Brevet FR2506969A1 — publié le 19821203

Procédé et dispositif pour alimenter en courant continu un appareil de régulation electronique, notamment un thermostat. L'invention a pour objet un procédé et un dispositif pour alimenter en courant continu un appareil de régulation électronique, notamment un thermostat, en utilisant un seul fil d'une alimentation monophasée. Le secteur technique de l'invention est celui de l'installation des thermostats ou autres appareils de régulation électroniques. La plupart des installations de chauffage domestique comportent un thermostat d'ambiance qui est placé dans une piece du logement et qui contrôle automatiquement le fonctionnement d'une charge, par exemple d'un moteur de pompe de circulation, ou d'un radiateur électrique, qui sont alimentés en courant monophasé. La plupart des thermostats existants sont des interrupteurs, par exemple des bilames, qui agissent en tout ou rien et qui ouvrent ou ferment un circuit monophasé qui commande les mises sous tension et hors tension de la charge qu'ils contrôlent. De ce fait, les installations existantes comportent seulement deux fils aboutissant au thermostat, lequel est placé en série avec la charge contrôlée de sorte que les deux fils sont les deux extrémités d'un meme fil qui est interrompu. Pour améliorer les économies d'énergie de chauffage domestique, des thermostats électroniques, comportant des microprocesseurs, sont utilisés. Ces thermostats permettent de programmer des températures d'intervention du thermostat différentes selon les heures de la journée et de la nuit et selon le type d'occupation d'un logement. Ces thermostats électroniques comportent des composants électroniques qui nécessitent une alimentation constante en courant continu. Le problème à résoudre est d'obtenir cette alimentation constante en courant continu et de commander les mises sous tension et hors tension de la charge en utilisant uniquement les deux fils disponibles qui relient les thermostats existants à une charge afin qutil soit possible de faire un échange entre un thermostat existant et un nouveau thermostat électronique, sans avoir à poser de nouveaux fils dans un appartement. Dans la suite de l'exposé on décrira le cas d'un thermostat qui contrôle le fonctionnement automatique d'un moteur de pompe de circulation, mais il est précisé que ce choix n'entraîne aucune limitation. Le moteur peut être remplacé par une charge quelconque, par exemple par un radiateur ou un brûleur. De même, le thermostat peut être remplacé par tout autre appareil de régulation par exemple par un pressostat, par une cellule photo-électrique etc.... L'invention a pour objet un procédé pour alimenter en courant continu un appareil de régulation électronique, notamment un thermostat,et pour commander automatiquement les mises sous tension et hors tension d'une charge alimentée en courant alternatif monophasé en utilisant un seul fil sectionné qui relie ladite charge audit appareil de régulation. L'objectif de l'invention est atteint par un procédé suivant lequel - on connecte les deux extrémités dudit fil, aux bornes du primaire d'un transformateur qui comporte, sur un même noyau, un premier enroulement primaire ,transformateur d'intensité, qui est monté en série avec un deuxieme enroulement primaire, transformateur de tension, qui est lui-même monté en parallèle avec un interrupteur; - on alimente un ensemble redresseur régulateur par un enroulement secondaire dudit transformateur, lequel redresseur alimente ledit appareil électronique en courant continu; - et on fait commander automatiquement par ledit appareil électronique les fermetures et ouvértures dudit interrupteur pour mettre sous tension et hors tension ladite charge. Un dispositif selon l'invention est destiné à alimenter en courant continu un appareil de régulation électronique, notamr ment un thermostat, et à commander automatiquement, par l'intermé- diaire dudit appareil, les mises sous tension et hors tension d'une charge, qui est alimentée en courant alternatif monophasé, en utilisant un seul fil sectionné qui relie ladite charge audit appareil de régulation. Un dispositif selon l'invention comporte un transformateur ayant, sur un même noyau, un premier enroulement primaire qui est un enroulement transformateur d'intensité ayant un petit nombre de spires et une faible impédance, un deuxième enroulement primaire, transformateur de tension, qui a un grand nombre de spires et une for ta impédance et un enroulement secondaire qui est connecté sur un dispositif redresseur-régulateur qui délivre un courant continu alimentant ledit appareil électronique et ledit premier enroulement primaire est monte en serie avec ledit deuxième enroulement primaire, qui est monté en parallèle avec un interrupteur et les deux enroulements primaires sont connectés sur les