Brevet FR2738100A1 — publié le 19970228

DISPOSITIF DE MODULATION DE LA PUISSANCE D'UNE CHARGE RESISTIVE La présente invention concerne un dispositif de modulation de la puissance d'une charge électrique de type résistif branchée sur le réseau alternatif comportant un moyen de sélection de la puissance fournie à ladite charge pendant une durée D, un module de commande propre à piloter des variations du courant absorbé par la charge corrélativement à une valeur de puissance présélectionnée de telle sorte que la courbe des variations en fonction du temps dudit courant absorbé par la charge comporte un nombre entier de séquences constituées chacune par un nombre entier d'ondes synchrones avec la tension délivrée par le réseau alternatif. Les dispositifs de modulation de puissance connus dans l'art antérieur utilisent généralement une commande de puissance par réglage de phase consistant à faire varier l'angle de phase de la tension d'alimentation. Cette méthode engendre des perturbations dans le réseau alternatif qui sont nuisibles pour les autres utilisateurs dudit réseau. Le but de l'invention est de réaliser un dispositif permettant d'effectuer une modulation de la puissance fournie à une charge de type résistif tout en se conformant aux normes internationales en vigueur relatives au courant prélevé sur le réseau et notamment aux normes EN60555-2 et EN-605553 relatives aux taux d'harmoniques et de flickers autorisé. Selon l'invention, chacune des ondes synchrones constituant une séquence donnée de la courbe représentative du courant absorbé par la charge comporte une alter nance positive et une alternance négative de valeurs crê- tes respectives différentes et non nulles. Grâce à l'invention, la modulation de puissance est obtenue de manière souple à l'aide d'un dispositif adaptable facilement à différents appareils électroménagers tels que des sèche-cheveux, des grille-pain ou des fours. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, prise à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente un schéma-bloc d'un dispositif de modulation de la puissance d'une charge branchée aux bornes du réseau alternatif, selon l'invention, - la figure 2 représente un exemple de courbe de variation en fonction du temps d'un courant absorbé par la charge obtenue par un dispositif de modulation selon l'invention, - la figure 3 représente un premier mode de réalisation d'un dispositif de modulation selon l'invention, - la figure 4 représente un mode de réalisation préféré de l'invention, - la figure 5 représente un premier exemple de courbe de variation en fonction du temps d'un courant absorbé par la charge obtenu par le dispositif de la figure 4, - la figure 6 représente un graphe d'amplitude en valeurs efficaces des courants harmoniques du courant représenté par la courbe de la figure 5, - la figure 7 représente un deuxième exemple de courbe de variation en fonction du temps d'un courant obtenu par le dispositif de la figure 4, - la figure 8 représente un graphe d'amplitude en valeurs efficaces des courants harmoniques du courant représenté par la courbe de la figure 7. La figure l représente un schéma-bloc d'un dispositif de modulation de puissance d'une charge électrique 2 de type résistif branché sur le réseau 3 comportant un moyen de sélection 4 de la puissance fournie à la charge 2 pendant une durée o, un module de commande 10 propre à piloter des variations du courant absorbé par la charge 2 corrélativement à une valeur de puissance présélectionnée de telle sorte que la courbe des variations en fonction du temps dudit courant absorbé par la charge 2 comporte un nombre entier de séquences constituées chacune par un nombre entier d'ondes synchrones avec la tension délivrée par le réseau 3. Sur la figure 2 est illustré un exemple de courbe de variation en fonction du temps du courant absorbé par la charge 2. Comme on peut le voir sur cette figure, chacune des ondes constituant une séquence donnée du courant absorbé par la charge 2 comporte une alternance positive et une alternance négative de valeurs crêtes différentes et non nulles. Notons que le nombre de séquences constituant une courbe de courant donnée dépend de la puissance présélectionnée. Lorsque ce nombre est supérieur à deux, les séquences consécutives comportent des ondes ayant des alternances de valeurs crêtes distinctes et, les variations en fonction du temps des amplitudes des différentes ondes sont continues et se font de façon synchrone avec la tension alternative délivrée par le réseau 2. Sur la figure 2 est représentée une courbe d'un courant absorbé par la charge 2 comportant trois séquences distinctes appelées respectivement séquence l, séquence 2 et séquence 3. La séquence 1 comporte deux ondes identiques appelées respectivement onde 1 et onde 2, la séquence 2 comporte trois ondes identiques appelées respectivement onde 1 onde 2 et onde 3 tandis que la séquence 3 comporte une seule onde appelée onde 1. Selon une caractéristique importante de l'invention, les variations des valeurs crêtes des différentes ondes constituant la courbe du courant absorbé sont limitées à des niveaux tels que la différence entre la puissance totale fournie à la charge 2 pendant les alternances positives des