Brevet FR2951013A1 — publié le 20110408

L'invention est relative à un procédé de commutation d'un relais électromagnétique destiné à alimenter une charge, notamment un corps de chauffe. L'invention est également relative à un dispositif de commutation d'un relais électromagnétique destiné à alimenter une charge, notamment un corps de chauffe. Les procédés de commutation de puissance utilisent actuellement soit un relais, soit un triac, soit une association en parallèle d'un triac et d'un relais. La solution technique la moins onéreuse est l'utilisation d'un relais électromagnétique. Cependant la durée de vie des relais électromagnétiques est relativement réduite en raison 10 de l'usure des contacts lors de commutations répétées. Un premier but de l'invention est de proposer un nouveau procédé de commutation de puissance fiable et sans dissipation thermique notable. Un deuxième but de l'invention est de fournir un nouveau procédé de commutation permettant d'obtenir un million de commutations, sans usure possible du relais 15 électromagnétique. Un troisième but de l'invention est de fournir un nouveau dispositif de commutation de puissance d'un relais électromagnétique, économique à fabriquer et facile à utiliser. L'invention a pour objet un procédé de commutation d'un relais électromagnétique, destiné à alimenter une charge de puissance, notamment un corps de chauffe, comportant une 20 première suite d'étapes d'alimentation de la charge de puissance et une deuxième suite d'étapes de déconnexion de la charge de puissance, dans lequel : • la première suite d'étapes d'alimentation comporte une étape de détection du passage par zéro de la tension d'alimentation et une étape de correction temporelle de l'instant de commande d'alimentation, 25 ^ la deuxième suite d'étapes de déconnexion comporte une étape de mesure du temps de présence de l'arc électrique d'ouverture du relais électromagnétique et une étape de correction temporelle de l'instant de commande de déconnexion, de manière à asservir en permanence le fonctionnement du relais électromagnétique à son 30 usure et à son environnement. Selon d'autres caractéristiques alternatives de l'invention : 5 10 15 • la première suite d'étapes d'alimentation comporte une étape de déclenchement d'un chronomètre ou d'une horloge, et une étape d'écoulement d'une première durée prédéterminée, • la deuxième suite d'étapes de déconnexion comporte une étape de déclenchement d'un chronomètre ou d'une horloge, et une étape d'écoulement d'une deuxième durée prédéterminée, • la première suite d'étapes d'alimentation comporte une étape d'émission d'un ordre d'alimentation, • la deuxième suite d'étapes de déconnexion comporte une étape d'émission d'un ordre de déconnexion, • la première suite d'étapes d'alimentation comporte une étape de comparaison d'une durée chronométrée représentative de l'instant d'alimentation à une ou plusieurs demi-périodes de la tension alternative d'alimentation, • la deuxième suite d'étapes de déconnexion comporte une étape de correction de l'instant de commande de déconnexion par soustraction de la durée mesurée du temps de présence de l'arc électrique d'ouverture. L'invention a également pour objet un dispositif de commutation d'un relais électromagnétique destiné à alimenter une charge de puissance, notamment un corps de 20 chauffe, comportant des moyens de mesure du temps de présence de l'arc électrique d'ouverture du relais électromagnétique, des moyens de correction temporelle de l'instant d'ouverture du relais électromagnétique, des moyens de détection du passage par zéro de l'alimentation et des moyens de correction temporelle de l'instant de commande au zéro, de manière à asservir en permanence le fonctionnement du relais 25 électromagnétique à son usure et à son environnement. Selon d'autres caractéristiques alternatives de l'invention : • le dispositif comporte un circuit électronique avec un microcontrôleur muni d'une horloge interne, • le dispositif comporte un bloc de détection de passage par zéro de la tension 30 d'alimentation, un bloc de détection d'arc électrique d'ouverture, un bloc d'ordre de commande de commutation et un bloc de commutation. L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui va suivre donnée à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 représente schématiquement un organigramme d'un procédé selon l'invention. La figure 2 représente schématiquement un circuit électronique d'un dispositif selon 5 l'invention. En référence à la figure 1, un procédé selon l'invention débute par une étape 1 d'initialisation définissant l'état désiré pour le relais électromagnétique destiné à alimenter une charge de puissance non représentée. Si le relais électromagnétique doit alimenter la charge de puissance, le procédé s'oriente 10 vers une première suite d'étapes 10 à 18. Si le relais électromagnétique doit déconnecter la charge de puissance et empêcher son alimentation, le procédé s'oriente vers une deuxième suite d'étapes 20 à 25. A l'étape 10, on effectue une détection d'un zéro de tension sur l'alimentation du secteur. A l'étape 11, on déclenche un chronomètre à partir d'un zéro de tension détecté sur 15 l'alimentation du secteur. A l'étape 12, on attend l'écoulement d'une durée de temps prédéterminée après le déclenchement du chronomètre effectué à l'étape 11. A l'étape 13, on déclenche un ordre de commutation, en commandant par exemple un transistor de commande du relais électromagnétique. 