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COMMANDE AUTOMATIQUE PERFECTIONNEE DE CIRCUITS ELECTRIQUES
CHAUFFANTS. nette invention est relative aux commandes automatiques de circuits électriques chauffants et en particulier à un appareil de cegenre qui est sensible à la température d'un élément chauffant et qui est destiné a actionner un dispositif commandant la circulation du courant dans l'élément chauffant de manière à limiter la température de Isolément ou à maintenir cette température à une valeur déterminée.
buivant la présente invention, lappareil pour commander la circulation du courant dans un circuit chauffant comprenant un élément chauffant électrique comporte un dispositif de commande destiné à répondre aux variations de la résistance électrique de l'élément chauffant et à actionner un interrupteur ou un autre mécanisme de commande dans le circuit chauffant.
L'invention est de ce fait particulièrement mais non exclusivement applicable aux circuits électriques chauffants pour dégivrer ou prévenir le givrage des surfaces extérieures des avions Dans ces circuits chauffants, l' élément chauffant a souvent la forme d'une feuille ou plaque mince et les variations de la résistance électrique de l'élément chauffant donnent. l'indication le plus commode des variations de température de l'élément qui peut être exposé directement à l'atmosphère.
La commande peut être sensible aux variations du courant circulant dans Isolément chauffant et elle peut comporter un circuit monté en parallèle avec une partie du circuit chauffant qui constitue ainsi un shunt.
La commande comporte de préférence un système compensateur pour compenser les fluctuations de la tension d'alimentation aux bornes du cir-
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cuit chauffant.
Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la com- mande est destinée à ouvrir un interrupteur dans le circuit chauffant lorsque la résistance de l'élément chauffant s'élève au-dessus d'une valeur prédéterminée (correspondant à une température maximum prédéterminée) et l'appareil comporte un circuit auxiliaire de réalimentation destiné à fournir un courant relativement faible à l'élément chauffant lorsque son circuit est ainsi ouvert et un dispositif de commande (qui peut être le même que celui dont il a été question ci-dessus)
associé au circuit auxiliaire et destiné à répondre aux variations de la résistance électrique de l'élément chauffant et à fermer le circuit chauffant principal lorsque la résistance de l'élément chauffant tombe à une valeur prédéterminée.
Suivant une autre caractéristique préférée de l'invention, la commande comporte un pont à deux branches d'égale résistance, une troisiè- me branche comprenant une résistance dont la valeur varie automatiquement suivant la tension d'alimentation aux bornes du circuit chauffant et une quatrième branche comprenant une résistance qui varie suivant la résistance de l'élément chauffant, l'interrupteur ou autre mécanisme de commande du circuit chauffant étant actionné par un dispositif sensible aux changements de la différence de potentiel aux bornes du pont.
Dans ce cas, le pont peut être établi de manière à être en équilibre à la température de fonctionnement désirée pour l'élément chauffant et l'appareil peut comprendre un redresseur monté aux bornes du po nt de manière à laisser passer le courant dans le pont et court-circuiter le dispositif actionnant l'interrupteur ou autre mécanisme de commande lorsque le sens de la différence de potentiel créée aux bornes du pont correspond à une température trop basse de l'élément chauffant et pour empêcher le courtcircuitage du courant aux bornes du pont lorsque la température de l'édément chauffant est trop élevée de sorte que dans ces conditions la diffé- rence de potentiel résultante est disponible pour actionner l'interrupteur ou autre mécanisme de commande.
L'invention peut être mise à exécution de différentes façons; on décrira ci-dessous une forme de réalisation particulièrement à titre d'exemple dans son application à une commande thermostatique d'un dégivreur électrique d'avion destinée à éviter le surchauffage de l'élément chauffant par suite d'un manque de refroidissement extérieur.
Dans cet exemple particulier, l'appareil est conçu pour être alimenté par une simple source de courant continu à 24 volts et il comprend sept circuits interconnectés comme le montre la Fig. 1 des dessins annexés.
Le premier circuit qui est appelé le circuit chauffant comprend en série un disjoncteur automatique 10 servant de protection au circuit, deux contacts principaux 11 constituant une moitié d'un contacteur 12 bipolaire commandé par relais appelé ci-après pour la facilité le contacteur de l'élément chauffant, un shunt 13 et la résistance chauffante elle-même 14. Le shunt 13 est monté en parallèle avec un premier enroulement de courant 15 d'un solénoide commandant une résistance à rondelles de carbone 16 "sensible à la température" montée dans un pont décrit ci-dessous. Le premier enroulement de courant 15 est en série avec une résistance variable de réglage 17 et deux fusibles de protection du circuit 18.
Le second circuit (commande manuelle) comprend en série un fusible de protection 19, les contacts 20 de la moitié d'un interrupteur bipolaire à main 21, les contacts 22 d'un contacteur 23 commandé par relais et l'enroulement 24 d'un solénoide commandant le contacteur de l'élément chauffant 12.
