Brevet FR2667754A1 — publié le 19920410

APPAREIL ELECTROMENAGER A PUISSANCE DE CHAUFFAGE VARIABlE L'invention est relative à un appareil électroménager à résistance chauffante tel qu'un sèche-linge ou un lave-linge. Dans les appareils électroménagers à résistance chauffante il est souvent utile de pouvoir faire varier la puissance de chauffage. La plupart du temps la puissance variable est obtenue en prévoyant plusieurs résistances éventuellement en parallèle, la puissance fournie dépendant de la résistance utilisée. Ces montages sont onéreux et ne permettent de sélectionner qu un nombre limité de puissances. L'invention permet de remédier à cet inconvénient. Elle est caractérisée en ce que la résistance chauffante étant alimentée en courant alternatif par le secteur, un interrupteur commandé, tel qu'un triac, est en série avec cette résistance, la commande étant telle que le courant traversant la résistance soit formé de demi alternances du secteur avec suppression périodique d'un nombre de demi alternances correspondant à la fraction de puissance maximum désirée. La période de la suppression est de préférence au plus égale à un nombre limité, par exemple 10, d'alternances du secteur. Une demi-ondulation ou demi alternance du secteur est une variation élémentaire du secteur qui commence et se termine par un passage par zéro du courant. Avec l'invention contrairement à un dispositif classique à contrôle de phase, on ne crée pas d'harmonique perturbatrice sur les réseaux et l'appel de puissance est limité. ll est vrai qu'on connaît déjà les commandes de résistances chauffantes dites à trains d'ondes qui consistent à mettre alternativement en circuit et hors circuit la résistance chauffante, la mise en et hors circuit steffectuant lors d'un passage par zéro. Cependant cette commande connue, dont la période de mise hors circuit est longue, engendre des contraintes thermiques importantes; de plus elle crée des variations importantes de tension qui peuvent provoquer sur les appareils d'éclairage un papillotement très gênant pour les utilisateurs. Pour limiter encore plus ces papillotements des appareils d'éclairage on prévoit, dans un mode de réalisation préféré, que pour chaque train de demi-ondes le nombre de commutations par minute dépasse la valeur de 1800 et est de préférence supérieur à 3000. Par "commutation" on entend un instant où le courant se rétablit ou un instant où le courant s 'interrompt. Pour faire varier la puissance on peut faire varier le nombre de demi alternances supprimées périodiquement. A cet effet on peut faire alterner, suivant une période plus importante, deux signaux à suppression périodique de demi alternances ayant des nombres distincts de suppressions. La puissance fournie à la résistance est alors fonction du rapport entre les durées d'application de ces signaux périodiques. Lorsque ces derniers ont des durées égales la puissance est la moyenne arithmétique des puissances correspondant à ces signaux. ll est à noter qu'avec deux signaux à suppression périodique de demi alternances on peut régler la puissance entre les puissances correspondant à ces deux signaux périodiques. Quel que soit le mode de réalisation, pour éviter toute perturbation du réseau, il est préférable qu a chaque période du signal à suppressions de demi alternances, le nombre de demi alternances de signe positif soit égal au nombre de demi alternances de signe négatif. De cette manière il nty a pas de composante continue. L'invention s'applique principalement aux résistances chauffantes dont la puissance ne permet pas qu'elles soient commandées par train d'ondes tout en respectant les conditions de la norme EN 60. 555-3 imposant des contraintes pour que les variations de tension ne créent pas sur les appareils d'éclairage branchés sur le réseau des papillotements gênants pour les utilisateurs. Dans une réalisation, le dispositif de commande comporte en mémoire un nombre de signaux à suppression périodique de demi alternances égal au nombre désiré de puissances en plus de la puissance totale. Dans un exemple on prévoit deux signaux à suppression périodique de demi alternances, le premier ayant une période de trois alternances du secteur, dont les secondes, troisième, cinquième et sixième demi alternances sont supprimées et le second signal à suppression périodique de demi alternances a également une période de trois alternances du secteur avec suppression périodique des troisième et sixième demi alternances. Quand on prévoit deux signaux à suppression périodique de demi alternances les périodes de ces signaux sont égales ou différentes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront 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 est un schéma de commande d'alimentation d'une résistance électrique selon l'invention, et - les figures 2a, 2b, 3a, 3b et 4a, 4b sont des diagrammes représentant des couples de signaux à suppression périodique de demi alternances utilisés pour l'alimentation de la résistance de la figure 1. La résistance électrique 10 (figure 1) est dans l'exemple la résistance de chauffage de l'air dans un sèche-linge. Sa puissance maximale est par exemple de l'ordre de 2 kilowatts. Elle est alimentée par un réseau (secteur) de distribution d'énergie électrique délivrant un courant alternatif de fréquence 50 Hz et de tension 220 volts. Sur la figure l les bornes l l et 12 sont reliées au secteur (réseau). Pour faire varier la puissance calorifique de la résistance 10 cette dernière est en série avec un triac dont la conduction est commandée par un bloc de commande 15 dont la sortie 16 est reliée à la gâchette 14 du triac 13 par l'intermédiaire d'un circuit