Brevet FR2719171A1 — publié le 19951027

DISPOSITIF D'ACTIONNEMENT D'UN SYSTEME A COMMANDE ELECTRIQUE, TEL QU'UNE ELECTROVANNE L'invention concerne un dispositif d'actionnement d'un système à commande électrique tel que notamment une électrovanne. L'invention s'applique notamment à un dispositif d'actionnement d'une électrovanne équipant un système d'arrosage ou d'irrigation en vue de l'automatisation dudit système. A l'heure actuelle, les dispositifs les plus répandus d'automatisation des systèmes d'arrosage et d'irrigation consistent en des minuteurs ou des programmateurs. Ces dispositifs présentent un inconvénient majeur. En effet, ils necessitent d'être programmés de façon anticipée, et par conséquent le fonctionnement des systèmes d'arrosage et d'irrigation n'est pas asservi aux conditions météorologiques. Il est à noter que, en vue de pallier cet inconvénient, ces minuteurs ou programmateurs peuvent être associés à des sondes du type sonde de pluviométrie ou sonde d'humidité. Toutefois, l'efficacité de telles sondes est très relative. En effet, et en ce qui concerne les sondes pluviométriques, celles-ci sont uniquement du type tout ou rien. Quant aux sondes d'humidité, et compte tenu de la grande disparité de comportement des terrains en données d'humidité, d'une part il convient de prévoir un nombre important de sondes, et d'autre part, il est difficile de déterminer les lois de calcul permettant de déterminer les durées d'arrosage en fonction des informations délivrées par les sondes. Un deuxième type de dispositif d'automatisation des systèmes d'arrosage et d'irrigation permet de pallier l'inconvénient précité. De tels dispositifs, décrits notamment dans les brevets US 4 396 150, FR 2 554 313, FR 2 509 127 et AU 8 289 686 comportent, en effet, un capteur solaire associé à une électronique de commande agencée pour piloter une électrovanne en fonction de paramètres liés directement à l'intensité de l'ensoleillement. De ce fait, l'enclenchement de l'arrosage intervient à bon escient lorsque l'ensoleillement le justifie, et la durée de cet arrosage est une fonction directe de cet ensoleillement.5 Toutefois, de tels dispositifs présentent un inconvénient majeur. En effet, de par leur conception même, ils ne peuvent fonctionner que pendant la journée. De ce fait, leur emploi est limité à l'arrosage de cultures acceptant une irrigation ou un arrosage diurne.10 Un troisième type de dispositif vise à pallier l'inconvénient précité d'arrosage diurne et comporte à cet effet une électronique de commande asservie à un capteur de luminosité agencé pour autoriser l'arrosage uniquement après la tombée de la nuit. De plus, l'électronique de ces dispositifs est également associée à des sondes d'humidité. De tels dispositifs, notamment décrits dans les brevets FR 2 529 748, AU 8 176 612, FR 2 494 083 et DE 2 559 117, sont donc conçus pour réaliser un arrosage ou une irrigation nocturne. Par contre, ils présentent deux inconvénients majeurs. En premier lieu, la durée de l'arrosage est déterminée au moyen de sondes d'humidité, donc de capteurs dont la représentativité est contestable, tel qu'explicité plus haut. De plus, ces dispositifs nécessitent une source d'alimentation telle que secteur ou batterie qui peut être à l'origine de défaillances du système: problème de durée d'autonomie en ce qui concerne les batteries, risques de coupures de courant en ce qui concerne le secteur... Il est à noter, concernant la source d'alimentation, que le problème est partiellement résolu par le dispositif décrit dans le brevet DE 2 836 415 qui comporte une batterie chargée à partir de l'énergie solaire. Toutefois, cette solution peut également être sujette à des défaillances notamment, par exemple, si la charge de la batterie est insuffisante pour fournir l'énergie nécessaire au fonctionnement de l'électronique de commande et de l'électrovanne, une fois l'arrosage déclenché (incapacité à refermer l'électrovanne...). La présente invention vise a pallier l'ensemble des inconvénients des dispositifs ci-dessus décrits et a pour objectif essentiel de fournir un dispositif d'actionnement d'un système a commande5 électrique fonctionnant à partir de la seule énergie solaire, actif après la tombée du jour pour une période proportionnelle à l'ensoleillement de la journée passée. A cet effet, l'invention vise un dispositif d'actionnement d'un système à commande électrique, tel que notamment une