20 A l'étape 14, on arrête le chronomètre lorsque la mesure de la tension à la borne du relais électromagnétique indique une tension continue faible correspondant à l'état commuté. A l'étape 15, on compare le temps relevé par le chronomètre à une période ou une demi-période du courant d'alimentation pour décider si l'instant de la commutation a été effectué à un zéro de la tension secteur, ou avec un décalage. 25 Si le temps relevé par le chronomètre correspond à une demi-période ou un multiple d'une demi-période d'alimentation, on considère que la commutation d'alimentation est effectuée au zéro de la tension secteur et on reboucle la première suite d'étapes à l'étape 10. Si la commutation est effectuée avec un décalage comme on le constate à l'étape 17, on corrige à l'étape 18 la durée d'attente prédéterminée de l'étape 12, de manière que la 30 commutation d'alimentation suivante se fasse à un zéro de la tension secteur d'alimentation, et on reboucle le procédé à l'étape 10. Si on a déterminé à l'étape 1 que l'état désiré du relais électromagnétique était l'état de déconnexion, on débute si nécessaire la deuxième suite d'étapes commençant à l'étape 20. A l'étape 20, on recherche un zéro de tension d'alimentation du secteur. A l'étape 21, on déclenche un chronomètre. A l'étape 22, on attend une deuxième durée de temps prédéterminée. A l'étape 23, on déclenche un ordre de décommutation en agissant par exemple sur un transistor de commande du relais électromagnétique. A l'étape 24, on mesure la durée de temps correspondant à la présence d'une tension supérieure à un seuil prédéterminé de tension représentatif d'une étincelle aux bornes du 10 relais électromagnétique. A l'étape 25, on corrige la deuxième durée de temps prédéterminée de l'étape 22, en tenant compte de la durée du temps d'étincelle mesurée à l'étape 24, de manière que la prochaine décommutation s'effectue avec une durée d'étincelle réduite. Une durée d'étincelle réduite correspond notamment à une absence de perception 15 d'étincelle à l'oeil nu. On boucle ensuite la deuxième suite d'étapes d'ouverture du relais électromagnétique en revenant à l'étape 20. En raison du fait que les deux suites d'étapes du procédé selon l'invention fonctionnent en boucle permanente, l'invention permet ainsi d'asservir en permanence le fonctionnement du 20 relais électromagnétique à son usure et à son environnement. Des essais ont montré qu'un relais électromagnétique géré à l'aide d'un procédé selon l'invention présente une longévité importante et un fonctionnement sans incident sur plus d'un million de cycles de commutation. Sur la figure 2, un dispositif selon l'invention se présente sous forme d'un circuit 25 électronique comportant un bloc A d'alimentation, un bloc C de commutation, un bloc Do de détection de zéro de tension, un bloc DE de durée d'étincelle, un bloc Oc d'ordre de commande, et un bloc EXT de communication extérieure. Le bloc A d'alimentation est un bloc d'alimentation de type connu destiné à fournir deux tensions de référence Vs, et VDD. 30 Le connecteur JI reçoit la tension du secteur monophasé, par exemple une tension alternative de 230 V. Les deux bornes de la diode Zener D7 fixent les potentiels Vss et VDD, tandis que la capacité C4 assure le découplage entre les tensions Vss et VDD appliquées au microcontrôleur MC. Le bloc C de commande du relais comporte un transistor Q1, dont la tension collecteur-émetteur est suffisamment élevée pour permettre une commutation et une décommutation du relais R, sans obligation de limite de tension. La commande du relais R s'effectue par l'envoi d'une commande de niveau logique bas à la base du transistor QI. Le bloc Do de détection du zéro de la tension du secteur est relié directement à la phase de l'alimentation du secteur pour recevoir un potentiel divisé par un pont diviseur et écrêté par une diode Zener Do, de manière que l'alternance négative soit saturée à une tension inverse de diode Zener Do relativement faible. Cette tension faible reste dans les limites du microcontrôleur MC. Une impédance Ro peut être rajoutée en partie en parallèle pour lisser les parasites, si nécessaire. Le bloc DE de détection d'étincelle comporte également un pont diviseur de tension et une diode Zener Dm limitant la tension d'étincelle à une valeur compatible avec le fonctionnement du microcontrôleur MC. Le bloc Oc d'ordre de commande comporte un bouton poussoir SW1, dont les broches sont reliées deux à deux entre elles : les broches 1 et 2 sont reliées entre elles, ainsi que les 20 broches 3 et 4. L'ordre de commande de commutation peut être donné par tout autre moyen qu'un bouton poussoir SW1, par exemple par un signal généré par un thermostat, ou tout autre moyen de programmation manuel ou automatique. Dans ce cas, la commande extérieure peut relier les bornes du plot J3 et assurer ainsi 25 automatiquement la fermeture du relais correspondant. Le bloc EXT de communication extérieure est un bloc optionnel qui n'est pas indispensable pour le fonctionnement de l'invention. Le bloc EXT comporte un optocoupleur pour isoler le circuit électronique des signaux de lecture. 