interface 17. La commande 15 comprend par exemple un microprocesseur. Elle permet que le triac 13 soit conducteur en permanence, ou soit ouvert en permanence ou de commander de façon modulée la conduction afin que la puissance calorifique délivrée soit une fraction de la puissance totale. Dans les modes de réalisation décrits l'alimentation à puissance réduite est obtenue en commandant la conduction du triac 13 de façon à alimenter la résistance 10 par des signaux à suppression périodique de demi alternances du secteur. Chaque période d'un tel signal comporte un nombre déterminé de demi-alternances qui est inférieur au nombre total de demi-alternances. La puissance calorifique P1 de la résistance 10 est ainsi égale à Dans cette formule n1 est le nombre de demi alternances actives, sur une période, N est le nombre total de demi alternances du secteur pour cette même période, et P max max est la puissance maximum délivrée par la résistance 10, c'est-à-dire la puissance quand le triac 13 est conducteur en permanence (pour n1 = N). Sur la figure 2a on voit que sur une période 20, n1 = 2 et N = 6. Ainsi P1 = 1/3 Pmax Sur la figure 2b on voit que sur une période 21, n2 = 4 et N = 6. Ainsi P2 = 2/3 P 2 max On peut ainsi commander le triac 13 de façon qu'il soit conducteur en permanence ou qu'il soit commandé par le signal de la figure 2a ou celui de la figure 2b. On peut donc obtenir trois puissances de chauffage : PmaX/3, 2/3 P max et Pmax. Pour obtenir une puissance comprise entre 1/3 P max et 2/3 P max > le triac 13 est commandé alternativement par les signaux périodiques de la figure 2a et de la figure 2b. La valeur de la puissance dépend du rapport entre les durées d'application des signaux des figures 2a et 2b. Si les durées sont égales alors la puissance fournie par la résistance 10 est la moyenne arithmétique entre les puissances P1 et P2 soit Par exemple le signal de la figure 2a est appliqué pendant une seconde puis, lors de la seconde suivante, c'est le signal de la figure 2b; etc... De façon générale Dans cette formule t1 est la durée d'application du premier signal et t2 la durée d'application du deuxième signal. Le choix des durées t1 et tl, et donc de la puissance P - comprise entre P1 et P2 - est déterminé par l'utilisateur par exemple grâce à un potentiomètre 22 relié à une entrée 23 du bloc 15. Pour la valeur maximale de la résistance 22 c'est uniquement le premier signal qui est utilisé et pour la valeur minimale de la résistance 22 c'est uniquement le second signal qui est mis en oeuvre. Les valeurs intermédiaires fixent la durée tl ou la durée tl, ces durées étant reliées par la relation suivante t1 + t2 T Dans cette formule T est une durée constante, par exemple de 1 seconde ou 2 secondes. En variante, à la place du potentiomètre, ou en complément de ce dernier, on prévoit une mémoire associée au microprocesseur dans laquelle sont stockées des valeurs de tl et t et et t2 et qui sont appelées, pour commander la conduction du triac 13, en fonction du programme de séchage. En variante encore, à la place d'un potentiomètre, on prévoit des boutons poussoir correspondant chacun à une valeur prédéterminée du rapport entre t1 et t2. Le signal de la figure 2a correspond à trois alternances du secteur, soit 60 millisecondes. Le triac est rendu conducteur pendant les première et quatrième demi alternances et non conducteur pendant les autres demi alternances, soit les seconde, troisième, cinquième et sixième demi alternances. Sur une période 21 du second signal (figure 2b) le triac est conducteur pendant les deux premières demi alternances et pendant les quatrième et cinquième demi alternances et non conducteur pendant les troisième et sixième demi alternances. Une période 20 du premier signal comprend ainsi une alternance positive 30 et une alternance négative 31. Une période 21 du second signal comprend deux demi alternances positives 32 et 33 et deux demi alternances négatives 34 et 35. De préférence on choisira, pour chaque période de chaque signal à suppression de demi alternances, un nombre de demi alternances positives égal au nombre de demi alternances négatives afin de ne pas engendrer de composante continue qui pourrait être dommageable pour l'installation électrique. Par ailleurs, les signaux étant formés de demi alternances, le courant est interrompu ou rétabli lors du passage par zéro de la tension du secteur. Cette disposition minimise la production d'harmoniques génératrices de perturbations du réseau. Cependant l'établissement ou l'interruption du courant provoque des variations de tension sur le réseau qui peuvent être gênantes. Par exemple si les variations de tension dépassent une certaine amplitude, l'intensité lumineuse des appareils d'éclairage varie de manière insupportable pour les usagers. Le seuil de tolérance dépend du nombre de fluctuations par unité de temps. Il est fixé par les normes, par exemple la norme française NF EN 60 555.3. Selon cette dernière plus le nombre de variations par minute augmente et moins les variations relatives de tensions doivent être importantes. Mais au delà de 1800 variations par minute ces dernières n'ont pratiquement plus d'effet gênant. Dans le cas présent il se produit une variation à chaque commutation du triac, c 'est-à-dire quand le courant dans ce dernier est établi ou interrompu. Sur une période 20 du premier signal, il se produit 4 commutations 36, 37, 38 et 39 (figure 2a). Sur une minute le nombre de commutations est de 4000. Dans le cas de la figure 2b on voit que sur une période 21 on a également quatre commutations, soit donc également 4000 commutations ou variations par minute. De toute façon des études ont