l'amplificateur différentiel monté à la suite du générateur de Hall. Par un montage extérieur approprié il est possible d'accorder la valeur de début et la valeur finale de la commande par découpage de phase. A cet effet on fait varier, d'une part, la tension de sortie de l'intégrateur (amplitude de la tension en forme de dents de scie) et, d'autre part, le point de travail de l'amplificateur différentiel. Dans ce but on utilise I'entrée pour la tension continue et destinée à la deuxième possibilité de commande. Ainsi les deux commandes peuvent fonctionner en même temps.De cette façon on peut réaliser des dispositifs de réglage dans lesquels, par exemple, la valeur nominale est déterminee par l'intermédiaire d'une résistance et le réglage s'effectue par le déplace ment de l'aimant (réglage de dépression dans un aspirateur de poussière). Cependant on peut également prédéterminer la valeur nominale en agissant sur l'aimant et dans ce cas le réglage s'effectue par une tension continue dérivée et par l'intermédiaire de l'entrée prévue pour influencer la valeur du décalage de l'amplificateur différentiel (réglage de vitesse de rotation par un générateur tachymétrique ou réglage de courant ou de tension). La synchronisation peut être obtenue de deux fa çons. Une fois directement à partir de la phase de la tension du secteur ce qui permet, grâce à l'impulsion de synchronisation prélevée, de réaliser deux types de réglages par suppression ou par extinction forcée à l'aide d'un deuxième triac. Dans le cas de charges inductives, des perturbations se produisent lorsque l'impulsion d'allumage précède l'extinction automatique. L'appareil utilisateur reçoit alors un courant continu à demi-onde. Le deuxième procédé réalisé au moyen d'une synchronisation contrôlée permet de remédier à cet inconvénient. Selon ce procédé l'entrée de synchronisation est branchée en série avec l'appareil utilisateur. De ce fait la tension est zéro après l'allumage du triac ou du thyristor. La dent de scie est écrêtée et le capteur à effet Hall est remis à zéro. Le courant ne reprend sa forme en dents de scie et le capteur à effet Hall ne redevient actif qu'après extinction des triacs conformément au déphasage et qu'en présence d'une tension représentant environ 10 % de la tension du secteur. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Deux formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés. La fig. 1 est le schéma électrique du dispositif suivant l'invention. La fig. 2 est un schéma électrique illustrant l'utilisation du dispositif suivant l'invention pour le réglage de la dépression dans un aspirateur-balai. La tension du secteur, de préférence de 220 V 50 Hz et arrivant par 19, est appliquée à l'entrée de synchronisation 20 par l'intermédiaire d'une résistance. Lors du passage par zéro de la tension du secteur, un comparateur 2 est commute par les tensions (potentiels) délivrées par un diviseur de tension 1. Pendant la demi onde positive, l'entrée non-inversante est amenée à un potentiel qui est supérieur à celui de l'entrée inversante et,pendant la demi-onde négative, l'entrée inversante est amenée- à un potentiel qui est inférieur à celui de l'entrée non-inversante. A la sortie du comparateur 2 apparaît, dans les d-eux cas, un signal qui est prélevé à la borne 21 et provoque, lorsque cette dernière est reliée à la masse, la mise hors circuit de tout le montage. Ce raccordement peut être utilisé, par exemple, pour une sécurité contre des températures supérieures à la normale. A partir du signal délivré par l'étage de synchronisation, un intégrateur 3 crée une tension de sortie en forme de dents de scie dont l'amplitude peut être réglée au moyen d'une résistance 11 raccordée en 22 et 23. Un condensateur 12 associé à l'intégrateur 3 est raccordé extérieurement en 23 et 24 et agit sur l'amplitude. La tension en forme de dents de scie est appliquée à un générateur de Hall 5 par l'intermédiaire d'une diode de découplage 6 et d'un branchement supplémentaire et inhabituel jusqu'à ce jour de façon que la-symétrie du montage se trouve modifiée par cette tension et qu'un signal correspondant apparaisse à la sortie. De ce fait la position du champ de la somme des tensions qui arrivent est légèrement tournée par rapport à la position du champ des tensions présentes aux bornes de sortie et, de façon analogue, à la tension en forme de dents de scie. Le même effet est créé par le champ de l'aimant de commande. Les deux effets s'additionnent et,lorsque la valeur de seuil. d'un déclencheur 8 est atteinte, l'allumage du triac 18 est déclenché par les composants de l'etage-d'allumage. L'amplificateur différentiel 7 