Brevet FR2524943A1 — publié le 19831014

ENSEMBLE DE POMPAGE, TEL QU'UN CIRCULATEUR POUR INSTALLATION DE CHAUFFAGE CENTRAL, A CARACTERISTIQUE HYDRAULIQUE PREDETERMINEE. L'invention est relative à un ensemble de pompage comprenant une pompe et son moteur d'entraînement et en particulier à un tel ensemble qui constitue un circulateur pour installation de chauffage central. Si la puissance de la pompe est constante, sa caractéristique hydraulique est représentée par la courbe 10 du diagramme de la figure 1 sur lequel on a porté en abscisses le débit Q de liquide, notamment d'eau, dans le circuit associé à cette pompe et en ordonnées la pression H, habituellement mesurée en hauteur d'eau, à la sortie de cette pompe Le point M de fonctionnement de la pompe se trouve ainsi sur cette courbe 10, sa position c'est-à-dire les valeurs, respectivement Q 1 et HI, qui lui sont associées dépendant de la constitution (c'est-à-dire des caractéristiques physiques) du circuit hydraulique Il est d'ailleurs possible de déplacer ce point de fonctionnement M sur la courbe 10 en faisant varier ces caracté- ristiques physiques du circuit, par exemple en modifiant le degré d'ouverture d'une vanne dans le circuit. Mais on a constaté que pour certains points de la courbe 10 le fonctionnement ne donne pas toujours satisfaction Par exemple pour le point P, le débit Q a une valeur tellement élevée qu'il entraîne un bruit gênant dans l'installation. L'invention remédie à cet inconvénient. Elle est caractérisée en oe qu'elle comporte un moyen d'as- servissement de la puissance d'alimentation du moteur à une carac- téristique hydraulique H, Q prédéterminée pour cette pompe. Dans un exemple, cette caractéristique hydraulique est repré- sentée par la courbe Il sur la figure 1, la pression diminuant rapidement lorsque le débit augmente par suite d'une modification de la courbe de charge de l'installation hydraulique raccordée à la pompe Le bruit est ainsi limité En outre on peut choisir la caractéristique hydraulique de manière que la puissance absorbée soit plus faible qu'avec les pompes commandées de façon classique. Dans une réalisation on fait varier la puissance de la pompe en faisant varier la tension moyenne aux bornes du moteur électrique d'entrainement Dans le cas ou ce moteur est du type asynchrone monophasé avec un condensateur branché en permanence en série avec l'enroulement auxiliaire (nécessaire pour assurer le démarrage) la commande s'effectue de façon particulièrement simple en détectant la tension aux bornes de ce condensateur qui, comme on l'a constaté représente le débit Q, et en conférant, grâce à un circuit de régulation, à la tension moyenne d'alimentation du moteur une valeur entrainant une pression H à la sortie de la pompe est telle que le point de coordonnées H, Q se trouve sur la courbe Il prédéterminée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaî- tront avec la description de certains de ses modes de réalisation, celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels: la figure 1, déjà décrite en partie, est un diagramme de caractéristiques hydrauliques de pompe classique et de pompe selon l'invention, la figure 2 est un schéma de circuit de commande d'un ensemble de pompage selon l'invention et des enroulements du moteur d'entraînement, la figure 3 montre une partie du circuit de la figure 2, et les figures 4 à 8 sont des diagrammes illustrant le fonction- nement d'un ensemble de pompage. Dans l'exemple l'ensemble de pompage est un circulateur pour installation de chauffage central, c'est-à-dire une pompe faisant circuler l'eau dans les canalisations. Le circulateur comprend une pompe entrainée par un moteur électrique asynchrone monophasé comportant, de façon en soi connue, une phase (ou enroulement) principale 15 (figure 2) et une phase (ou enroulement) auxiliaire 16 en série avec un condensateur 17 nécessaire pour permettre le démarrage du moteur. Les phases principale 15 et auxiliaire 16 ont un point commun relié à une borne 18 d'un réseau d'alimentation en courant alternatif. L'autre borne de l'enroulement 15 est reliée-à un conducteur 19 à la masse par l'intermédiaire d'un triac 20 De même l'armature du condensateur 17 opposée à l'enroulement 16 est connectée au conducteur 19. La seconde borne 21 du réseau est elle aussi reliée au con- ducteur 19 à la masse. Le triac 20, en série avec l'enroulement principal 15, constitue l'interrupteur d'une alimentation à découpage Il est commandé de manière qu'à chaque alternance