électrovanne, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison: - un générateur solaire apte à fournir de l'énergie électrique, - un accumulateur d'énergie électrique apte à emmagasiner une quantité d'énergie donnée fournie par le générateur solaire, et à restituer cette dernière en vue de l'activation du système à commande électrique, - un circuit electrique reliant l'accumulateur d'énergie au système à commande électrique et comportant des moyens d'interruption aptes à présenter un état ouvert et un état fermé, lesdits moyens d'interruption étant adaptés pour être dans leur etat ouvert en l'absence d'activation, - des moyens de commande connectés respectivement au générateur solaire et à l'accumulateur d'énergie de façon à recevoir un signal représentatif de l'énergie instantanée fournie par le générateur, et un signal représentatif de l'état de charge de l'accumulateur, lesdits moyens de commande étant connectés aux moyens d'interruption et adaptés pour être actifs et positionner lesdits moyens d'interruption dans leur état fermé uniquement lorsque l'état de charge de l'accumulateur est supérieur à un seuil Sa prédéterminé, et lorsque l'énergie instantanée fournie par le générateur est inférieure à un seuil Sg prédétermine. (Il est à noter que par système à commande électrique, on entend définir un système nécessitant d'être alimenté électriquement pour être actif. De ce fait, cette expression englobe par exemple un émetteur radio destiné à commander à distance un dispositif doté d'un récepteur). Un tel dispositif assure une gestion quotidienne optimale des ressources énergétiques liées au rayonnement solaire et est particulièrement adapté aux systèmes à commande électrique qui se satisfont de n'être actifs que dans ces conditions d'obscurité déterminées, et pour lesquels une durée d'activité nocturne fonction de l'ensoleillement de la journée passée peut s'avérer attractive au regard de leur fonctionnalité. Ce dispositif est, en effet, adapté pour accumuler l'énergie solaire pendant la journée, et pour restituer cette énergie après la tombée du jour, c'est-à- dire pendant une période o l'énergie accumulable est nulle, cette restitution d'énergie, d'une part, intervenant seulement si l'ensoleillement de la journée passée la justifie et, d'autre part, étant proportionnelle à l'intensité cumulée de l'ensoleillement de cette journée passée. Dans le cas, par exemple, d'une installation d'arrosage ou d'irrigation commandée par une électrovanne, l'ouverture de celle-ci intervient après la tombée du jour, c'est-a-dire lorsque l'énergie instantanée fournie par le générateur devient inférieure à Sg, seulement si l'énergie accumulée durant la journée passée est telle que l'état de charge de l'accumulateur est supérieur au seuil Sa. De plus, une fois l'ouverture commandée, les moyens d'interruption sont maintenus fermés, et donc l'électrovanne reste ouverte, pendant un laps de temps proportionnel à la quantité d'énergie solaire accumulée pendant la journée passée. Par ailleurs, il est à noter que les moyens d'interruption présentent un état par défaut ouvert, de sorte que toute défaillance du dispositif a pour effet de fermer l'électrovanne. Selon une autre caractéristique de l'invention, visant un dispositif d'actionnement d'un système à commande électrique nécessitant une puissance de démarrage supérieure à sa puissance de fonctionnement en régime permanent, les moyens de commande comportent un survolteur agencé pour être chargé dans l'état ouvert des5 moyens d'interruption et pour restituer son énergie a la fermeture desdits moyens d'interruption. Ce survolteur permet de fournir la puissance nécessaire au démarrage à partir d'un accumulateur uniquement dimensionné pour fournir la10 puissance de fonctionnement en régime permanent. Entre autres, ce survolteur permet ainsi de piloter, au moyen d'un générateur solaire fournissant un courant continu, des systèmes à commande électrique spécifiés comme fonctionnant en courant alternatif mais dont le strict besoin vis-à-vis du courant alternatif se résume à la puissance de démarrage. On évite ainsi, par ce biais, de surdimensionner le générateur solaire et d'avoir à équiper le dispositif d'actionnement d'un convertisseur continu/alternatif. Selon un mode de réalisation préférentiel visant à fournir un dispositif d'actionnement entièrement autonome, le survolteur est agencé pour être chargé à partir de l'énergie fournie par l'accumulateur, et