30 La lecture des signaux peut se faire par le plot J4 qui peut être relié au port série d'un microordinateur. La communication extérieure peut être effectuée en envoyant des signaux élaborés selon un protocole de communication pouvant être choisi par l'utilisateur. Les signaux peuvent servir à l'enregistrement du nombre de cycles de commutation, à l'enregistrement de données permettant la maintenance à distance, ou à tout autre moyen de 5 gestion du microcontrôleur MC. L'invention décrite en référence à un mode de réalisation particulier n'y est nullement limitée, et, couvre au contraire toute variante d'exécution et toute forme de réalisation dans le cadre et l'esprit de l'invention. L'essentiel est de repérer les étapes de détection du passage par zéro de l'alimentation et de 10 déclencher des horloges appropriées pour permettre une correction du temps de présence de l'arc électrique d'ouverture du relais électromagnétique et du temps de fermeture du relais électromagnétique, de manière à limiter l'usure des contacts du relais électromagnétique, en asservissant ainsi en permanence le fonctionnement du relais électromagnétique à son usure et à son environnement. Revendications1. Procédé de commutation d'un relais électromagnétique, destiné à alimenter une charge de puissance, notamment un corps de chauffe, comportant une première suite (10-18) d'étapes d'alimentation de la charge de puissance et une deuxième suite (20- 25) d'étapes de déconnexion de la charge de puissance dans lequel : • la première suite (10-18) d'étapes d'alimentation comporte une étape (10) de détection du passage par zéro de la tension d'alimentation et une étape (18) de correction temporelle de l'instant de commande d'alimentation, ^ la deuxième suite (20-25) d'étapes de déconnexion comporte une étape (24) de mesure du temps de présence de l'arc électrique d'ouverture du relais électromagnétique et une étape (25) de correction temporelle de l'instant de commande de déconnexion, de manière à asservir en permanence le fonctionnement du relais électromagnétique à son usure et à son environnement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la première suite (10-18) d'étapes d'alimentation comporte une étape (11) de déclenchement d'un chronomètre ou d'une horloge et une étape (12) d'écoulement d'une première durée prédéterminée. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que la deuxième suite (20-25) d'étapes de déconnexion comporte une étape (21) de déclenchement d'un chronomètre ou d'une horloge et une étape (22) d'écoulement d'une deuxième durée prédéterminée. 4. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que la première suite (10-18) d'étapes d'alimentation comporte une étape (13) d'émission d'un ordre d'alimentation. 5. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 3, caractérisé par le fait que la deuxième suite (20-25) d'étapes de déconnexion comporte une étape (23) d'émission d'un ordre de déconnexion. 6. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2 ou la revendication 4, caractérisé par le fait que la première suite (10-18) d'étapes d'alimentation comporte une étape (15) de comparaison d'une durée chronométrée représentative de l'instantd'alimentation à une ou plusieurs demi-périodes de la tension alternative d'alimentation. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la deuxième suite (20-25) d'étapes de déconnexion comporte une étape (25) de correction de l'instant de commande de déconnexion par soustraction de la durée mesurée du temps de présence de l'arc électrique d'ouverture. 8. Dispositif de commutation d'un relais électromagnétique destiné à alimenter une charge de puissance, notamment un corps de chauffe, comportant des moyens de mesure du temps de présence de l'arc électrique d'ouverture du relais électromagnétique, des moyens de correction temporelle de l'instant d'ouverture du relais électromagnétique, des moyens de détection du passage par zéro de l'alimentation et des moyens de correction temporelle de l'instant de commande au zéro, de manière à asservir en permanence le fonctionnement du relais électromagnétique à son usure et à son environnement. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le dispositif comporte un circuit électronique avec un microcontrôleur (MC) muni d'une horloge interne. 10. Dispositif selon la revendication 8 ou la revendication 9, caractérisé par le fait que le dispositif comporte un bloc (Do) de détection de passage par zéro de la tension d'alimentation, un bloc (DE) de détection d'arc électrique d'ouverture, un bloc (Or) d'ordre de commande de commutation et un bloc (C) de commutation.