Brevet FR2528653A1 — publié le 19831216

La présente invention concerne un dispositif de régulation de puissance électrique à action instantanée discontinue pour un appareil de chauffage comprenant un bloc de chauffage connecté au réseau alternatif de distribution d'énergie. A l'heure actuelle, les systèmes de chauffage électrique connus utilisent, pour transformer énergie électrique en énergie thermique, une résistance ohmique associée à un élément de commutation connecté en série et permettant d'obtenir uniquement un réglage par tout ou rien. Cet élément de commutation sera par exemple constitué par un semiconducteur refroidi du type triac, commandé en train d'alternances. Comme la commande en angle de phase n'est pas acceptée par les normes de perturbation imposées aux appareils de chauffage électrique, on est conduit à faire varier les temps de conduction et de blocage du triac, afin de réaliser une régulation à action proportionnelle moyenne. Ces normes de perturbation limitent aussi la fréquence de commutation du triac en fonction de la puissance commandée, ce qui impose de travailler à des périodes de l'ordre de quelques dizaines de secondes. Ceci introduit des variations de température et des contraintes dans le bloc de chauffage, ainsi que des variations de consommation électrique incessantes entre zéro et la puissance maximum. Ce dernier point impose notamment d'avoir, pour tout niveau de puissance moyenne consommée, une disponibilité de la puissance maximum au niveau du réseau d'alimentation, ce qui pose des problèmes lorsque l'installation est équipée d'un dispositif de délestage. La présente invention a donc pour but principal de remédier à ces inconvénients et, pour ce faire, elle a pour objet un dispositif de régulation du type susmentionné qui se caractérise essentiellement en ce que le bloc dechauffage est constitué par un certain nombre de résistances fixes dont les valeurs sont en progression géométrique de raison deux et qui sont connectées en parallèle sur le réseau de distribution d'énergie par l'intermédiaire de commutateurs individuels, des moyens étant prévus pour commander sélectivement ces différents-commutateurs selon un mode binaire en fonction de la température ambiante souhaitée. I1 est ainsi possible de modifier la résistance totale du bloc de chauffage,et par conséquent la puissance, entre une valeur maximale et une valeur minimale, en passant par des valeurs intermédiaires. On notera en outre que la variation de la résistance totale est telle que la variation correspondante de la puissance est linéaire. La puissance instantanée consommée se trouve donc réduite, ce qui permet de retarder d'autant l'action du dispositif de délestage éventuel. De plus, la consommation électrique sur le réseau est uniformisée et on élimine les variations de température intempestives du bloc de chauffage. Dans une forme de réalisaticn particulière de l'invention, le bloc de chauffage comprend quatre résistances qui sont respectivement dans un rapport de un, deux, quatre et huit. On obtient ainsi seize valeurs différentes de puissance, ce qui est largement suffisant dans la plupart des cas. Quant aux moyens de commande des commutateurs individuels, ils comprennent un commutateur rotatif binaire d'affichage de la température de consigne souhaitée, permettant d'obtenir une première tension proportionnelle à ladite température de consigne, et une thermistance sensible à la température ambiante, permettant d'obtenir une seconde tension proportionnelle à ladite température ambiante, ces deux tensions étant appliquées à un comparateur dont la sortie contrôle deux portes logiques alimentant respectivement les entrées de comptage et de décomptage d'un compteur-décompteur avec des impulsions engendrées par un circuit astable, les sorties de ce compteur-décompteur commandant respectivement et de façon binaire les différents commutateurs individuels. On obtient ainsi de façon très simple une augmentation progressive ou au contraire une diminution progressive de la puissance de l'appareil de chauffage, selon que la température de consigne est supérieure ou inférieure à la température ambiante. De