les moyens de commande sont connectés électriquement à l'accumulateur de façon à être alimentés par ce dernier. De plus, le dispositif d'actionnement comporte avantageusement un comparateur annexe disposé entre l'accumulateur et le survolteur et adapté pour couper l'alimentation dudit survolteur lorsque l'état de charge de l'accumulateur est inférieur à une valeur seuil prédéterminee. Ce comparateur annexe permet d'optimiser la consommation énergétique du survolteur, en coupant l'alimentation de ce dernier de façon à ne pas trop décharger l'accumulateur. Par ailleurs, selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de commande comprennent un double comparateur associe à une bascule électronique, agencés pour que, une fois les moyens d'interruption positionnés dans leur état fermé, lesdits moyens de commande ne puissent redevenir actifs que lorsque5 l'énergie instantanée fournie par le générateur devient superieure à Sg. De tels moyens de commande permettent d'éviter que les moyens d'interruption soient à nouveau positionnés dans leur état fermé en fin de cycle de10 décharge de l'accumulateur, en raison du phénomène connu d'hystérésis qui génère une remontée de la tension aux bornes de cet accumulateur lorsque son cycle de décharge est terminé. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif d'actionnement comprend un potentiomètre disposé entre le générateur solaire et l'accumulateur et adapté pour permettre de régler l'énergie instantanée fournie par le générateur. Un tel potentiomètre a pour but de permettre, pour un ensoleillement cumulé donné pour une journée, de faire varier la durée de fermeture des moyens d'interruption. De plus, lorsque le dispositif d'actionnement commande un système installé sur un réseau hydraulique, il peut avantageusement être doté de moyens de canalisation aptes à être connectés sur le réseau hydraulique en amont du système à commande électrique, et agencés pour contrôler thermiquement l'accumulateur au moyen du fluide dérivé dudit réseau hydraulique. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés qui en représentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préférentiel. Sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description: - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif d'actionnement conforme à l'invention associé à une electrovanne, - la figure 2 est un schéma synoptique représentant les différents éléments de ce dispositif d'actionnement, - la figure 3 est un schéma électronique de ce dispositif d'actionnement, - et la figure 4 est un schéma électronique du survolteur de ce dispositif d'actionnement. Le dispositif d'actionnement conforme à l'invention est représenté aux figures, associé à une électrovanne 1 destinée à être montée sur une canalisation, schématisée en 2 à la figure 2, d'un système d'arrosage ou d'irrigation. Ce dispositif d'actionnement se présente sous la forme d'un boîtier 3 intégrant un accumulateur d'énergie électrique 4 et l'électronique 5 de commande de l'électrovanne 2, et dont la paroi supérieure consiste en un générateur solaire 6 constitué de cellules photovoltaïques. De plus, ce boîtier 3 comporte, au niveau de sa face frontale, un bouton 7 permettant de régler manuellement la durée maximale d'ouverture de l'électrovanne 2, tel qu'explicité ci-après. Tel que représenté à la figure 3, l'accumulateur 4 est constitué de quatre batteries rechargeables 1,2 Volts, telles que 8, disposées en série. Ces batteries 8 sont alimentées directement par le générateur solaire 6 avec interposition entre lesdits générateur et batteries, d'une part, d'une diode anti-retour 9, et d'autre part, d'une résistance variable 10 associée au bouton 7 et permettant de modifier l'intensité du courant délivré vers l'accumulateur 4 et donc la durée maximale d'ouverture de l'électrovanne 1. L'électronique de commande comporte quant à elle deux éléments essentiels consistant en un double comparateur 11 et une bascule électronique 12. En premier lieu, le double comparateur 11 comporte quatre entrées: - une entrée connectée au générateur solaire 4, adaptée pour recevoir un signal représentatif de la tension Vs en sortie dudit générateur, - une entrée connectée à l'accumulateur 4 adaptée pour recevoir un signal représentatif de la tension Vbat aux bornes des batteries 8, - une entrée connectée à un générateur de tension 22 adapté pour délivrer vers ladite entrée une tension constante de référence