deux extrémitésdudit fil alimentant ladite charge et les fermetures et ouvertures dudit interrupteur sont commandées automatiquement par ledit appareil électronique, de sorte que les fermetures et les ouvertures dudit premier interrupteur commandent respectivement les mises sous tension et les mises hors tension de ladite charge. L'invention a pour résultat de nouveaux dispositifs qui peuvent être incorporés à un appareil électronique de régulation, notamment à un thermostat,et qui permettent d'alimenter cet appareil en courant continu et de commander automatiquement les mises sous tension et hors tension d'une charge au moyen d'un appareil de régulation en utilisant un seul fil pour relier l'appareil de régulation à la charge qu'il contrôle. Les charges contrôlées par un thermostat, par exemple les pompes de régulation, les brûleurs de chaudière, les radiateurs électriques, sont généralement alimentées en courant monophasé et un seul des deux fils d'alimentation passe par le thermostat et relie celuici à la charge. Les. dispositifs selon l'invention permettent donc de remplacer un thermostat existant, du type bilame ou autre, par un thermostat électronique beaucoup plus performant, simplement en faisant un échange entre les deux thermostats, sans avoir à modifier l'installation électrique alimentant.le thermostat. Grâce aux dispositifs selon l'invention, il est donc possible dtinstaller de nouveaux thermostats électroniques pour économiser de l'énergie de chauffage sans que cela entraîne des frais d'installation autres que le remplacement d'un thermostat existant par un nouveau thermostat beaucoup plus- performant La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif, des exemples de realisation de dispositif selon l'invention. La figure 1 est un schéma général d'un thermostat électronique qui contrôle l'alimentation d'une charge. La figure 2 est un schéma général d'un thermostat électronique associé à un dispositif selon l'invention d'alimentation du thermostat et de contrôle de la charge sur un seul fil. Les figures 3 à 5 sont des schémas de variantes de réalisation du schéma général selon la figure 2. La figure I représente deux parties A et B d'une installation éloigne l'une de l'autre. La partie A est par exemple une chaudière de chauffage domestique qui est alimentée en courant alternatif monophasé par deux fils let 2. La chaudière A comporte une charge 3, par exemple un moteur de pompe de circulation de combustible ou d'eau chaude, dont le fonctionnement doit être contrôlé automatiquement par un thermostat électronique 4 situé en B, qui est par exemple la pièce de séjour d'un logement. Le thermostat électronique 4 doit être alimenté en permanence en courant continu, par exemple sous une tension de 5 volts. Les conducteurs I et 2 sont prolongés jusqu'en B et ils alimentent le primaire d'un transformateur F abaisseur de tension. Le secondaire du transformateur est connecté sur un ensemble re dresseur=régulateur 6 qui délivre le courant continu nécessaire à l'alimentation des circuits électroniques. Le thermostat 4 comporte un contact 4a qui est placé en série sur un circuit en courant alternatif 7, qui relie le fil I au fil 2, en passant à travers la charge 3. Le contact 4a contrôle l'alimentation de la charge 3. Ce schéma général comporte trois fils reliant la partie d'installation B à la chaudière A. Dans le cas où il existe déjà un thermostat d'ambiance du type bilame, celui-ci est relié à la charge 3 par deux fils seulement et le problème à résoudre est de remplacer un thermostat existant, qui est alimenté par deux fils seulement, par un thermostat électronique, sans avoir à installer un troisième fil comme ce serait le cas si l'on utilisait un schéma de montage selon la figure 1. La figure 2 est un schéma général d'un dispositif selon l'invention permettant de contrôler une charge 3 au moyen d'un thermostat électronique 4 en utilisant seulement deux fils de liaison entre la partie B où se trouve le thermostat et la partie A où se trouve la charge 3. L'alimentation en courant continu du thermostat électronique 4 est délivrée par un redresseur 6 qui est connecté sur l'enroulement secondaire BT T3 d'un transformateur T qui comporte, sur une seule carcasse, deux enroulements primaires, un enroulement Tl et un enroulement T2, qui sont montés en série entre eux et avec la charge 3 entre les conducteurs I et 2. L'enroulement T1 est un enroulement primaire d'un transformateur d'intensité, c'est-à-dire un enroulement de faible impédance, comportant un petit nombre de spires. L'enroulement T2 est un enroulement de transformateur classique permettant de transformer du courant alternatif 220V en un courant B.T, c'est-à-dire un enroulement ayant un nombre de spires et une impédance élevés. Le thermostat électronique 4 remplit la fonction d'un relais R