FR2528653A1 - Power regulator for electric heating installation - uses four heating resistors with selected switching to provide 15 increments of heating output - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un dispositif de régulation de puissance électrique à action instantanée discontinue pour un appareil de chauffage comprenant un bloc de chauffage connecté au réseau alternatif de distribution d'énergie. The present invention relates to a device for regulating electric power with instantaneous discontinuous action for a heating appliance comprising a heating block connected to the alternative energy distribution network.
A l'heure actuelle, les systèmes de chauffage électrique connus utilisent, pour transformer énergie électrique en énergie thermique, une résistance ohmique associée à un élément de commutation connecté en série et permettant d'obtenir uniquement un réglage par tout ou rien. Cet élément de commutation sera par exemple constitué par un semiconducteur refroidi du type triac, commandé en train d'alternances. Comme la commande en angle de phase n'est pas acceptée par les normes de perturbation imposées aux appareils de chauffage électrique, on est conduit à faire varier les temps de conduction et de blocage du triac, afin de réaliser une régulation à action proportionnelle moyenne. At present, known electric heating systems use, to transform electrical energy into thermal energy, an ohmic resistance associated with a switching element connected in series and making it possible to obtain only an all-or-nothing adjustment. This switching element will, for example, consist of a cooled triac semiconductor of the triac type, controlled in the form of alternations. As the phase angle control is not accepted by the disturbance standards imposed on electric heating devices, it is necessary to vary the conduction and blocking times of the triac, in order to achieve regulation with medium proportional action.
Ces normes de perturbation limitent aussi la fréquence de commutation du triac en fonction de la puissance commandée, ce qui impose de travailler à des périodes de l'ordre de quelques dizaines de secondes. Ceci introduit des variations de température et des contraintes dans le bloc de chauffage, ainsi que des variations de consommation électrique incessantes entre zéro et la puissance maximum. Ce dernier point impose notamment d'avoir, pour tout niveau de puissance moyenne consommée, une disponibilité de la puissance maximum au niveau du réseau d'alimentation, ce qui pose des problèmes lorsque l'installation est équipée d'un dispositif de délestage. These disturbance standards also limit the switching frequency of the triac as a function of the power ordered, which requires working at periods of the order of a few tens of seconds. This introduces variations in temperature and constraints in the heating block, as well as incessant variations in electrical consumption between zero and maximum power. This last point requires in particular to have, for any level of average power consumed, an availability of the maximum power at the level of the supply network, which poses problems when the installation is equipped with a load shedding device.
La présente invention a donc pour but principal de remédier à ces inconvénients et, pour ce faire, elle a pour objet un dispositif de régulation du type susmentionné qui se caractérise essentiellement en ce que le bloc dechauffage est constitué par un certain nombre de résistances fixes dont les valeurs sont en progression géométrique de raison deux et qui sont connectées en parallèle sur le réseau de distribution d'énergie par l'intermédiaire de commutateurs individuels, des moyens étant prévus pour commander sélectivement ces différents-commutateurs selon un mode binaire en fonction de la température ambiante souhaitée. The main object of the present invention is therefore to remedy these drawbacks and, to do this, it relates to a regulation device of the aforementioned type which is essentially characterized in that the heating block consists of a number of fixed resistors, the values are in geometric progression by reason two and which are connected in parallel on the energy distribution network by means of individual switches, means being provided for selectively controlling these different switches in a binary mode as a function of the desired room temperature.
I1 est ainsi possible de modifier la résistance totale du bloc de chauffage,et par conséquent la puissance, entre une valeur maximale et une valeur minimale, en passant par des valeurs intermédiaires. On notera en outre que la variation de la résistance totale est telle que la variation correspondante de la puissance est linéaire. It is thus possible to modify the total resistance of the heating block, and consequently the power, between a maximum value and a minimum value, passing through intermediate values. It will also be noted that the variation of the total resistance is such that the corresponding variation of the power is linear.
La puissance instantanée consommée se trouve donc réduite, ce qui permet de retarder d'autant l'action du dispositif de délestage éventuel. De plus, la consommation électrique sur le réseau est uniformisée et on élimine les variations de température intempestives du bloc de chauffage. The instantaneous power consumed is therefore reduced, which makes it possible to delay the action of any load shedding device accordingly. In addition, the electricity consumption on the network is standardized and unwanted temperature variations of the heating block are eliminated.