ondes constituant une séquence donnée et la puissance totale fournie à ladite charge 2 pendant les alternances négatives desdites ondes est inférieure à une valeur limite en dessous de laquelle les perturbations susceptibles d'être générées dans le réseau 3 lors de l'alimentation de la charge 2 sont maintenues dans les limites imposées par les normes internationales en matière de prélèvement de courant du réseau alternatif 3. Des essais réalisés par la Demanderesse, pour différentes valeurs de puissance fournie à la charge 2 sous une tension de 230 V ont montré que lorsque ladite valeur limite est d'environ 585 Watts, la modulation de la puissance fournie à la charge 2 ne provoquent pas de perturbations du réseau du type "flickers" et que le taux d'harmoniques de courant générés par cette modulation est conforme aux limites prescrites par les normes en vigueur. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, représenté à la figure 3, la charge électrique 2 comporte une pluralité de branches 11,12,13,14 montées en parallèle aux bornes du réseau alternatif 3, chacune desdites branches ll,12,13,14 comprenant une résistance électrique 16,17,18,19 de valeur donnée montée en série avec un interrupteur électronique 20 commandé à l'ouver- ture et à la fermeture par des signaux de commutation émanant du module de commande 10. Notons que dans cette structure, les résistances 16,17,18,19 appartenant à deux branches distinctes ont des valeurs différentes de telle sorte que la valeur du courant traversant une branche donnée soit fixée par la valeur de la résistance de cette branche. En commutant successivement les interrupteurs 20 appartenant à deux branches distinctes, on obtient des courants différents dans chaque branche. En outre, en commandant lesdites commutation de façon synchrone avec le passage par zéro de la tension du réseau 3, on obtient des ondes de courant synchrones avec ladite tension et ayant des alternances de valeurs crêtes distinctes et non nulles. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, représenté à la figure 4, sur laquelle certains éléments identiques à ceux du schéma de la figure 3 portent les mêmes références, la charge électrique 2 comporte deux branches 22,23 comprenant respectivement deux résistances 25 et 26 de valeurs différentes et l'interrupteur 21 de chaque branche 22,23 est du type à commande manuelle et est monté en parallèle avec un moyen redresseur 27,28. Les moyens redresseurs des branches 22,23 sont constitués par des diodes montées en sens opposé l'une de l'autre. Notons que dans un mode de fonctionnement particulier, lesdits interrupteurs 21 sont maintenus ouverts pendant la durée D. Dans ce mode de fonctionnement, un tel circuit permet d'obtenir un courant absorbé dont une onde est représentée à la figure 5. Pendant la durée D, la courbe des variations en fonction du temps dudit courant comporte une seule séquence constituée par une pluralité d'ondes identiques. En effet, en maintenant les interrupteurs 21 ouverts, le courant absorbé par la charge 2 traverse une branche pendant une alternance et l'autre branche pendant l'alternance suivante. Grâce à la différence des valeurs de résistance, on obtient une succession d'ondes identiques ayant des alternances de valeurs crêtes différentes. Dans une application particulière de l'invention, les résistances 25,26 constituent l'élément chauffant d'un sèche-cheveux. La différence ohmique des résistances 25,26 du sèche-cheveux permet d'obtenir des puissances différentes et donc des allures de séchages également différentes. Ainsi pour une puissance sélectionnée de valeur égale à 1600 Watts sous une tension de 230 V, en choisissant pour la branche 22 une résistance 25 de valeur 24,21 Ohms et pour la branche 23 une résistance 26 de valeur 52,06 Ohms, le courant nominal efficace qui traverse la branche 22 pendant une alternance a pour valeur 9,5 Ampères et le courant nominal efficace qui traverse la branche 23 pendant l'alternance suivante a pour valeur 4,41 Ampères. Lors de cet essai, la puissance totale absorbée pendant les alternances positives est de 1092,5 Watts et la puissance totale absorbée pendant les alternances négatives est de 508 Watts et la différence entre lesdites puissances est égale à 584,5 Watts. On constate que cette valeur est inférieure à 585 Watts représentant la valeur limite à ne pas dépasser pour se conformer aux normes en vigueur. Sur la figure 5 est représentée une onde du courant absorbé par la charge 2 pendant une période de la tension du réseau 3. Le graphe du spectre d'amplitude 33 en valeurs efficaces de ce courant est représenté à la figure 6 sur laquelle l'axe des abscisses porte les différentes fréquences harmoniques et l'axe des ordonnées porte les valeurs efficaces des amplitudes des courants harmoniques correspondants auxdites fréquences. Comme on peut le voir sur cette figure, les amplitudes efficaces desdits courants harmoniques sont inférieures aux limites fixées par la norme EN-60555-2 qui sont représentés sur le même graphe de la figure 6 par la courbe 35. Lors d'un deuxième essai effectué par la Demanderesse, la puissance sélectionnée a pour valeur 800 Watts sous une tension de 230 V et les résistances 25 et 26 ont pour valeurs