Le troisième circuit (commande-automatique) comprend un disjoncteur de protection 25 en série avec les contacts 26 de l'autre moitié de l'interrupteur bipolaire à main 21 et il se divise ensuite en quatre cir-
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cuits individuels qui aboutissent chacun à la masse, à savoir, le circuit du pont, le circuit de commande de la tension, le circuit de coupure de l'élément chauffant et le circuit d'alimentation auxiliaire de 1-'élément chauffant.
Le circuit du pont comprend deux résistances à rondelles de carbone 16 et 17 (appelées ci-après pour la facilité respectivement les empilages de carbone "sensible à la température " et de "commande de la tension") montéesdans les branches adjacentes d'un pont normal et deux résistances fixes égales 28 et 29 montées dans les deux autres branches. Le pont du circuit entre les deux résistances fixes 28 et 29 est connecté à la borne positive de la source de courant et le point entre les deux résistances à pastilles de carbone est mis à la masse.
Un redresseur 30 et la bobine 31 d'un contacteur de commande 32 actionné par relais sont montés en parallèle aux bornes du pont..Une résistance de réglage est montée en série avec la bobine 31 et le redresseur est destiné à empêcher le courant de circuler de l'empilage de carbone de commande de tension 27 vers l'empilage de carbone sensible à la température 16.
Le circuit de commande de la tension comporte une résistance de réglage mise en série avec la bobine 35 d'un solénoïde destiné à faire varier la compression de l'empilage de pastilles de carbone de commande de tension 27. Ce circuit commande donc la résistance d'une branche du pont en concordance avec la tension d'alimentation et il compense les variations de cette tension.
Le circuit de coupure de l'élément chauffant comprend en série deux contacts 36 du relais de commande 32 dont l'excitation de la bobine 31 est prise aux bornes du pont et la bobine 37 du solénoïde commandant le contacteur 23 dans le circuit de commande manuelle.
Le circuit d'alimentation auxiliaire de l'élément chauffant comprend en série une paire de contacts 38 d'un relais bipolaire 39, une résistance de réglage 40, un second enroulement auxiliaire 41 associé à l'empilage de carbone sensible à la température 16, l'empilage de carbone 42 d'un régulateur de tension en série, la seconde paire de contact 43 du relais bipolaire 39, un des fusibles 18 et l'élément chauffant 14 lui-même.
Un point 47 du côté-masse de la résistance 42 à pastilles de carbone est raccordé à la masse par un enroulement de solénoide 48 destiné à commander la résistance de l'empilage 42 et une résistance de réglage 45. L'empilage de carbone 42 agit donc conjointement avec l'enroulement 48 pour maintenir le point 47 à un potentiel constant et pour fournir ainsi une tension constante aux bornes de l'élément chauffant 14 lorsque le circuit d'alimentation auxiliaire est en service. L'intensité du courant traversant l'élément chauffant et l'enroulement auxiliaire 41 est donc proportionnelle à la résistance de l'élément chauffant et les erreurs dûes aux fluctuations de la tension provoquées par les variations de résistance de l'élément chauffant sont éliminées.
En outre, le montage procure le pourcentage maximum de variation de l'intensité du courant dans l'enroulement 41 lorsque la résistance de l'élément chauffant change.
Une lampe témoin 44 connectée entre la masse et un point du circuit du côté masse de la première paire de contacts 38 du relais 39 donne une indication lorsque le circuit d'alimentation.auxiliaire est en service, c'est-à-dire lorsque le courant circule dans ce circuit d'alimentation auxiliaire de l'élément chauffant. Le relais 39 est commandé par une seconde paire de contacts auxiliaires 45 du contacteur principal 12 de l'élément chauffant destinés à établir le contact juste avant les contacts principaux 11 et à le rompre juste après la rupture des contacts principaux et montés en série avec la bobine 46 du relais 39.
Le relais auxiliaire 39 est donc maintenu ouvert lorsque les contacts principaux de l'élément chauffant sont fermés et il est fermé lorsque les contacts principaux de l'élément chauffant sont ouverts .
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L'appareil fonctionne de la manière suivante : lorsque l'interrupteur à main 21 est fermé, le circuit de commande manuelle excite le solé- noide 24 du contac teur 12 de l'élément chauffant qui ferme ainsi les contacts principaux 11 dans le circuit de l'élément chauffant et ferme les contacts auxiliaires 45 qui excitent le soléncide 46 du relais de circuit auxiliaire 39 qui isole ainsi le circuit d'alimentation auxiliaire.