Dans une forme de réalisaticn particulière de l'invention, le bloc de chauffage comprend quatre résistances qui sont respectivement dans un rapport de un, deux, quatre et huit. In a particular embodiment of the invention, the heating block comprises four resistors which are respectively in a ratio of one, two, four and eight.
On obtient ainsi seize valeurs différentes de puissance, ce qui est largement suffisant dans la plupart des cas. Sixteen different power values are thus obtained, which is more than sufficient in most cases.
Quant aux moyens de commande des commutateurs individuels, ils comprennent un commutateur rotatif binaire d'affichage de la température de consigne souhaitée, permettant d'obtenir une première tension proportionnelle à ladite température de consigne, et une thermistance sensible à la température ambiante, permettant d'obtenir une seconde tension proportionnelle à ladite température ambiante, ces deux tensions étant appliquées à un comparateur dont la sortie contrôle deux portes logiques alimentant respectivement les entrées de comptage et de décomptage d'un compteur-décompteur avec des impulsions engendrées par un circuit astable, les sorties de ce compteur-décompteur commandant respectivement et de façon binaire les différents commutateurs individuels. As for the control means of the individual switches, they comprise a binary rotary switch for displaying the desired set temperature, making it possible to obtain a first voltage proportional to said set temperature, and a thermistor sensitive to ambient temperature, making it possible to obtaining a second voltage proportional to said ambient temperature, these two voltages being applied to a comparator, the output of which controls two logic gates supplying respectively the counting and down counting inputs of an up-down counter with pulses generated by an astable circuit, the outputs of this up-down counter controlling respectively and in a binary way the different individual switches.
On obtient ainsi de façon très simple une augmentation progressive ou au contraire une diminution progressive de la puissance de l'appareil de chauffage, selon que la température de consigne est supérieure ou inférieure à la température ambiante. There is thus obtained very simply a gradual increase or on the contrary a gradual decrease in the power of the heating appliance, depending on whether the set temperature is higher or lower than the ambient temperature.
De préférence, les sorties du compteur-décompteur sont reliées à un décodeur commandant un dispositif d'affichage permettant d'indiquer en clair le nombre correspondant à la position du commutateur rotatif, lorsB!le la température ambiante est égale à la température de consigne. Preferably, the outputs of the up-down counter are connected to a decoder controlling a display device making it possible to indicate clearly the number corresponding to the position of the rotary switch, when the ambient temperature is equal to the set temperature.
Une forme d'exécution de l'invention est décrite ci-après à titre d'exemple, en référence au dessin annexé dans lequel la figure unique est un schéma d'un appareil de chauffage électrique équipé d'un dispositif de régulation de puissance conforme à l'invention. An embodiment of the invention is described below by way of example, with reference to the accompanying drawing in which the single figure is a diagram of an electric heating appliance equipped with a power regulation device in accordance to the invention.
Dans cet appareil, le bloc de chauffage proprement dit se compose de quatre résistances dont les valeurs sont en progression géométrique de raison deux, soit respectivement Rcf 2 Roc, 4 Re et 8 Ra. Ces quatre résistances
c sont connectées en parallèle sur le réseau alternatif de distribution d'énergie U av , par exemple 220 volts, par l'intermédiaire de commutateurs individuels, respectivement K20, K21, K22 et K23, constitués par exemple par des relais ou par des éléments semiconducteurs tels que des triacs.In this device, the actual heating block consists of four resistors whose values are in geometric progression by two, that is to say Rcf 2 Roc, 4 Re and 8 Ra. These four resistances
c are connected in parallel to the alternative energy distribution network U av, for example 220 volts, by means of individual switches, respectively K20, K21, K22 and K23, constituted for example by relays or by semiconductor elements such as triacs.
Conformément à l'invention, les quatre commutateurs sont commandés sélectivement selon un mode binaire, en fonction de la température ambiante souhaitée, grâce à des moyens qui seront décrits plus en détail par la suite. According to the invention, the four switches are selectively controlled in a binary mode, depending on the desired ambient temperature, by means which will be described in more detail below.
