CH623687A5

CH623687A5 - Device for regulating an electrical current flow by phase load-shedding

Info

Publication number: CH623687A5
Application number: CH1480276A
Authority: CH
Inventors: Joseph Leclerq
Original assignee: Masser Sa
Priority date: 1975-12-24
Filing date: 1976-11-24
Publication date: 1981-06-15
Also published as: NO146340C; NO146340B; GB1566756A; NO764236L; FR2336818B1; DE2657784A1; DE2657784C2; FR2336818A1

Description

L'invention a pour objet un dispositif de régulation d'un débit de courant électrique par délestage de phase pour une source d'alimentation à courant alternatif à au moins une phase dont le débit doit être limité à un maximum.

Elle concernera par exemple un dispositif apte à délester le courant principal de chaque phase d'une résidence à chauffage électrique intégré à alimentation monophasée ou polyphasée en réduisant le courant moyen de chauffage au bénéfice des autres utilisations de l'installation considérées comme prioritaires.

On sait que, dans une installation classique de chauffage électrique, on fait normalement dépendre le courant d'un régulateur du type à action proportionnelle par modulation en durée d'énergie dont le pont de mesure de température est en substance un pont de Wheatstone comportant, outre trois résistances calibrées, une résistance à coefficient de température négatif dit CTN avec une résistance ou un potentiomètre réglable, l'ensemble, dit sonde d'ambiance, étant destiné à influencer le rapport cyclique de modulation du régulateur.

Suivant le montage classique, les quatre éléments résistifs du pont de mesure sont disposés deux à deux en deux branches montées sous la même chute de tension continue et chacune d'entre elles possède un point de référence, situé entre ses éléments, dont le potentiel est avantageusement le même quand le pont est en équilibre; dans ce dernier cas, on dira que la tension d'erreur E du pont est nulle.

En réglant manuellement le potentiomètre, on affiche la température désirée, dite température de consigne; si la température du local à chauffer tombe en dessous de la température de consigne, la tension d'erreur du pont prend un sens et une valeur tels que la puissance de chauffe augmente automatiquement. Par contre, si la température du local et, partant, de la sonde d'ambiance, s'élève au-dessus de la température de consigne, la tension d'erreur du pont prend un sens et une valeur tels que la puissance de chauffe diminue automatiquement.

Dans le cas d'une installation à chauffage électrique intégré, il est connu de placer une sonde d'ambiance dans chaque local pour y régler la température d'après la destination du local, en influençant le rapport cyclique de modulation du courant moyen de chauffage. Or, les autres installations électriques de la résidence, par exemple les différents appareils électroménagers, dont certains ont des puissances électriques élevées, ont une consommation de courant non modulé qui vient s'ajouter aux puissances modulées de chauffage.

Cette séparation nette entre la consommation de chauffage et les autres consommations présente un inconvénient du point de vue de la puissance souscrite au réseau. En effet, le fonctionnement indépendant des deux parties de l'installation a pour conséquence soit des dépassements fréquents de la puissance souscrite entraînant des impositions tarifaires, sinon des mises hors service intempestives par déclenchement de disjoncteurs, soit la nécessité de prévoir une puissance souscrite plus forte entraînant des frais supplémentaires.

L'invention a pour but d'éliminer cet inconvénient.

Suivant l'invention, le dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque phase, des moyens fournissant une tension alternative proportionnelle au courant alternatif dans la phase des moyens pour redresser cette tension et engendrer une tension continue dont l'amplitude est proportionnelle au courant dans la phase, un circuit comparateur pourvu d'un comparateur recevant ladite tension continue et une tension continue de référence représentant ledit courant maximal et d'un diviseur de tension formé d'une diode et d'une résistance branchées en série dans la sortie du comparateur, lequel est agencé pour produire une tension de sortie qui change de polarité en changeant ainsi l'état de conduction de la diode lorsque ladite tension continue dépasse ladite tension de référence de façon que le diviseur de tension émette un signal de sortie, et un circuit de sortie reliant le point de jonction entre la diode et la résistance du diviseur de tension à des moyens qui répondent au signal de sortie du diviseur de tension en diminuant le débit de courant dans la phase.

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On voit ainsi que l'utilisation d'un dispositif de délestage par phase permet de protéger chaque phase séparément et simultanément contre des surcharges éventuelles.

Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du dispositif objet de l'invention, les mêmes éléments étant désignés par les mêmes indices de référence dans les différentes figures.

La fig. 1 représente le schéma de principe d'un dispositif de délestage de phases individuel pour installation de chauffage d'une résidence à chauffage électrique intégré;

la fig. 2 est un schéma synoptique de l'installation de la fig. 1,

et la fig. 3 est le schéma de principe d'un module de régulation proportionnel sur lequel peut être superposée, par photocouplage, une information de délestage.

La résidence comprend, à titre d'exemple, 9 locaux à chauffer au moyen d'appareils électriques H1 à H9 (fig. 2) alimentés chacun par un courant alternatif fort prélevé entre le neutre Mp et l'une des phases d'une alimentation triphasée A avec neutre;

ainsi, les appareils Hl, H4, H7 sont alimentés par la phase R, les appareils H2, H5, H8 par la phase S et les appareils H3, H6, H9 par la phase T.

La mise en marche et l'arrêt de chaque appareil sont assurés au moyen d'un dispositif connu dit triac, désigné par TRI à TR9, compris dans un module de régulation proportionnel Ml à M9 dont le fonctionnement dépend d'une sonde d'ambiance SAI à SA9 montée en pont de Wheatstone de façon connue (fig. 3) et, pour chaque phase, d'un appareil de détermination de zéro DZR, DZS ou DZT (fig. 2).

Bien entendu, le dispositif de délestage (fig. 1, 2, 3) est alimenté en courant faible au moyen d'une alimentation auxiliaire continue DC (fig. 2) provenant d'un courant d'une des phases, par exemple R.

Le tableau de l'installation électrique peut comporter un dispositif B (fig. 1) pour le branchement éventuel d'un compteur de l'énergie électrique absorbée par le chauffage seul.

On intercale dans chaque départ général de phase R, S, T, avant les dérivations pour l'usage électrodomestique ED, des shunts SH ou tous autres dispositifs de mesure de l'intensité dont les bornes portent respectivement les références SR1-SR2, SS1-SS2, ST1-ST2.

Comme le dessin le montre, les tensions aux bornes des . shunts, qui sont des tensions alternatives proportionnelles aux courants de phase, sont appliquées respectivement à trois amplificateurs détecteurs de crête AR, AS, AT qui redressent la tension alternative entrante en une tension continue proportionnelle aux valeurs de crête, appliquée à une photodiode d'un photocoupleur PCR, PCS ou PCT qui assure le transfert du courant tout en réalisant l'isolation galvanique indispensable entre la partie du dispositif à courant fort et sa partie à courant faible.

Les tensions continues V (VR, VS, VT) apparaissant sur le collecteur des transistors des photocoupleurs sont proportionnelles à la luminescence des photodiodes et, par conséquent, aux tensions aux bornes des shunts ou, en d'autres mots, proportionnelles aux courants de phase.

Chacune desdites tensions est donc appliquée à une des deux entrées du comparateur C (CR, CS, CT) qui joue le rôle de différentiateur. Une tension continue de référence U (UR, US, UT) est appliquée à l'autre entrée du comparateur C dont la sortie est constituée par un diviseur de tension DT comprenant en série une résistance RC et une diode D4 dont l'anode est mise à la masse. Le point de jonction F de RC et D4 est le point de dérivation vers les différents modules de régulation proportionnels.

Ladite tension de référence U est prélevée sur le curseur d'un potentiomètre RD faisant partie d'un diviseur de tension connecté aux bornes de l'alimentation auxiliaire DC en courant continu. Cette tension de référence U, réglable grâce au potentiomètre RD, est choisie de façon à représenter le courant principal de phase Imax admissible en fonction de la puissance souscrite au réseau.

Le comparateur C est agencé de façon que sa tension de sortie soit négative aussi longtemps que la tension de référence U est supérieure à la tension V d'entrée du comparateur. Dans ces conditions, la tension sur la ligne de dérivation L vers les modules de régulation proportionnels est égale au potentiel de masse grâce à la présence de la diode D4 (D4R, D4S, D4T) et cette tension n'a donc aucune influence sur les modules qui fonctionnent de façon classique, ne tenant compte que du signal des sondes d'ambiance.