Vréf, - et une entrée connectée à une des sorties Q de la bascule 12, adaptée pour recevoir un signal Vbasc soit de valeur nulle soit égal à la tension Vbat, tel qu'explicité plus loin. Ce comparateur comporte, en outre, deux sorties: - une première sortie S reliée d'une part, à la bascule 12, et d'autre part, à la base d'un transistor 13 dont le collecteur est alimenté par l'accumulateur 4 et donc porté à la tension Vbat, et dont l'émetteur est relié à une des bornes de l'électrovanne 1, - une deuxième sortie S1 reliée à une deuxième entrée RAZ de la bascule 12. Un tel comparateur est adapté pour que: - le signal au niveau de la sortie S soit nul, entraînant l'activation du transistor 13 et donc l'ouverture de l'électrovanne 1, uniquement si: Vs Vréf, - le signal au niveau de la sortie S1 soit égal à Vbat (niveau haut) si Vs > Vbat. La bascule électronique comporte quant à elle quatre portes de connexion: - une entrée de connexion RAZ reliée à la sortie S1 du double comparateur 11, - une entrée de connexion reliée à la sortie S du double comparateur 11, - une entrée de connexion D alimentée par l'accumulateur 4, - une sortie de connexion Q qui délivre un signal Vbasc qui prend: une valeur nulle lorsque le signal délivré sur la sortie S du double comparateur 11 présente un front montant (passage de la valeur zéro à la valeur un, dudit signal) et lorsque le signal au niveau de5 la sortie S1 est à son niveau bas (zéro), la valeur Vbat à la réception d'une impulsion de valeur nulle au niveau de l'entrée de connexion RAZ. Le dispositif d'actionnement selon l'invention comporte, en outre, un survolteur 14 dont le schéma électronique est représenté à la figure 4. Ce survolteur 14 comprend, en premier lieu, un condensateur 15 agencé pour être chargé à partir de l'énergie délivrée par l'accumulateur 4, et associe a une résistance 16 et deux circuits intégrés inverseurs de tension 17, lesdits condensateur, résistance et circuits intégrés étant adaptés pour que la deuxième borne de l'électrovanne soit portée à un potentiel V1 = -2 Vbat lorsque le transistor 13 est activé, pendant un temps correspondant à la décharge du condensateur 15. Ce survolteur 14 comprend, en outre, une résistance de limitation 18 reliée à la masse et à travers laquelle s'effectue la conduction, une fois le condensateur déchargé, et une diode 19 associée à ladite résistance et destinée à éviter que le condensateur ne se vide au travers de cette dernière. Ce survolteur comprend, enfin, une diode 20 montée en parallèle avec l'électrovanne 1 et destinée à éviter qu'une surtension de cette électrovanne endommage le transistor 13. Le survolteur 14 est, en outre, associé à un comparateur annexe 21 dont une des entrées est à la tension Vbat, adapté pour couper l'alimentation dudit survolteur tant que cette tension Vbat est inférieure à une tension Vseuil prédéterminée. Le principe de fonctionnement du dispositif ci-dessus décrit est le suivant: - durant la journée, le générateur solaire 6 charge l'accumulateur 4. Le signal S en sortie du double comparateur 11 est égal à un car la tension Vs est supérieure à la tension Vbat. En outre, suite au fonctionnement de la journée précédente (cf. ci-après), la valeur Vbasc du signal délivré au niveau de la sortie Q de la bascule 12 est Vbat. Par ailleurs, le survolteur 14 est alimenté dès que la tension Vbat devient supérieure à Vseuil. - lors de la tombée du jour, Vs devient inférieur à Vbat, et comme Vbasc est égal à Vbat et donc supérieur à Vréf, le signal S en sortie du double comparateur 11 devient nul. Le transistor 13 est donc activé, et l'électrovanne 1 ouverte. Le phénomène de décharge est enclenché, ce qui a pour effet d'amener une diminution de Vbat et donc de Vbasc. Cette diminution se poursuit jusqu'à ce que Vbat, donc Vbasc, devienne inférieur à Vréf. En outre, lors de l'amorçage, la tension aux bornes de l'électrovanne 1 est égale à Vbat - (-2 Vbat) = 3 Vbat, le temps de la décharge du condensateur 15. - en fin de cycle de décharge des batteries 8, la tension Vbasc devient inférieure à Vréf, ce qui entraîne un front montant du signal S en sortie du double comparateur 11 et le passage de Q et donc de Vbasc à une valeur nulle. Il est à noter, en outre, que commence alors un phénomène d'hystérésis de l'accumulateur 4 qui se traduit pas une augmentation de Vbat qui redevient supérieur à Vs. Toutefois, Vbasc étant nul et donc inférieur à Vréf, cette augmentation de