Brevet FR2592191A1 — publié le 19870626

La présente invention a pour objet à titre de produit industriel nouveau, un procédé d'asservissement de puissance non linéaire, applicable en particulier au chauffage électrique par éléments résistifs. Les systèmes de régulation existants sont basés sur un fonctionnement à deux états distincts: - Mise en service d'un élément chauffant lorsque la température est inférieure à la température voulue. - Arrêt de cet élément lorsque celle ci est atteinte, ou légèrement dépassée. (principe du thermostat). Selon l'invention, le procédé consiste à commander l'élément chauffant non pas en tout ou rien, mais de façon à ce que la puissance consommée soit strictement égale à celle nécéssaire pour compenser les déperditions thermiques. Plus on se rapprochera de la température de consigne, et moins l'élément chauffera, et réciproquement. Le principe conçu pour réaliser cette fonction est d'effectuer un découpage du réseau de distribution à 50 Hz en périodes entières, et d'appliquer à chaque élément le nombre de périodes représentant la différence entre la température réelle et la température voulue. Ce mode de découpage signifie que la commutation s'effectue toujours au zéro de tension, ce qui diminue l'échauffement de l'organe de commande, et supprime les parasites électriques. Lorsque plusieurs éléments chauffants sont utilisés simultanément, le système leur distribue la puissance d'une manière séquentielle, ce qui permet d'obtenir une puissance globale consommée sensiblement constante. Une fois le régime permanent atteint, l'installation se comporte comme un chauffage à basse température, et la consommation se rapproche de la puissance totale installée, divisée par le nombre d'éléments chauffants. Le système ainsi conçu présente les avantages suivants: - Diminution sensible de la consommation électrique au voisinage de la température de consigne et, par voie de conséquence, de la consommation totale. - Diminution des pertes en ligne par effet Joule, due à une réduction du courant moyen. - Amélioration du confort grâce à un fonctionnement à basse température et à une régulation pièce par pièce plus fine qu'avec les systèmes traditionnels à thermostat. -Suppression totale des parasites électriques et radioélectriques, grâce à la commutation au zéro de tension. - Inutilité d'utiliser un compteur électrique de forte puissance, sous réserve de disposer d'un apport calorifique d'appoint (par ex. une cheminée à bois), pour les besoins exeptionnels. Ces caractèristiques et avantages résultent clairement de la suite de la description, relative à une forme de réalisation effectuée à titre de prototype, nullement limitative quant aux moyens utilisés et à ses applications, concernant le chauffage d'une maison individuelle, et qui est illustrée par les dessins annexés. L'exemple est donné pour une installation comprenant dix convecteurs de type standard. - La fig. 1 représente le synoptique de l'une des boucles d'asservissement, devant être construite en nombre égal au nombre de convecteurs que l'on désire commander d'une manière indépendante. - La fig. 2 représente le dispositif de répartition séquentielle de puissance. - La fig. 3 donne un aperçu des oscillogrammes obtenus. Ainsi nous avons, dans la fig. 1: - L'élément (1), qui est une sonde électronique de température, ou thermistance, dont la résistance est une fonction linéaire de sa température. - L'ensemble (2) est un amplificateur chargé de mesurer cette résistance et de la transmettre -éventuellement à grande distance- à l'élément (3). - (4) est un potentiomètre permettant de fixer la température de consigne. - L'ensemble (3) est un amplificateur différentiel, dont la fonction est de comparer les tensions de sortie de (2) et de (4). I1 fournit donc l'image de la différence de tempéra ture restant à compenser pour atteindre celle de consigne. - L'élément (5) est un comparateur à deux états (O ou t) qui va comparer la sortie de (3) avec une rampe en escalier générée par (6), dont la base vaut dix périodes, soit 200 ms, et l'amplitude dix "marches".La sortie de ce comparateur représente donc la partie entière du nombre de périodes de conduction nécessaires pour amener l'erreur de température à zéro. - Cette commande est ensuite appliquée à l'interface de puissance, ici un opto-diac (9) associé à un triac (10). Sur le dessin de la fig. 2, on peut voir: - (7), qui est un compteur décimal, chargé d'appliquer des remises à zéro séquentielles aux dix générateurs de rampe (6). Ce compteur permet donc d'obtenir dix rampes décalées l'une par rapport à l'autre d'une période. - (8), qui est une horloge de base de temps de 20 ms, soit 50 Hz, pilotant le compteur. Cette horloge doit de plus être synchronisée sur le réseau, de façon à garantir la commutation au zéro de tension. Cette mise en phase, non représentée, peut être facilement réalisée par les moyens usuels. - Les générateurs (6) et leurs comparateurs (5), comme décrit précédemment. Pour des raisons de clarté du dessin, seules six voies ont été représentées, étant entendu qu'elles devraient être au nombre de dix. Les oscillogrammes de la fig. 3 représentent: - Les courbes de lettre (E) qui montrent les signaux présents aux entrées des comparateurs (5). Seules deux familles de courbes ont été dessinées, les autres sten déduisant par décalage d'une période. - Les courbes de lettre (S) qui montrent les signaux de sortie des comparateurs (5). Une sortie passe donc à 1 lorsqu'une "marche" de la rampe égale la tension continue issue de (3). - La courbe (R), qui montre le réseau d'alimentation à 50 Hz. - La courbe (P-T.), qui montre la puissance totale consommée, donc enregistrée par le compteur. On s'aperçoit que si chaque pièce est pratiquement à la température voulue, chaque radiateur ne conduit que pendant une période sur dix, et absorbe donc le dixième de sa puissance nominale. Les moments de conduction de chaque radiateur étant décalés, la puissance totale consommée reste donc en permanence égale à la puissance d'un seul radiateur. Plus précisément, celle-ci est alors égale à Ptot / 10. I1 est bien entendu que cette invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, qui constitue seulement un exemple d'application, auquel de nombreuses modifications peuvent être apportées sans qu'on s'écarte de la présente invention En particulier, l'asservissement gagnerait à être réalisé d'une manière numérique à base de circuits logiques microprogrammables, permettant des variations de température en fonction de l'heure, du jour, ou des conditions météorologiques extèrieures. REVENDICATIONS 1) Procédé d'asservissement de température caractèrisé en ce qu'il comporte une mesure proportionnelle (1.2.3.4), une régulation par variation du nombre de périodes entières de conduction (5.6.7.8), une commutation forcée au zéro de tension (5.6), et une distribution séquentielle de la puissance transmise à chacun des organes électriques chauffants (7.8). 2) Dispositif selon la revendication n"l caractèrisé en ce que l'asservissement de puissance s'effectue par variation du nombre de périodes entières de conduction, prises sur un intervalle de temps fixé par un compteur (7), égal à la valeur du produit de la période de base du réseau par le nombre d'organes électriques contrôlés. 3) Dispositif selon la revendication n"l caractèrisé en ce que la commutation s'effectue de manière forcée au zéro de tension, au moyen d'une horloge synchronisée sur le réseau (8), d'un compteur (7), d'un générateur en èscalier (6) et d'un comparateur (5). 4) Dispositif selon la revendication npl caractèrisé en ce que la distribution de puissance à chacun des organes chauffants s'effectue de manière séquentielle au moyen d'une horloge (8), et d'un compteur (7).