Le courant circule donc dans la résistance chauffante 14 via le shunt 13 et, si la température ambiante est basse, comme l'élément chauffant a une résistance relativement faible, le courant circulant dans le circuit chauffant est relativement fort. Simultanément, le circuit de comman- de automatique est fermé par l'autre moitié 26 de l'interrupteur bipolaire à main 21 et le circuit du pont est mis sous tension. Initialement, les résistances des deux empilages de carbone 16 et 27 sont égales et aucune différence de potentiel n'apparaît aux bornes du pont, mais cet état n'est que momentané et lorsque le circuit de commande de tension est excité, la résistance de l'empilage de carbone de commande de tension 27 augmente jusqu'à un point déterminé par la tension d'alimentation et le réglage de la résistance de réglage associée 34.
D'un autre côté, le premier enroulement 15 de l'empilage de carbone sensible à la température 16 est traversé par un courant qui dépend de la différence de potentiel qui est produite aux bornes du shunt 13 par le courant circulant dans le circuit chauffant et comme l'élément chauffant 14 est encore froid et de faible résistance, l'intensité de ce courant est forte et la résistance de l'empilage de carbone sensible à la température 16 est donc élevée à une valeur nettement supérieure à la norme et dépassant celle de l'empilage de commande de tension 27.
Dans ces conditions, le circuit du pont tend à être déséquilibré mais le redresseur 30 connecté aux bornes du pont laisse passer le courant et rétablit ainsi l'équilibre du potentiel assurant aussi qu'aucun courant ne circule dans la bobine de commande 31 du relais de commande 32.
Lorsque l'élément chauffant 14 commence à s'échauffer et que sa résistance augmente, le courant qui le traverse diminue et par conséquent la différence de potentiel aux bornes du shunt 13, le courant traversant le premier enroulement 15 de l'empilage de carbone sensible à la température 16 et la résistance de cet empilage de carbone sensible à la température diminuent tous. Finalement lorsque l'élément chauffant 14 atteint sa température normale de désagrégation de la glace, les deux résistances des empilages de carbone 16 et 17 sont de nouveau égales et le pont est en équilibre; cet état est obtenu par le réglage correct des résistances de réglage 17 et 35 montées dans les circuits des solénoïdes des empilages de carbone.
Si la température de l'élément chauffant 14 s'élève au-dessus de la normale par suite d'un manque de refroidissement extérieur par exemple, la résistance de l'empilage de carbone sensible à la température 16 diminue par suite de la diminution du courant dans son premier enroulement 15 résultant de la diminution de l'intensité du courant traversant le shunt 13 dans le circuit chauffant. Le pont se déséquilibre alors dans l'autre sens et comme le redresseur 30 branché aux bornes du pont empêche la circulation d'un courant de compensation dans ce sens, le courant circule dans la bobine 31 actionnant le relais de commande 32.
Pour une valeur prédéterminée de ce courant qui peut être réglée au moyen des résistances de réglage 33, le courant fait fonctionner le relais de commande et le courant passe alors par les contacts 36 du circuit de coupure de l'élément chauffant pour actionner le solénoïde 37 commandant le contacteur 23 qui ouvre ses contacts 22. Le circuit de commande manuelle est donc désexcité et la position du contacteur 12 de l'élément chauffant est inversée, par exemple sous l'action d'un ressort, pour ouvrir les contacts principaux 11 dans le circuit de l'élement chauffant et immédiatement après pour ouvrir les contacts auxiliaires 45 de manière à mettre en service le circuit d'alimentation auxiliaire de l'élément chauffant.
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Le passage du courant dans l'élément chauffant 14 est donc interrompu et comme aucun courant ne traverse le shunt 13, la valeur de la résistance de l'empilage de carbone sensible à la température 16 est réduite au minimum. Le circuit du pont est par conséquent maintenu en déséquilibre dans le même sens et le relais de commande 32 reite fermé en maintenant ainsi ouvert le contacteur 23 qui à son tour empêche.- le réenclenchement du contacteur principal dans le circuit de l'élément chauffant.
Lorsque les contacts auxiliaires 45 du contacteur de l'élément chauffant sont ouverts, le relais auxiliaire 39 se ferme sous l'action d'un ressort et un faible courant circule dans le circuit d'alimentation auxiliaire comprenant l'enroulement 41 et l'élément chauffant 14 tandis qu'en même temps une lampe témoin 44 s'allume pour indiquer que le circuit d'alimentation auxiliaire est en service. L'intensité de ce courant parcourant le circuit auxiliaire est réglée'à une faible valeur de sorte qu'aucun dégagement de chaleur appréciable n'est produit par l'élément chauffant.
Lorsque l'élément chauffant se refroidit, cependant, par suite de l'interruption du courant de chauffage principal dans le circuit chauffant, sa résistance diminue et le courant circulant par le circuit auxiliaire dans le second enroulement 41 de l'empilage de carbone sensible à la température augmente en conséquence, provoquant une augmentation de la résistance de l'empilage de carbone 16 lui-même.