du courant alternatif il ne soit conducteur que pendant un temps correspondant à la puissance désirée pour le moteur. Pour la commande de ce triac 20 on prévoit un circuit intégré 22 du type L 120 A ou L 121 de la Société SGS, ATES ou tout autre circuit de commande d'alimentation à découpage. Dans cet exemple la borne N O 7 du circuit 22 est reliée à la gâchette du triac 20 par l'intermédiaire d'une résistance 23. Selon l'invention la puissance fournie au moteur, c'est-à-dire la durée de fermeture du triac 20 à chaque alternance, est fonction du débit Q de la pompe En d'autres termes on prévoit un moyen pour faire varier la puissance fournie au moteur en fonction du débit Q. La valeur de la pression H de sortie est ainsi également imposée, c'est-à-dire la caractéristique hydraulique de la pompe. Dans l'exemple le débit Q est mesuré par la tension U aux bornes du condensateur 17 en série avec l'enroulement auxiliaire 16. A cet effet on prévoit un circuit redresseur 24 transformant la tension alternative aux bornes du condensateur 17 en une tension continue qui est transmise, par l'intermédiaire d'une résistance 25, à l'entrée N O 5 du circuit 22. Le circuit redresseur 24 comprend une diode 26 dont l'anode est reliée au point commun à l'enroulement 16 et au condensateur 17 et dont la cathode est reliée au conducteur 19 à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 27 et d'un condensateur 28 Le point commun à la résistance 27 au condensateur 28 est par ailleurs relié au conducteur 19 grâce à une autre résistance 29 et un autre condensateur 30 Une résistance 31 est en parallèle sur le conden- sateur 30 La sortie du circuit 24 est constituée par le point commun 32 à la résistance 29 et au condensateur 30. Comme on le verra plus loin en relation avec les figures 5 et 6, la durée de coriduction d-u triac 20 à chaque alternance dépend du signal appliqué sur l'entrée n' 5 du circuit 22. Cette entrée N O 5 est reliée à l'entrée inverseuse (-) d'un amplificateur opérationnel 33 (figure 3) faisant partie du circuit intégré et dont l'entrée non inverseuse (+) est reliée à la borne n' 3 du circuit 22 et dont la sortie est connectée à la borne n 2 du même circuit. A la borne n' 5 est également connectée une résistance 34 (figures 2 et 3) elle-même reliée, par son autre extrémité, au curseur ou prise 35 d'un potentiomètre 36 aux bornes duquel est appliquée une tension déterminée Le potentiel de la prise 35 a ainsi une valeur précise notée U Ref, qui est négative dans l'exemple. La borne N O 5 est également reliée à l'extrémité d'une ré- sistance ajustable 37 dont l'autre extrémité est connectée à la borne N O 2 c'est-à-dire à la sortie de l'amplificateur opérationnel 33. Entre la sortie de l'amplificateur opérationnel 33, c'est-à-dire la borne N O 2 du circuit 22, et le conducteur 19 à la masse est installé un filtre constitué par une résistance 38 et un condensateur 39 en série. Le fonctionnement est le suivant: le potentiel Vs de la borne N O 2 a la valeur suivante: R 3 R 2 =-u _ U ( 1) s c 2 -P 2 Ref Dans cette formule Uc est le potentiel du point 32 (figure 2), R 3 est la valeur de la résistance 25, P 2 est la valeur de la résistance ajustable 37, R 2 est la valeur de la résistance 34 et U Ref est le potentiel négatif au point 35. Le potentiel Vs est ainsi lié au potentiel Uc par une relation linéaire décroissante représentée par la droite 40 du diagramme de la figure 4 o l'on a porté UC en abscisses et V en ordonnées. A une valeur déterminée de Uc correspond ainsi une valeur déterminée de V et, par suite, un temps déterminé de conduction du triac 20 à chaque alternance du courant alternatif fourni par le réseau En effet le circuit 22 comporte un générateur (non repré- senté) de signaux variant en dents de scie en fonction du temps - signaux qui sont représentés par la courbe 41 du diagramme de la figure 6 appliqués sur la première entrée d'un comparateur (également non représenté et faisant partie du circuit 22) dont la seconde entrée reçoit le signal Vs (droite 42 sur le diagramme de la figure 6) et le triac n'est conducteur que lorsque le signal en dents de scie a une valeur supérieure au signal Vs comme le montre le diagramme de la figure 5 o les zones hachurées 43 correspondent aux instants de conduction du triac 20. De ce qui précède il résulte que si la courbe de charge hydraulique de l'installation se modifie, passant par exemple de la courbe 80 à la courbe 81 (figure 1) pour laquelle le débit est plus faible, le signal Uc