comporte une entrée supplémentaire 33 qui permet de régler sa valeur de décalage. Une résistance 15 est prévue pour régler le point de départ de la commande. Lorsque cette entrée est utilisée pour la commande, le réglage du dispositif peut s'effectuer également au moyen d'un champ magnétique de polarité opposée. La sortie 34 fournit une tension auxiliaire stabilisée qui, avant le début de chaque demi-onde et pendant le passage par zéro, est supprimée par l'alimentation en courant synchronisé 4. Cette suppression est nécessaire pour obtenir la remise à zéro du commutateur déclencheur à valeur de seuil 8. Pour son alimentation le dispositif comporte, de plus, un circuit redresseur et de réglage 10. L'étage d'allumage comprend un transistor de commutation 9 qui est commandé par un condensateur 13 relié en 25 et 26 et qui est nécessaire à la limitation de la durée des impulsions. Un condensateur 14 est chargé en permanénce par la tension de service positive, prélevée en 28, et par l'intermédiaire d'une résistance. Le courant d'allumage est appliqué au transistor de commutation 9 par l'intermédiaire d'une résistance de protection, raccordée en 27, et le courant est ensuite délivré par la borne 31. L'alimentation en tension alternative s'effectue par l'intermédiaire de la borne 29. La borne 30 sert au raccordement d'un condensateur de filtrage et la borne 32 relie le montage à la masse. La fig. 2 montre l'utilisation du montage suivant l'invention pour réaliser un dispositif de réglage de la puissance d'aspiration d'un aspirateur-balai. La dépression régnant à l'intérieur du tuyau d'aspiration agit par l'intermédiaire du raccord 38 de ce dernier sur une membrane 37 tendue par un ressort 39 et portant un aimant 36. Lors d'une faible dépression l'aimant 36 se trouve dans une position éloignée du circuit de commutation 35. La puissance du moteur 17 est augmentée en manoeuvrant la résistance de réglage 15 pour la valeur nominale en direction du raccordement 34. De ce fait la dépression devient plus importante et l'aimant 36 s'approche du circuit de commutation 35. La polarisation de- l'aimant 36 est choisie de façon qu'elle provoque une diminution de la puissance. De ce fait le circuit de réglage est fermé et on peut obtenir une dépression constante présélectionnée. Bien que la charge thermique du moteur 17 diminue lors d'un réglage de ce type, le montage peut être bloqué en cas de surchauffe au moyen d'une thermistance 40 et d'un transistor 41. L'alimentation du montage s'effectue alors directement par le courant du secteur et par l'intermédiaire du condensateur 16. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de commutation intégré pour une commande par découpage de phase au moyen d'un capteur à effet Hall, caractérisé en ce que le générateur de Hall (5) est alimenté, par l'intermédiaire d'au moins une borne, en une tension en forme de dents de scie et en synchronisme avec la tension du secteur afin de pouvoir procéder à une superposition appropriée avec un champ magnétique de forme identique de façon à obtenir une tension de sortie analogique qui, grâce à un amplificatéur différentiel (7) à valeur de décalage réglable de l'extérieur dans de tres larges limites et par l'intermédiaire d'un commutateur à valeur de seuil (8), provoque l'allumage d'un triac (18) en vue de ladite commanae par découpage de phase. 2 - Dispositif de commutation suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la tension en forme de dents de scie et en synchronisme avec la tension du secteur est appliquée au choix seule ou de façon supplémentaire à l'entrée de valeur décalée de l'amplificateur différentiel (7). 3 - Dispositif de commutation suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un comparateur (2), de préf6- rence intégré, et dont les entrées présentent des tensions dont les potentiels sont déplacés par les demi-ondes positives et négatives, provoque par son signal de sortie la remise à zéro du commutateur à valeur de seuil (8) branché à la suite de l'amplificateur différentiel (7), le blocage du signal étant utilisé pour la mise hors circuit de l'ensemble du montage. 4 - Dispositif de commutation suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on obtient, en'présence de charges inductives et lors de l'allumage du commutateur électronique, une synchronisation forcée par l'arrêt du processus d'intégration et en ce que le redémarrage de l'intégrateur est fonction de l'extinction automatique du commutateur électronique et de la nouvelle montée de la tension; dans ce cas les mêmes éléments de commutation sont utilisés que lors du fonctionnement en synchronisme avec la tension du secteur.