montré qu'au delà de 3000 variations par minute, les effets des fluctuations étaient imperceptibles. C'est pourquoi de façon générale on préférera, comme c'est le cas avec le premier exemple de l'invention décrit en relation avec les figures 2a et 2b, dépasser les 3000 commutations par minute. Dans la variante représentée sur les figures 3a et 3b on prévoit aussi deux signaux à suppression périodique de demi alternances. Ces deux signaux ont une période qui correspond à cinq périodes du secteur, soit 100 millisecondes. Le premier signal (figure 3a) comprend deux demi alternances positives 41 et 42 et deux demi alternances négatives 43 et 44. Les demi alternances 41 et 42 sont respectivement les première et troisième demi alternances de la période 50, tandis que les demi alternances 43 et 44 sont respectivement les sixième et huitième demi alternances de cette période 50. Pendant le reste du temps le triac 13 est bloqué. Etant donné que le triac est conducteur pendant quatre demi alternances sur dix la puissance correspondant à ce premier signal est 40 % de la puissance maximum. La période 51 du second signal comprend trois demi alternances positives 55, 56 et 57 et trois demi alternances négatives 58, 59 et 60. Ainsi la puissance correspondant à ce second signal est 60 % de la puissance maximale. Lorsque les signaux 50 et 51 sont appliqués successivement, la puissance est comprise entre 40 et 60 % de la puissance maximale, le rapport entre les durées d'application fixant la puissance. Sur une période 50 de 100 millisecondes, le nombre de commutations est de 8. De même sur une période 51, le nombre de commutations est égal à 8. Le nombre de commutations est donc de 4800 par minute. Dans l'exemple des figures 4a et 4b, la période du premier signal 61 comprend quatre demi alternances positives et quatre demi alternances négatives tandis que la période du second signal 62 (figure 4b) comporte trois demi alternances positives et trois demi alternances négatives et chaque période 61 ou 62 correspond à sept alternances du secteur, soit 140 millisecondes. Ainsi pour le premier signal la puissance P1 est 8/14 de la puissance maximum et pour le second signal 62, la puissance P2 est 6/14 de la puissance maximale. Le nombre de commutations est pour la période 61 de douze et de dix pour la période 62. Dans les deux cas on dépasse 4000 variations par minute. REVENDICATIONS 1. Appareil électroménager à résistance électrique de chauffage alimentée en courant alternatif par le secteur, caractérisé en ce qu'il comprend - un interrupteur commandé (13) tel qu'un triac en série avec la résistance chauffante (10), et - un dispositif de commande (15) de l'interrupteur (13) tel que le courant traversant la résistance soit formé de demi alternances du secteur avec une suppression périodique d'un nombre de demi alternances correspondant à la fraction de puissance maximale désirée. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de demi alternances actives positives est égal au nombre de demi alternances actives négatives. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que pour chaque période du signal de demi alternances le taux de commutation est supérieur à 1800 commutations par minute 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au cours de chaque période du signal de demi alternances, le taux de commutation est au moins de 3000 commutations par minute. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de commande (15) engendre au moins deux signaux à suppression périodique de demi alternances correspondant à des fractions différentes de la puissance maximale. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de commande applique successivement et de façon répétée, de préférence périodique, des signaux à suppression périodique de demi alternances, le rapport entre les durées d'application des signaux étant choisi en fonction de la puissance désirée pour l'alimentation de la résistance (10). 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que la somme (t1 + t2) des durées successives d'application des deux signaux est constante. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les périodes des signaux à suppression périodique de demi alternances sont égales. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une période du signal à suppression périodique de demi alternances comprend un nombre entier d'alternances du secteur. 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'un premier signal à suppression de demi alternances présente une période correspondant à trois alternances du secteur, les seconde, troisième, cinquième et sixième demi alternances étant supprimées, et en ce qu'un second signal à suppression de demi alternance a aussi une période de trois alternances du secteur, les troisième et sixième demi alternances étant supprimées. 11. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de commande (15) comporte un microprocesseur. 12. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que la période du signal à suppression périodique s'étend sur au plus dix alternances du secteur. 13. Appareil électroménager à résistance électrique alimenté en courant alternatif par le secteur, caractérisé en ce qu'il comprend - un interrupteur commandé (13) tel qu'un triac en série avec la résistance chauffante (10), et - un dispositif de commande (15) de l'interrupteur (13) tel que le courant traversant la résistance soit formé de demi alternances du secteur avec une suppression périodique d'un nombre de demi alternances correspondant à la fraction de puissance maximale désirée. 14. Application de l'appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes à un sèche-linge.