préférence, les sorties du compteur-décompteur sont reliées à un décodeur commandant un dispositif d'affichage permettant d'indiquer en clair le nombre correspondant à la position du commutateur rotatif, lorsB!le la température ambiante est égale à la température de consigne. Une forme d'exécution de l'invention est décrite ci-après à titre d'exemple, en référence au dessin annexé dans lequel la figure unique est un schéma d'un appareil de chauffage électrique équipé d'un dispositif de régulation de puissance conforme à l'invention. Dans cet appareil, le bloc de chauffage proprement dit se compose de quatre résistances dont les valeurs sont en progression géométrique de raison deux, soit respectivement Rcf 2 Roc, 4 Re et 8 Ra. Ces quatre résistances c sont connectées en parallèle sur le réseau alternatif de distribution d'énergie U av , par exemple 220 volts, par l'intermédiaire de commutateurs individuels, respectivement K20, K21, K22 et K23, constitués par exemple par des relais ou par des éléments semiconducteurs tels que des triacs. Conformément à l'invention, les quatre commutateurs sont commandés sélectivement selon un mode binaire, en fonction de la température ambiante souhaitée, grâce à des moyens qui seront décrits plus en détail par la suite. La valeur totale R T de la résistance du bloc de chauffage est donnée par la formule 1 a b c d RT R 2R 1IR + 8R c c c c dans laquelle les lettres a, b, c et d peuvent prendre la valeur "0" ou "1", selon que le commutateur correspondant est ouvert ou fermé. On obtient donc ainsi seize valeurs différentes pour la résistance totale RT et par conséquent U2 seize valeurs différentes de la puissance consommée P, puisque P = - . I1 convient en outre de remarquer que la variation de RT est telle RT que la variation correspondante de P, tout en étant discontinue, est linéaire, ce qui permet d'assurer une régulation progressive. Les moyens de commande des commutateurs individuels K20 à K23 comprennent tout d'abord un commutateur rotatif binaire K1 à seize positions, permettant d'afficher la température de consigne souhaitée dans le local à chauffeur. Ce commutateur Kt est associé à quatre résistances, ayant respectivement pour valeur R, 2R, 4R et 8R, et permet ainsi d'obtenir aux bornes d'une résistance de valeur R/2 une tension U1 proportionnellé à ladite température de consigne. La température ambiante du local à chauffer est détectée par une thermistance CTN à coefficient de température négatif associée à un amplificateur opérationnel AO dont la tension de sortie U2 est proportionnelle à ladite température ambiante. Les deux tensions U1 et U2 sont appliquées à un comparateur CP dont la tension de sortie U3 est appliquée d'une part à une première porte ET 1 et d'autre part à une deuxième porte ET 2 par l'intermédiaire d'un inverseur I. Ces deux portes ET reçoivent également les impulsions engendrées par un circuit astable CBA. Les sorties des portes 1 et 2 sont connectées respectivement aux entrées de comptage et de décomptage d'un compteur-décompteur CD dont les quatre sorties A, B, C, D commandent respectivement, selon un mode binaire, le foc- tionnement des quatre commutateurs K20 à K23. Les sorties du compteur-décompteur CD sont par ailleurs connectées à une première porte NAND 3 dont la sortie est connectée à une troisième entrée de la porte 1. De même, les sorties du compteur-décompteur sont reliées, par l'intermédiaire d'inverseursI, à une deuxième porte NAND 4 dont la sortie est connectée à une troisième entrée de la porte 2. Enfin, les sorties du compteur décompteur sont également reliées à un décodeur DEC commandant un dispositif d'affich t dont le rôle apparattra pius clairement par la suite. Lorsque la tension U1 proportionnelle à la température de consigne fixée par le commutateur rotatif K1 est supérieure à la tension U2 proportionnelle à la température ambiante mesurée par la thermistance CTN, c'est qu'il est nécessaire d'augmenter le chauffage. Dans ce cas, la sortie U du compara 3 teur CP est à un niveau haut et valide la porte 1. Par suite, les impulsions engendrées par le circuit astable CBA sont appliquées sur l'entrée de