Si, au contraire, la tension d'entrée V du comparateur devient supérieure à la tension de référence U, ce qui signifie que le courant d'une phase dépasse le courant Imax correspondant à la puissance souscrite, la tension de sortie du comparateur devient positive et une tension positive W (WR, WS, WT) apparaît sur la ligne de dérivation vers les modules.

Ainsi la ligne de dérivation LR, par exemple, contenant éventuellement la tension de décalage WR, sera raccordée aux points 19 des modules Ml, M4 et M7 (fig. 2) et de façon analogue pour les lignes LS et LT.

Dans chaque module, cette tension de correction dite tension de décalage a pour effet de faire glisser le point de fonctionnement de celui-ci dans le sens d'une augmentation de la période hors service du cycle de chauffage.

Cela se produit de la manière suivante :

Comme cela est connu, un module de régulation proportionnel (fig. 2, 3) comprend un pont de Wheatstone 11-12-13-14 destiné à fournir une tension d'erreur E, un détecteur de zéro DZ servant d'horloge pour marquer avec précision les moments de passage par zéro du courant alternatif du réseau, passages par zéro qui servent de base à la formation d'impulsions de gâchette G pour un triac TR décrit plus loin, et un amplificateur opérationnel AO jouant le rôle de modulateur influencé par la tension d'erreur E. La sortie du modulateur est appliquée à un circuit ET dont l'autre entrée reçoit les impulsions de passage par zéro provenant du détecteur de zéro DZ. Ces impulsions ont une fréquence égale au double de la fréquence du réseau (fréquence des passages par zéro du courant de réseau). Le module de régulation comporte un triac précité destiné au passage et au non-passage du courant modulé de chauffage. Les périodes de passage et de non-passage du courant de chauffage déterminent la quantité d'énergie électrique consommée par l'installation de chauffage et sont donc commandées par la sortie du circuit ET qui, pendant la période du passage, délivre des impulsions appliquées à la gâchette G du triac qui est passant à ce moment, la sortie du circuit ET étant nulle pendant la période de non-passage, le triac étant alors bloqué.

Selon la technique connue, la tension d'erreur E constituant la sortie du pont de Wheatstone est uniquement influencée par la comparaison entre la température de consigne et la température réelle d'un local à chauffer considéré.

A cet effet, le pont de mesure 11-12-13-14 comprend quatre bras montés en dérivation à la manière des thermostats classiques sous une tension continue Ucc entre deux bornes 11 et 12, où 11 est à la tension positive de l'alimentation auxiliaire de courant direct DC (fig. 2) et 12 est à la tension négative de ladite alimentation auxiliaire. Le bras 13-12 contient une résistance variable P2, servant à déterminer la température de chauffage choisie, et une résistance à coefficient de température négatif CTN, mesurant la température réelle du local à chauffer, ces deux éléments constituant une sonde d'ambiance SA; le bras 11-13 contient une résistance variable de calibrage PI, et les bras 11-14 et 14-12 contiennent respectivement des résistances fixes RI et R2.

La tension d'erreur E ou tension de sortie du pont de mesure apparaît entre le point 14 (pied de la résistance fixe RI) et le point 13 (pied de la résistance variable PI).

Quand le pont est en équilibre, E = 0.

Si la température du local diminue, la valeur de CTN augmentant, le pont n'est plus en équilibre et la tension de sortie E prend

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un sens et une valeur tels qu'on augmente la durée de la période de passage ou de chauffage par rapport à la durée de non-passage ou de non-chauffage.

L'inverse se produit si la température du local augmente.

D'autre part, un photocoupleur 16 (fig. 3) est greffé sur le pont de mesure de manière que son phototransistor PT est monté en dérivation sur la résistance fixe RI, tandis que sa photodiode PD est insérée dans un circuit 19-20 pouvant contenir une tension de décalage W (WR, WS, WT).

Tant que le courant principal de phase ne dépasse pas le maximum toléré, la tension de décalage, représentée globalement par W, est absente, c'est-à-dire que W=0. Dans ces conditions, le phototransistor PT n'est pas influencé par PD, la résistance de PT est infinie et, par conséquent, le courant de fuite dudit transistor est nul. Si la valeur de la résistance RI est la même par construction que celle de la résistance R2, le potentiel du point 14 représente effectivement la moitié de la tension continue Ucc, soit la tension d'information dite positive Uin+ du pont de mesure où le symbole Uin désigne une tension d'information.