respectives 38,19 Ohms et 244,90 Ohms. Les courants nominaux efficaces traversant respectivement les résistances 25 et 26 ont pour valeurs 6,02 Ampères et 0,93 Ampère. La puissance totale absorbée pendant les alternances positives a pour valeur 692,5 Watts et la puissance totale absorbée pendant les alternances négatives a pour valeur 108 Watts. La différence entre ces deux puissances a pour valeur 584,5 Watts. On constate que cette valeur est inférieure à la valeur limite 585 Watts mentionnée précédemment. Sur la figure 7 est représentée une onde du courant absorbé par la charge 2 pendant une période de la tension du réseau alternatif 3. Le spectre d'amplitude en valeurs efficaces de ce courant est représenté à la figure 8 sur laquelle l'axe des abscisses porte les différentes fréquences harmoniques et l'axe des ordonnées porte les valeurs efficaces des amplitudes des courants harmoniques correspondant auxdites fréquences. Comme on peut le voir sur cette figure, les amplitudes efficaces desdits courants harmoniques sont inférieures aux limites fixées par la norme EN-60555-2 qui sont représentées sur le même graphe de la figure 7 par la courbe 40. Comme cela a été dit précédemment, les différents courants absorbés par la charge 2 sont obtenus par des commutations successives des différents interrupteurs 20,21. Ces commutations sont réalisées soit manuellement pour les interrupteurs 21, soit selon des cadences pré- établies, pour les interrupteurs 20. Lesdites cadences sont pilotées par le module de commande 10 qui comporte à cet effet un séquenceur logique 40 destiné à fournir des signaux de commutation auxdits interrupteurs 20 qui peuvent être des thyristors par exemple, via une pluralité d'interfaces électroniques de puissance 42. REVENDICATIONS 1. Dispositif de modulation de la puissance d'une charge électrique (2) de type résistif branchée sur le réseau alternatif (3) comportant un moyen de sélection (4) de la puissance fournie à ladite charge (2) pendant une durée D, un module de commande (10) propre à piloter des variations du courant absorbé par la charge (2) corrélativement à une valeur de puissance présélectionnée de telle sorte que la courbe des variations en fonction du temps dudit courant absorbé par la charge (2) comporte un nombre entier de séquences constituées chacune par un nombre entier d'ondes synchrones avec la tension du réseau (3), caractérisé en ce que chacune des ondes synchrones constituant une séquence donnée de ladite courbe représentative du courant absorbé par la charge (2) comporte une alternance positive et une alternance négative de valeurs crêtes respectives différentes et non nulles. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la différence entre la puissance totale fournie à la charge (2) pendant les alternances positives des ondes constituant une séquence donnée et la puissance totale fournie à ladite charge (2) pendant les alternances négatives desdites ondes est inférieure à une valeur limite en dessous de laquelle les perturbations susceptibles d'être générées dans le réseau (3) lors de l'alimentation de la charge (2) sont maintenues dans les limites imposées par les normes internationales en ma tière de prélèvement de courant du réseau alternatif (3). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite valeur limite est d'environ 585 Watts. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que deux séquences consécutives comportent des ondes ayant des alternances de valeurs crêtes distinctes. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le nombre entier de séquences est égal à un. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la charge (2) comporte une pluralité de branches (11,12,13,14;22,23) montées en parallèle aux bornes du réseau alternatif (3), chacune desdites branches (11,12,13,14;22,23) comprenant une résistance électrique (16,17,18,19;25,26) de valeur donnée montée en série avec un interrupteur (20,21). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'interrupteur (20) de chaque branche (11,12,13,14) est du type électronique et est commandé à l'ouverture et à la fermeture par des signaux de commutation émanant du module de commande (10). 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le nombre de branches est égal à deux et l'interrupteur (21) de chaque branche (22,23) est monté en parallèle avec un moyen redresseur (27,28). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les résistances (25,26) des branches (22,23) constituent l'élément chauffant d'un sèchecheveux. 10. Dispositif selon les revendications 8 et 9, caractérisé en ce que les moyens redresseurs (27,28) sont constitués par des diodes branchées en sens opposées l'une de l'autre et l'interrupteur (21) de chaque branche (22,23) est du type à commande manuelle et est maintenu ouvert pendant la durée D. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le module de commande (10) comporte un séquenceur logique (40) destiné à fournir lesdits signaux de commutation auxdits interrupteurs (20,21) via une pluralité d'interfaces électroniques de puissance (42) reliées chacune à un interrupteur (20,21). 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les interrupteurs électroniques (20) sont des thyristors.