comptage du compteur-décompteur CD.Le nombre binaire apparaissant à la sortie de ce compteur provoque alors une augmentation progressive de la puissance de l'appareil de chauffage, par l'intermédiaire des quatre résistances Rc, 2 Rc, 4 Rc et 8 R0 qui sont combinés de façon différente selon l'état des commutateurs K20 à K23. Lorsque le nombre binaire apparaissant à la sortie du compteur est 1-1-1-1, un niveau bas apparaît à la sortie de la porte 3, ce qui bloque la porte 1. L'appareil est alors bloqué à la puissance maximale, avec les quatre commutateurs fermés et une résistance totale RT égale à 8/15 R c Si au contraire, la tension U1 est inférieure à la tension U2, c'est qu'il est nécessaire de diminuer le chauffage. Dans ce cas, la sortie U3 du comparateur CP est à un niveau bas et valide la porte 2 par l'intermédiaire de l'inverseur I, de sorte que les impulsions engendrées par le circuit astable CBA se trouvent maintenant appliquées sur l'entrée de décomptage du compteurdécompteur CD. Le nombre binaire apparaissant à la sortie de ce compteur provoque alors une diminution progressive de la puissance de l'appareil de chauffage. Lorsque le nombre binaire apparaissant à la sortie du compteur est 0-0-0-0, un niveau bas apparat à la sortie de la porte 4, ce qui bloque la porte 2. L'appareil se trouve ainsi bloqué à la puissance minimale, qui est ici une puissance nulle puisque les quatre commutateurs sont alors simultanément ouverts. Bien entendu, la fréquence du circuit astable CBA..sera prévue suffisamment petite, afin de limiter les variations de puissance lorsque les tensions U1 et U2 sont égales. Grâce au décodeur DEC, le dispositif d'affichage AF indique en clair le nombre correspondant à la position du commutateur rotatif K1, lorsque la température mesurée par la CTN est égale à la température de consigne. imposée par ledit commutateur. De préférence, la position 1 de ce commutateur. correspondra à la mise hors-gel de l'installation. REVENDICATIONS 1. Dispositif de régulation de puissance électrique à action instantanée discontinue pour un appareil de chauffage comprenant un bloc de chauffage connecté au réseau alternatif de distribution d'énergie, caractérisé en ce que le bloc de chauffage est constitué par un certain nombre de résistances fixes (Rc, 2RC, 4Rc, 8RC) dont les valeurs sont en progression géométrique de raison deux et qui sont connectées en parallèle sur le réseau de distribution d'énergie par l'intermédiaire de commutateurs individuels (K20, K21, K22, K23), des moyens étant prévus pour commander sélectivement ces différents commutateurs selon un mode binaire en fonction de la température ambiante souhaitée. 2. Dispositif de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc de chauffage comprend quatre résistances (Rc, 2RC, 4Rc, 8RC) qui sont respectivement dans un rapport de un, deux, quatre et huit. 3. Dispositif de régulation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de commande des commutateurs individuels comprennent un commutateur rotatif binaire (K1) d'affichage de la température de consigne souhaitée, permettant d'obtenir une première tension (U1) proportionnelle à ladite température de consigne, et une thermistance (CTN) sensible à la température ambiante, permettant d'obtenir une seconde tension (U2) proportionnelle à ladite température ambiante, ces deux tensions (U1, U2 > étant appliquées à un comparateur (CP)dont la sortie (U3) contrôle deux portes logiques (1, 2) alimentant respectivement les entrées de comptage-et de décomptage d'un compteurdécompteur (CD) avec des impulsions engendrées par un circuit astable (CBA), les sorties (A, B, C, D) de ce compteur-décompteur (CD) commandant respectivement et de façon binaire les différents commutateurs individuels (K20, K21, K22 , K23 > . 4. Dispositif de régulation selon la revendication 3, caractérisé en ce que les sorties (A, B, C, D) du compteur-décompteur (CD) sont reliées à un décodeur (DEC) commandant un dispositif d'affichage (AF) permettant d'indiquer en clair le nombre correspondant à la position du commutateur rotatif (K1), lorsque la température ambiante est égale à la température de consigne.