Les résistances réglables (ou potentiomètres) PI, P2 de l'autre branche du pont sont avantageusement réglées de manière que le potentiel du point 13 soit le même que celui du point 14 quand le pont est en équilibre, la résistance réglable P2 devant servir à l'affichage de la température de consigne de la pièce à chauffer. Le potentiel du point 13 est la tension d'information dite négative Ui - du pont et l'on désigne par le symbole E, dit tension d'erreur du pont, la différence de potentiel entre les points 13 et 14, soit Uin+ — Uin- =E, avec E=0 quand le point esten équilibre; on dira par convention que la tension d'erreur du pont est positive ou négative respectivement selon que la température ambiante de la pièce à chauffer est supérieure ou inférieure à la température de consigne.

Ainsi, pour réclamer l'enclenchement du chauffage à partir de la position d'équilibre, il faut déséquilibrer le pont (E<0), c'est-à-dire déplacer le curseur du thermostat de manière que la température de consigne soit supérieure à la température ambiante, ce qui consiste à augmenter la résistance de P2. Tandis que la température de la pièce s'élève, la résistance de l'élément CTN décroît progressivement jusqu'au moment où la décroissance de la CTN compense exactement l'augmentation de P2, et le pont est de nouveau en équilibre.

Inversement, si l'on veut réduire le chauffage, il suffit d'afficher au thermostat une température inférieure à la température ambiante, ce qui revient à réduire la résistance de P2. La tension d'erreur restera positive ou nulle (E >0), c'est-à-dire qu'il n'y a pas de chauffage tant que l'augmentation de la résistance de l'élément CTN en fonction du refroidissement de la pièce n'aura pas dépassé l'abaissement de la résistance de P2.

Il va de soi que le déclenchement du chauffage est déterminé par la polarité de la tension d'erreur E du pont de mesure, tension perçue par un amplificateur opérationnel AO. Comme indiqué schématiquement au dessin, l'amplificateur alimenté par la ligne 17 et équipé de résistances R3, R4, R5 et d'un condensateur CD mis à la masse électrique ME du dispositif, nécessaires pour son fonctionnement, peut délivrer à sa sortie 18 des impulsions aptes à modifier la durée de conduction du triac et, partant, l'état de chauffage.

Ces notions rappelées restent valables pour des dispositifs de délestage; la tension de décalage, appliquée aux phases surchargées des régulateurs, agit sur les modules comme si l'on avait abaissé la résistance de P2.

Quand le courant principal de phase dépasse le maximum toléré, la tension de décalage W (fig. 3) est présente et peut donner naissance à un courant de décalage Iw qui traverse la photodiode PD de 19 à 20. La photodiode transfère de l'énergie lumineuse au phototransistor PT et rend celui-ci conducteur : un courant It, proportionnel au courant de décalage Iw, peut donc traverser PT de 11 à 14.

On peut aisément démontrer que si toutes les autres conditions restent inchangées, la tension d'erreur E devient plus positive de la valeur R2 x lt. La tension de décalage exerce donc un effet semblable à celui de P2 actionné dans le sens d'ime réduction du rapport de modulation du régulateur; tout se passe comme si la température de consigne, affichée au régulateur, avait été abaissée et, par conséquent, la durée de déblocage du triac, par rapport à la période de non-chauffage, est réduite. L'intérêt particulier du montage est le fait qu'on peut séparer totalement les modules puisqu'ils sont galvaniquement isolés de la tension de décalage, et introduire dans les ponts de mesure une tension de décalage commune sur des équipements dont les masses électroniques sont portées au potentiel de phases différentes; les modules de régulation n'ont donc pas de masse commune ni de point commun.

On applique ces principes avec le plus grand succès dans la construction de résidences à chauffage intégré. Le photocouplage a permis d'utiliser des modules de régulation rigoureusement identiques, ce qui facilite non seulement le raccordement, mais aussi la fabrication en série; de plus, ils ne doivent pas nécessairement être raccordés à une masse électronique commune puisqu'ils sont galvaniquement isolés.