croit d'o il résulte (figure 4) une diminution du signal V 5 et donc (figures 5 et 6) une augmentation du temps de conduction du triac à chaque alternance, c'est-à-dire une augmenta- tion de la puissance fournie au moteur On passe ainsi d'un point Pl à un point P 2 sur la courbe 11 de la figure 1. Le fonctionnement peut encore être expliqué avec le diagram- me de la figure 7 sur lequel, comme sur la figure 1, on a porté en abscisses le débit Q et en ordonnées la pression H à la sortie de la. pompe La courbe 51 est la courbe hydraulique de la pompe lorsque son moteur est alimenté à pleine puissance, c'est-à-dire à la tension, 220 volts, du réseau La courbe 52 est la caractéristique hydraulique de la pompe lorsque son moteur est alimenté à puissance inférieure correspondant, par exemple, à une tension moyenne de 200 volts à ses bornes le triac n'étant allumé que pendant une fraction de chaque alternance La courbe 53 correspond à la courbe 52 mais pour une puissance d'alimentation du moteur encore inférieure De même la courbe 54 correspond aux caractéristiques hydrauliques de la pompe pour une puissance encore inférieure à la puissance liée à la courbe 53. Sur ce diagramme de la figure 7 on a également représenté la courbe 11 en traits interrompus obtenue avec le circuit de l'inven- tion Le point Pl (figure 1) correspond bien à un point de fonction- nement pour lequel la puissance fournie au moteur est inférieure à la puissance correspondant au point de fonctionnement P 2, la courbe de charge de l'installation étant bien entendu différente pour ces points Pl et P 2. Le dispositif de l'invention permet de limiter le débit: la partie plongeante 55 de la courbe Il (figure 7) est telle qu'à de grandes variations de la pression H ne correspondent que de faibles variations du débit Q. Dans l'exemple précédent, une augmentation du débit, en- gendrée par une modification de la courbe de charge de l'instal- lation, provoque une diminution de la puissance fournie au moteur. Dans une variante une augmentation du débit correspond à une augmentation de la puissance fournie au moteur d'entraînement de la pompe; une telle variante peut être utile notamment si l'on désire obtenir une pression constante à la sortie de la pompe Dans ce cas la caractéristique hydraulique de la pompe est représentée par la droite 61 sur la figure 8, la courbe 60 étant la caractéristique de la pompe alimentée à sa puissance maximum. REVENDICATIONS 1 Ensemble de pompage comprenant une pompe et son moteur d'entraînement, notamment circulateur pour une installation de chauffage central, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen d'asservissement (figure 2) de la puissance d'alimentation du moteur à une caractéristique hydraulique (Q, H) prédéterminée ( 11) pour cette pompe. 2 Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'asservissement est tel que la puissance diminue lorsque le débit augmente (figure 7) par suite d'une modification de la caracté- ristique ( 80, 81) de charge de l'installation raccordée à l'ensemble. 3 Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'asservissement est tel que l'ensemble fonctionne en limiteur de débit. 4 Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'asservissement est tel que la puissance augmente lorsque le débit augmente (figure 8) par suite d'une modification de la caracté- ristique ( 80, 81) de charge de l'installation raccordée à l'ensemble. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'asservissement est tel que la pression à la sortie de la pompe est sensiblement constante. 6 Ensemble selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le moteur d'entraînement de la pompe étant un moteur électrique asynchrone du type monophasé com- prenant un enroulement auxiliaire ( 16) en série avec-un condensateur ( 17), la puissance fournie au moteur est asservie à la tension aux bornes dudit condensateur ( 17), laquelle est fonction du débit de la pompe. 7 Ensemble selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que l'asservissement agit sur la durée de conduction, sur une période déterminée, d'un interrupteur ( 20) tel qu'un triac en série avec le moteur électrique, notamment du type asynchrone monophasé, d'entraînement de la pompe. 8 Ensemble selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit redresseur ( 24) pour redresser le signal aux bornes du condensateur ( 17) et l'appliquer sur une entrée de com- mande ( 5) d'un circuit ( 22) de commande de conduction de l'inter- rupteur ( 20).