ayant un contact à fermeture R2 qui est intercalé entre les enroulements T1 et T2 et un contact à ouverture Ri qui est placé en série avec l'enroulement Tl et en parallèle avec l'enroulement T2.et le contact R1. te fonctionnement est le suivant. En l'absence d'ordre de mise sous tension de la charge, c'est-à-dire lorsque la température ambiante est supérieure à la valeur de consigne, RI est ouvert et R2 est fermé. L'enroulement T2 est en série avec la charge 3 et comme l'enroulement a une forme impédance, la charge 3 ne peut fonctionner. L'intensité du courant qui circule à travers la charge et les deux enroulements Tl et T2 montés en série est très faible et le transformateur d'intensité ntintervient pas. La tension aux bornes de l'enroulement T2 est pratiquement égale à la tension nominale du réseau,par exemple à 220 7,et l'enroulement primaire T2 induit dahs l'enroulement secondaire la basse tension normale. Pour commander la mise sous tension de la charge 3, le thermostat 4 commande la fermeture du contact RI et l'ouverture du contact R2. L'enroulement T2 se trouve donc court-circuite. La charge 3 est montée en série avec l'enroulement Tl de faible impédance et est donc alimentée normalement sous 220 V. Le courant qui traverse la charge, traverse également l'enroulement Tl et le transformateur d'intensité induit une basse tension dans l'enroulement secondaire T3. La figure 3 représente un mode de réalisation dans lequel les contacts R1 et R2 sont des commutateurs statiques Si et S2 du type triac ou équivalent. La commande des gâchettes. des triacs SI et S2 est réalisée par un dispositif qui comporte un transistor Tr monté dans une diagonale d'un pont redresseur D. L'autre diagonale du pont est connectée, d'une part, sur la gâchette du triac S1 et, d'autre part, sur un diviseur de tension rl, r2 qui est connecté en paral lèle avec la gâchette du triac S2 et l'enroulement T2. La base du transistor Tr est connectée au thermostat 4 qui n'est pas représenté sur le schéma. Le transistor Tr fonctionne en interrupteur. Tant que la température ambiante reste au-dessus du point de consigne, le thermostat bloque le transistor Tr. Le pont redresseur est bloqué. Le triac Si est ouvert. Lorsque la température ambiante descend au-dessous du point de consigne, le thermostat commande la saturation du transistor Tr. Le courant qui traverse le diviseur et le pont redresseur vient exciter la gâchette de Si qui se ferme. La tension sur la gâchette de S2 chute et S2 s'ouvre en isolant l'enroulement T2. Le transistor Tr peut etre avantageusement constitué par la jonction d'une commande opto-électronique, ce qui permet d'obtenir un isolement électrique complet entre le thermostat,d'une part, et la commande de l'autre. Le diviseur rI, r2 qui fournit les courants de commande des gâchettes des triacs SI et S2 consomme de l'énergie et peut avoir une dissipation thermique genante. On peut remplacer ce diviseur par un pont capacitif qui permet d'abaisser la tension et d'utiliser un transistor Tr en basse tension et qui produit un déphasage entre l'intensité et la tension au niveau des gachettes, ce qui favorise le déclenchement des triacs en réduisant les courants de commande. La figure 4 représente le schéma d'un dispositif analogue à celui de la figure 3, dans lequel le diviseur de tension ri, r2 est remplacé par un pont capacitif Ci, C2. On a représenté sur ce schéma le redresseur 6' associé à un condensateur de filtrage 6a et à un régulateur de tension, par exemple une diode zener 6b. Le redresseur est connecté au secondaire T3 et il délivre le courant continu B.T alimentant le thermostat électronique 4, qui comporte un transistor BT Tr qui est intercalé dans une diagonale du pont de diodes D qui commande les gâchettes des triacs SL et S2. Le thermostat 4 comporte un circuit 4b de commande directe ou optique dont la sortie est connectée sur la base du transistor Tr. La figure 5 représente le schéma dlun autre mode de réalisation qui comporte un condensateur C intercalé entre les deux enroulements Tl et T2 et un interrupteur statique Si du type triac, monté en parallèle avec l'enroulement T2 et le condensateur C. La gâchette du triac SI est commandée directement par le thermostat électronique 4. Le fonctionnement est alors le suivant. Tant que la température ambiante est supérieure au point de consigne, le triac Si est ouvert.L'impédance du condensateur C monté en série avec l'enroulement T2 est tres élevée et la charge 3 n'est pas alimentée. La tension aux bornes de l'enroulement T2 est la tension alternative du réseau et T2 induit dans T3 une basse tension qui est redressée par le redresseur 6 et qui alimente les circuits électroniques du thermostat 4. Lorsque la température de consigne est atteinte, le thermostat 4 commande la fermeture du triac Sl.La charge 3 est mise sous