La valeur totale R T de la résistance du bloc de chauffage est donnée par la formule
1 a b c d
RT R 2R 1IR + 8R
c c c c dans laquelle les lettres a, b, c et d peuvent prendre la valeur "0" ou "1", selon que le commutateur correspondant est ouvert ou fermé. On obtient donc ainsi seize valeurs différentes pour la résistance totale RT et par conséquent
U2 seize valeurs différentes de la puissance consommée P, puisque P = - . I1 convient en outre de remarquer que la variation de RT est telle RT que la variation correspondante de P, tout en étant discontinue, est linéaire, ce qui permet d'assurer une régulation progressive.The total value RT of the resistance of the heating block is given by the formula
1 abcd
RT R 2R 1IR + 8R
cccc in which the letters a, b, c and d can take the value "0" or "1", depending on whether the corresponding switch is open or closed. Sixteen different values are thus obtained for the total resistance RT and therefore
U2 sixteen different values of the power consumed P, since P = -. It should also be noted that the variation of RT is such that the corresponding variation of P, while being discontinuous, is linear, which makes it possible to ensure progressive regulation.
Les moyens de commande des commutateurs individuels K20 à K23 comprennent tout d'abord un commutateur rotatif binaire K1 à seize positions, permettant d'afficher la température de consigne souhaitée dans le local à chauffeur. Ce commutateur Kt est associé à quatre résistances, ayant respectivement pour valeur R, 2R, 4R et 8R, et permet ainsi d'obtenir aux bornes d'une résistance de valeur R/2 une tension U1 proportionnellé à ladite température de consigne. The control means of the individual switches K20 to K23 firstly comprise a binary rotary switch K1 with sixteen positions, making it possible to display the desired set temperature in the driver's room. This switch Kt is associated with four resistors, having respectively the value R, 2R, 4R and 8R, and thus makes it possible to obtain at the terminals of a resistance of value R / 2 a voltage U1 proportional to said set temperature.
La température ambiante du local à chauffer est détectée par une thermistance CTN à coefficient de température négatif associée à un amplificateur opérationnel AO dont la tension de sortie U2 est proportionnelle à ladite température ambiante. The ambient temperature of the room to be heated is detected by a CTN thermistor with a negative temperature coefficient associated with an operational amplifier AO whose output voltage U2 is proportional to said ambient temperature.
Les deux tensions U1 et U2 sont appliquées à un comparateur CP dont la tension de sortie U3 est appliquée d'une part à une première porte ET 1 et d'autre part à une deuxième porte ET 2 par l'intermédiaire d'un inverseur I. The two voltages U1 and U2 are applied to a comparator CP whose output voltage U3 is applied on the one hand to a first AND gate 1 and on the other hand to a second AND gate 2 via an inverter I .
Ces deux portes ET reçoivent également les impulsions engendrées par un circuit astable CBA.These two AND gates also receive the pulses generated by an astable circuit CBA.
Les sorties des portes 1 et 2 sont connectées respectivement aux entrées de comptage et de décomptage d'un compteur-décompteur CD dont les quatre sorties A, B, C, D commandent respectivement, selon un mode binaire, le foc- tionnement des quatre commutateurs K20 à K23. The outputs of gates 1 and 2 are respectively connected to the counting and down counting inputs of a CD up-down counter whose four outputs A, B, C, D respectively control, in a binary mode, the operation of the four switches K20 to K23.
Les sorties du compteur-décompteur CD sont par ailleurs connectées à une première porte NAND 3 dont la sortie est connectée à une troisième entrée de la porte 1. De même, les sorties du compteur-décompteur sont reliées, par l'intermédiaire d'inverseursI, à une deuxième porte NAND 4 dont la sortie est connectée à une troisième entrée de la porte 2. Enfin, les sorties du compteur décompteur sont également reliées à un décodeur DEC commandant un dispositif d'affich t dont le rôle apparattra pius clairement par la suite. The outputs of the up-down counter CD are moreover connected to a first NAND gate 3, the output of which is connected to a third input of door 1. Similarly, the outputs of the down-down counter are connected, by means of invertersI , to a second NAND gate 4, the output of which is connected to a third input of gate 2. Finally, the outputs of the up-down counter are also connected to a DEC decoder controlling a display device t whose role will appear more clearly from the after.