Il ressort de la description précédente que, grâce au dispositif de délestage de la présente invention, il est possible de limiter automatiquement et à tous moments la puissance consommée à la puissance suscrite, ce qui permet de réduire la puissance souscrite au minimum compatible avec le confort de chauffage demandé.

L'invention est aussi applicable à une installation électrique monophasée.

Le dispositif de délestage peut d'ailleurs aussi être utilisé pour d'autres applications que le chauffage électrique d'une résidence, par exemple dans tous les cas où l'on désirerait limiter la puissance appelée au réseau à la puissance souscrite avec ou sans utilisation de modules de régulation proportionnels. Il suffit alors d'utiliser la tension de sortie du comparateur pour actionner un moyen de régulation quelconque, par exemple par abaissement de la tension d'alimentation.

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3 feuilles dessins

Claims

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1. Dispositif de régulation d'un débit de courant électrique par délestage de phase pour une source d'alimentation à courant alternatif à au moins une phase dont le débit doit être limité à un maximum (Imax), caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque phase, des moyens (SH) fournissant une tension alternative proportionnelle au courant alternatif dans la phase, des moyens (AR-PCR; AS-PCS; AT-PCT) pour redresser cette tension et engendrer une tension continue (VR; VS; VT) dont l'amplitude est proportionnelle au courant (I) dans la phase, un circuit comparateur pourvu d'un comparateur (CR; CS; CT) recevant ladite tension continue (VR; VS; VT) et une tension continue de référence (UR; US; UT) représentant ledit courant maximal (I„,ax) et d'un diviseur de tension formé d'une diode (D4R; D4S; D4T) et d'une résistance (RCR; RCS; RCT) branchées en série dans la sortie du comparateur, lequel est agencé pour produire une tension de sortie (WR; WS; WT) qui change de polarité en changeant ainsi l'état de conduction de la diode lorsque ladite tension continue (VR; VS; VT) dépasse ladite tension de référence (UR; US; UT) de façon que le diviseur de tension émette un signal de sortie (WR; WS; WT), et un circuit de sortie (LR; LS; LT) reliant le point de jonction (FR) entre la diode (D4R; D4S; D4T) et la résistance (RCR; RCS; RCT) du diviseur de tension à des moyens (Ml, M4, M7; M2, M5, M8; M3, M6, M9) qui répondent au signal de sortie du diviseur de tension en diminuant le débit de courant dans la phase (R; S; T).

2. Dispositif selon la revendication 1, pour une source d'alimentation fournissant de la puissance électrique à des équipements de chauffage (H) et à un autre équipement (ED) d'un bâtiment, lesdits moyens (Ml, M4...) répondant au signal de sortie du diviseur de tension comprenant un dispositif de commande de température commandant un équipement de chauffage (H) en fonction de la température ambiante, ce dispositif de commande comprenant lui-même un pont de mesure (PI, P2, CTN, RI, R2) produisant un signal d'erreur (E) pour moduler l'alimentation en courant de l'équipement de chauffage en réponse à la température ambiante, caractérisé en ce que ledit circuit de sortie (LR; LS; LT) relie ledit point de jonction (FR) entre diode et résistance au pont de mesure du dispositif de commande sensible à la température, de manière qu'un signal de sortie dans le circuit de sortie modifie l'équilibre du pont dans un sens augmentant la durée des périodes de non-fonctionnement de l'équipement de chauffage aussi longtemps que ledit courant maximal déterminé (Imax) de la phase est dépassé.

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REVENDICATIONS

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens pour redresser la tension alternative et engendrer une tension continue proportionnelle au courant dans la phase comprennent un amplificateur détecteur de crête (AR, AS, AT) pour redresser la tension alternative et produire une tension continue proportionnelle à sa valeur de crête, et un photocoupleur (PCR; PCS; PCT) dans la sortie de l'amplificateur pour relier la sortie de celui-ci au circuit comparateur (CR; CS; CT).

4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit circuit de sortie reliant le diviseur de tension au pont de mesure comprend un dispositif de photocouplage (16) branché en parallèle à l'un des bras (RI) du pont de mesure.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une branche (PI, CTN, P2) du pont renferme une résistance à coefficient de température négatif (CTN) et en ce que le dispositif de photocouplage (16) est branché en parallèle à un bras (RI) de l'autre branche (RI, R2) du pont.