Vbat à une valeur supérieure à Vs ne se traduit pas par un passage du signal au niveau de la sortie S à une valeur nulle, et le transistor 13 reste donc bloqué et l'électrovanne 1 fermée. - enfin, au lever du jour, Vs devient supérieur à Vbat, les batteries 8 entament leur cycle de charge et le signal S1 en sortie du double comparateur 11 1 1 prend la valeur nulle Vbat, ce qui entraîne une remise à zéro de l'entrée de connexion RAZ de la bascule 12, et donc un passage à Vbat de la sortie de connexion Q. Le dispositif se trouve alors maintenu dans cet état jusqu'à la tombée du jour, ce qui confirme l'hypothèse Vbasc = Vbat énoncée ci-dessus au début de la description du cycle de fonctionnement. REVENDICATIONS 1/ - Dispositif d'actionnement d'un systeme à commande électrique, tel que notamment une électrovanne (1), caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison: - un générateur solaire (6) apte à fournir de l'énergie électrique, - un accumulateur (4) d'énergie electrique apte à emmagasiner une quantité d'énergie donnée fournie par le générateur solaire (6), et à restituer cette dernière en vue de l'activation du système à commande électrique (1), - un circuit électrique reliant l'accumulateur d'énergie (4) au système à commande électrique (1) et comportant des moyens d'interruption (13) aptes à présenter un état ouvert et un état fermé, lesdits moyens d'interruption étant adaptés pour être dans leur état ouvert en l'absence d'activation, - des moyens de commande (11, 12, 14) connectés respectivement au générateur solaire (6) et à l'accumulateur d'énergie (4) de façon à recevoir un signal représentatif de l'énergie instantanée fournie par le générateur (6), et un signal représentatif de l'état de charge de l'accumulateur (4), lesdits moyens de commande étant connectés aux moyens d'interruption (13) et adaptés pour être actifs et positionner lesdits moyens d'interruption dans leur état fermé uniquement lorsque l'état de charge de l'accumulateur (4) est supérieur à un seuil Sa prédéterminé, et lorsque l'énergie instantanee fournie par le générateur (6) est inférieure à un seuil Sg prédétermine. 2/ - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande (11, 12, 14) sont connectés électriquement à l'accumulateur (14) de façon à être alimentés par ce dernier. 3/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2 d'actionnement d'un système à commande électrique (1) nécessitant une puissance de démarrage supérieure à sa puissance de fonctionnement en régime permanent, caractérisé en ce que les moyens de commande comportent un survolteur (14) agencé pour être chargé dans l'état ouvert des moyens d'interruption (13) et5 pour restituer son énergie à la fermeture desdits moyens d'interruption. 4/ - Dispositif d'actionnement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le survolteur (14) est agencé pour être chargé à partir de l'énergie fournie10 par l'accumulateur (4). / - Dispositif d'actionnement selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un comparateur annexe (21) disposé entre l'accumulateur (4) et le survolteur (14) et adapté pour couper l'alimentation dudit survolteur lorsque l'état de charge de l'accumulateur (4) est inférieur à une valeur seuil prédéterminée. 6/ - Dispositif d'actionnement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent un double comparateur (11) associé à une bascule électronique (12), agencés pour que, une Lois les moyens d'interruption (13) positionnés dans leur état fermé, lesdits moyens de commande ne puissent redevenir actifs que lorsque l'énergie instantanée fournie par le générateur devient supérieure à Sg. 7/ - Dispositif d'actionnement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'interruption sont constitués d'un transistor (13). 8/ - Dispositif d'actionnement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un potentiomètre (10) disposé entre le générateur solaire (6) et l'accumulateur (4) et adapté pour permettre de régler l'énergie instantanée fournie par le générateur. 9/ - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, d'actionnement d'un système à commande électrique (1) installé sur un réseau hydraulique (2), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de canalisation aptes à être connectés sur le reseau hydraulique (2) en amont du système à commande électrique (1), et agencés pour contrôler thermiquement l'accumulateur (4) au moyen du fluide dérivé dudit reseau hydraulique.