Lorsque la tension U1 proportionnelle à la température de consigne fixée par le commutateur rotatif K1 est supérieure à la tension U2 proportionnelle à la température ambiante mesurée par la thermistance CTN, c'est qu'il est nécessaire d'augmenter le chauffage. Dans ce cas, la sortie U du compara
3 teur CP est à un niveau haut et valide la porte 1. Par suite, les impulsions engendrées par le circuit astable CBA sont appliquées sur l'entrée de comptage du compteur-décompteur CD.Le nombre binaire apparaissant à la sortie de ce compteur provoque alors une augmentation progressive de la puissance de l'appareil de chauffage, par l'intermédiaire des quatre résistances Rc, 2 Rc, 4 Rc et 8 R0 qui sont combinés de façon différente selon l'état des commutateurs K20 à K23. When the voltage U1 proportional to the set temperature set by the rotary switch K1 is higher than the voltage U2 proportional to the ambient temperature measured by the CTN thermistor, it is necessary to increase the heating. In this case, the output U of the compara
3 teur CP is at a high level and validates gate 1. Consequently, the pulses generated by the astable circuit CBA are applied to the counting input of the up-down counter CD. The binary number appearing at the output of this counter causes then a gradual increase in the power of the heater, by means of the four resistors Rc, 2 Rc, 4 Rc and 8 R0 which are combined differently depending on the state of the switches K20 to K23.
Lorsque le nombre binaire apparaissant à la sortie du compteur est 1-1-1-1, un niveau bas apparaît à la sortie de la porte 3, ce qui bloque la porte 1. L'appareil est alors bloqué à la puissance maximale, avec les quatre commutateurs fermés et une résistance totale RT égale à 8/15 R
c
Si au contraire, la tension U1 est inférieure à la tension U2, c'est qu'il est nécessaire de diminuer le chauffage. Dans ce cas, la sortie U3 du comparateur CP est à un niveau bas et valide la porte 2 par l'intermédiaire de l'inverseur I, de sorte que les impulsions engendrées par le circuit astable
CBA se trouvent maintenant appliquées sur l'entrée de décomptage du compteurdécompteur CD. Le nombre binaire apparaissant à la sortie de ce compteur provoque alors une diminution progressive de la puissance de l'appareil de chauffage.When the binary number appearing at the output of the counter is 1-1-1-1, a low level appears at the output of door 3, which blocks door 1. The device is then blocked at maximum power, with the four switches closed and a total resistance RT equal to 8/15 R
vs
If on the contrary, the voltage U1 is lower than the voltage U2, it is necessary to reduce the heating. In this case, the output U3 of the comparator CP is at a low level and validates the gate 2 via the inverter I, so that the pulses generated by the astable circuit
CBA are now applied to the countdown input of the CD up-down counter. The binary number appearing at the output of this counter then causes a gradual decrease in the power of the heater.
Lorsque le nombre binaire apparaissant à la sortie du compteur est 0-0-0-0, un niveau bas apparat à la sortie de la porte 4, ce qui bloque la porte 2. L'appareil se trouve ainsi bloqué à la puissance minimale, qui est ici une puissance nulle puisque les quatre commutateurs sont alors simultanément ouverts. When the binary number appearing at the output of the counter is 0-0-0-0, a low level appears at the output of door 4, which blocks door 2. The device is thus blocked at minimum power, which here is zero power since the four switches are then simultaneously open.
Bien entendu, la fréquence du circuit astable CBA..sera prévue suffisamment petite, afin de limiter les variations de puissance lorsque les tensions U1 et U2 sont égales. Of course, the frequency of the astable circuit CBA..will be provided sufficiently small, in order to limit the variations in power when the voltages U1 and U2 are equal.
Grâce au décodeur DEC, le dispositif d'affichage AF indique en clair le nombre correspondant à la position du commutateur rotatif K1, lorsque la température mesurée par la CTN est égale à la température de consigne. imposée par ledit commutateur. De préférence, la position 1 de ce commutateur. correspondra à la mise hors-gel de l'installation. Thanks to the DEC decoder, the AF display device clearly indicates the number corresponding to the position of the rotary switch K1, when the temperature measured by the CTN is equal to the set temperature. imposed by said switch. Preferably position 1 of this switch. will correspond to the frost protection of the installation.
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| FR8210073A FR2528653B1 (en) | 1982-06-09 | 1982-06-09 | ELECTRIC POWER REGULATION DEVICE WITH DISCONTINUOUS INSTANT ACTION FOR HEATING APPARATUS |
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| FR (1) | FR2528653B1 (en) |
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- 1982-06-09 FR FR8210073A patent/FR2528653B1/en not_active Expired
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| FR2528653B1 (en) | 1985-08-30 |
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