Comme il a été dit ci-dessus, le régulateur de tension série à empilage de carbone 42, 48 maintient une tension constante aux bornes de l'élément chauffant. Pour une température de l'élément chauffant qui est déterminée par les résistances de réglage 40 et 49, l'intensité du courant dans le second enroulement 41 a provoqué une augmentation de la résistance de l'empilage de carbone sensible à la température 16 telle que le déséquilibre de tension aux bornes du pont est insuffisant pour faire passer assez de courant pour maintenir le relais de commande 32 fermé.
Les contacts 36 de ce relais de commande s'ouvrent donc, le contacteur 23 se ferme et le contacteur 12 de l'élément chauffant est actionné pour fermer les contacts principaux 11 dans le circuit chauffant et rétablir ainsi le passage du courant dans l'élément chauffant. Peu avant la fermeture des contacts principaux 11, le contacteur de l'élément chauffant ferme aussi les contacts auxiliaires 45 et isole ainsi de nouveau le circuit d'alimentation auxiliaire de l'élément chauffant. L'appareil est donc ramené dans sa position normale de travail.
Il est clair que de petites variations de la tension d'alimentation n'ont aucun effet sur l'appareil puisque des variations correspondantes de courant se produisent dans le circuit chauffant et dans le circuit de commande de tension et que les deux résistances des empilages de carbone 16 et 27 restent en équilibre.
En outre, les caractéristiques du relais de commande 32 sont telles que les fluctuations de la tension de déséquilibre du pont pour une valeur approchant celle suffisante pour fermer le relais de commande sont jusqu'à un certain point absorbées par le solé- noïde 31 du relais de commande assurant ainsi un fonctionnement positif du contacteur 23 et du contacteur 12 de l'élément chauffant qui n'est pas sujet à de fréquentes inversions lorsque la température de l'élément chauffant 14 approche de la valeur maximum pour laquelle l'appareil est réglé,
L'appareil peut aussi être utilisé avec une alimentation en courant alternatif mono ou triphasé.
En outre, l'appareil peut être facilement adapté pourêtre utilisé avec des circuits chauffants fonctionnant suivant un cycle donné et dans ce cas il peut comporter un commutateur cyclique entraîné par un moteur et destiné à enclencher les circuits de commande autour de rôle sur chaque élément chauffant lorsqu'il doit être alimenté.
Les résistance à empilage de pastilles de carbone sont bien connues en elles-mêmes ainsi que leur propriété de présenter une résistance électrique variable suivant la pression exercée dessus. Une construction
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préférée particulière d'un empilage de carlone avec son solénoide de commande associé est cependant représentée sur la Fig. 2. Cette construction est conçue spécialement pour l'empilage de carbone sensible à la température 16 et elle comporte dans le même ensemble les deux enroulements 15 et 41. Sur cette figure, la construction comprend une pile 16 de disques de carbone cupulaires placés dans un tube de support 50 à une extrémité duquel agit une butée réglable 51 et à l'autre un or gane de pression 52 relié à une armature tubulaire mobile 53.
L'arma ture est guidée dans son déplacement longitudinal entre deux plateaux flexibles 54 et 55 serrés entre le corps principal 56 et les chapeaux d'extrémité 57 et 58. Deux enroulements d'armature 15 et 41 constituant respectivement la première et la seconde bobine de la pile sont placés dans le corps autour d'un manchon creux 49 entourant l'armature mobile 53.
La butée réglable 51 forme aussi un des contacts électriques par lesquels le courant traverse l'empilage de carbone 16 et à cette fin elle est montée sur une tige conductrice 60 montée dans une bague isolante 61, la tige 60 étant raccordée à une borne extérieure 62 tandis que la bague isolante 61 est portée par un manchon fileté 63. Le réglage du manchon 63 agit de manière a faire varier la position normale de l'empilage de carbone 16 et en réglant l'entrefer entre l'armature 53 et les plots fixes 67, il contrôle le degré de liberté de l'armature. L'autre borne par laquelle le courant est amené à la pile peut être connectée au boîtier 56 lui-même.
L'extrémité de l'armature 53 opposée à la butée 51 reçoit un ressort 64 qui prend appui sur un manchon fileté réglable 65 monté sur le chapeau dextrémité 58. Le réglage du manchon 65 agit donc de manière à faire varier la position normale du ressort 64 tandis qu'un autre bouchon fileté 66 monté dans le manchon 65 agit de manière à faire varier la tension du ressort.
REVENDICATIONS.
1. - Appareil de commande dè la circulation d'un courant électrique dans un circuit chauffant comportant un élément chauffant électrique, caractérisé en ce qu'un dispositif de commande principal est destiné à répondre aux variations dé la résistance électrique de l'élément chauffant et aussi à actionner un interrupteur ou autre mécanisme de commande dans le 'circuit chauffant.