tension en série avec l'enroulement Tl et l'intensité du courant qui circule dans T1 induit une basse tension dans l'enroulement T3. Il n'est pas nécessaire de représenter les circuits et composants qui composent le thermostat électronique 40 car ces circuits sont bien connus de l'homme de l'art. L'invention a pour objet les circuits d'alimentation du thermostat et les circuits de commande de la mise sous tension de la charge 3 par le thermostat. I1 est important qu'un régulateur de tension soit associé au redresseur 6 car ce régulateur permet d'utiliser des charges variables tout en conservant une tension fixe lors de l'alimentation du secondaire T3 par l'enroulement du transformateur d'intensité Ti. REVENDICATIONS 1. Procédé pour alimenter en courant continu un appareil de régulation électronique (4), notamment un thermostat,et pour commander automatiquement les mises sous tension et hors tension d'une charge (3) alimentée en courant alternatif monophasé en utilisant un seul fil sectionné qui relie ladite charge (3) audit appareil de régulation (4), caractérisé en ce que - on connecte les deux extrémités dudit fil, aux bornes du primaire d'un transformateur (T) qui comporte, sur un même noyau, un premier enroulement primaire (Tl) transformateur d'intensité, qui est monté en série avec un deuxième enroulement primaire (T2), transformateur de tension qui est lui-même monté en parallèle avec un interrupteur (RI);; - on alimente un ensemble redresseur régulateur (6) par un enroulement secondaire (T3) dudit transformateur (T), lequel redresseur alimente ledit appareil électronique en courant continu; - et on fait commander automatiquement par ledit appareil électronique (4) les fermetures et ouvertures dudit interrupteur (Rl) pour mettre sous tension et hors tension ladite charge (3). 2. Dispositif pour alimenter en courant continu un appareil de régulation électronique (4), notamment un thermostat électronique,et pour commander automatiquement par l'intermédiaire dudit appareil les mises sous tension et hors tension d'une charge (3) qui est alimentée en courant alternatif monophasé en utilisant un seul fil sectionné qui relie ladite charge audit appareil de régulation, caractérisé en ce qu'il comporte un transformateur (T) ayant sur un même noyau, un premier enroulement primaire (T1), qui est un enroulement transformateur d'intensité ayant un petit nombre de spires et une faible impédance, un deuxième enroulement primaire (T2), transformateur de tension, qui a un grand nombre de spires et une forte impédance et un enroulement secondaire (T3) qui est connecté sur un dispositif redresseur-régulateur (6) qui delivre un courant continu alimentant ledit appareil électronique et ledit enroulement primaire (Tl) est monté en série avec ledit enroulement primaire (T2), qui est monté en parallèle avec un interrupteur (Rl) et les deux enroulements primaires (TI, T2) sont connectés sur les deux extrémités dudit fil (2) alimentant ladite charge (3) et les fermetures et ouvertures dudit interrupteur (Rl) sont commandées automatiquement par ledit appareil électronique, de sorte que les fermetures et les ouvertures dudit interrupteur (Rl) commandent respectivement les mises sous tension et les mises hors tension de ladite charge (3). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que. ledit transformateur (T) comporte un deuxième interrupteur (R2) qui est intercalé entre lesdits enroulements primaires (TI, T2) et dont les fermetures et ouvertures sont commandées automatiquement par ledit appareil électronique (4) en opposition avec les fermetures et ouvertures dudit premier interrupteur (Rl). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits interrupteurs (Rl, R2) sont des commutateurs statiques (Si, S2) du type triac ou analogue, dont les gâchettes sont connectées sur un pontdiviseur (rl, r2) et sur un pontredresseur (D), lequel pont redresseur comporte dans une de ses diagonales un transistor (Tr) dont les états bloqué et saturé, sont commandés par ledit appareil électronique. 5. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits interrupteurs (R1, R2) sont des commutateurs statiques (SI, S2) du type triac ou analogue, dont les gâchettes sont connectées l'une sur un pont capacitif (Cl, C2) et l'autre sur un pont redresseur (D), lequel pont redresseur est connecté sur le point milieu dudit pont capacitif et comporte, dans sa diagonale, un transistor (Tr) dont les états bloqué et saturé, sont commandés automatiquement par ledit appareil électronique (4). 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit transformateur (T) comporte un condensateur (C) intercalé entre lesdits enroulements primaires (Tl et T2) et ledit contact interrupteur (Rl) est un commutateur statique (Sl) du type triac dont la gâchette est commandée par ledit appareil électronique (4).