FR2611097A1 - Unite de controle pour les regulations de moteurs de machine a laver - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE UNITE DE CONTROLE POUR LA REGULATION DE MOTEURS DE MACHINE A LAVER, AU MOYEN DE LAQUELLE ON PRETEND OBTENIR UN CONTROLE PARFAIT DE CELLE-CI A N'IMPORTE LEQUEL DE SES DIFFERENTS REGIMES DE TRAVAIL : LAVAGE, RINCAGE ET ESSORAGE. L'INVENTION SE FONDE, EN PARTANT DE L'UTILISATION D'UN GENERATEUR TACHYMETRIQUE ACCOUPLE AU MOTEUR DE LA MACHINE A LAVER, SUR LE FAIT DE CONVERTIR LE SIGNAL PRODUIT PAR CELUI-CI EN UN TEMPS DE REFERENCE, AU MOYEN DE L'UTILISATION D'UN CONVERTISSEUR TENSIONTEMPS, ET DE COMPARER LE SIGNAL OBTENU AVEC UN SIGNAL DE REFERENCE ET D'OBTENIR UN SIGNAL D'ERREUR LOGIQUE, DETECTE PAR UN COMPARATEUR DIGITAL. DE FACON COMPLEMENTAIRE, L'INFORMATION PROVENANT DU GENERATEUR TACHYMETRIQUE, UNE FOIS FORMEE, EST DIVISEE, AU CHOIX, PAR 2, 4 OU 8, AU MOYEN D'UN CIRCUIT CONFORMATEUR DE SORTE QUE, LORSQUE LE MOTEUR FONCTIONNE A UN REGIME DE TOURS ELEVE, ON UTILISE UN SOUS-MULTIPLE DU SIGNAL PRODUIT PAR LE TACHYMETRE ET L'ON SELECTIONNE L'UN OU L'AUTRE SIGNAL, C'EST-A-DIRE DIRECTEMENT LE SIGNAL DU TACHYMETRE OU CE SIGNAL DIVISE, AVEC LA COLLABORATION D'UN MULTIPLEXEUR DIGITAL QUI AGIT A LA FACON D'UN COMMUTATEUR.

Description

La présente invention se rapporte à une unité de contrôle pour la

régulation du moteur d'une machine à laver avec

laquelle on obtient un contrôle correct dans la vitesse de la rota-

tion du tambour de la machine au cours des diverses phases de fonctionnement de celle-ci, notamment au cours des phases de

lavage, de rinçage et d'essorage.

La vitesse du tambour d'une machine à laver est critique, notamment dans la phase de lavage, et l'on a établi expérimentalement comme vitesse la plus appropriée une vitesse linéaire de la périphérie du tambour de l'ordre de 1,2 m/s. Plus cette vitesse est précise, plus les résultats obtenus dans le lavage s'améliorent avec l'utilisation d'une même quantité de détergent. Pour cette raison, tous les fabricants de machines à laver tentent de se rapprocher de cette vitesse critique ou idéale,

vu qu'un écartement vis-à-vis de celle-ci, tant dans le sens posi-

tif que dans le sens négatif, se répercute au détriment des résul-

tats obtenus.

Le temps de lavage et la température de l'eau sont des facteurs secondaires; la vitesse du tambour dans le rinçage et

dans l'essorage n'est pas critique. La commande des vannes d'admis-

sion et de vidange ne présente pas non plus un problème, et

d'autres programmes, tels que le trempage en semi-flottation anti-

chiffonnement, ne sont pas importants non plus car ils ne sont à considérer que du point de vue des prestations offertes en vue du confort de l'usager et qu'ils n'influencent en rien la qualité du lavage.

Le degré de séchage du linge au moment de son extrac-

tion de la machine à laver est fonction de la vitesse d'essorage, laquelle s'établit généralement entre 1 000 et 1 500 tr/min, c'est-à-dire entre 20 et 30 fois la vitesse du tambour en régime de lavage, et c'est la raison pour laquelle on peut établir que le tambour d'une machine à laver tourne dans une gamme de vitesses comprise entre 50 et 1 000 tr/min ou entre 50 et 1 500 tr/min,

c'est-à-dire dans un rapport de 1 à 20 ou de I à 30 et, en consé-

quence, le moteur doit avoir un couple utile à n'importe quelle

vitesse dans le rapport établi.

Vu que, pour des raisons de coût et d'encombrement, il n'est pas possible de doter une machine à laver d'un moteur pour

chacun des programmes qu'elle a à réaliser (lavage, rinçage, esso-

rage, etc.), il est nécessaire de disposer d'un moteur dont la

vitesse puisse être réglée de la façon la plus précise possible.

Evidemment, le coût d'un moteur offrant un couple suffisant à un nombre de tours minime est élevé et c'est pour ceta qu'il est nécessaire d'optimiser la puissance afin de ne pas surcharger les coûts au-delà du nécessaire. Cependant, le risque que l'on encourt en utilisant un moteur d'une puissance très ajustée est grave car, si, pour l'une ou l'autre raison, le couple tombe en dessous de la vitesse minimale de couple, Le moteur subit un échauffement rapide, suivi d'une perte de puissance immédiate qui accentue encore plus

le problème; c'est-a-dire que l'échauffement augmente et l'isole-

ment du bobinage se détériore peu à peu jusqu'à ce que, sur une

période de temps relativement courte, la répétition des échauffe-

ments donne lieu à des courts-circuits dans le bobinage du moteur qui en réduisent le nombre de spires, ce qui finit par griller et rendre inutilisable le moteur, une panne coûteuse et fréquente si l'on considère que, normalement, le tambour des machines à laver

est en surcharge.

Pour cette raison, les fabricants se trouvent dans la nécessité de dimensionner les moteurs jusqu'à la limite de coût et d'avoir recours, en général, à l'addition de prestations de luxe

visant à masquer l'élévation du coût des moteurs. Une cause fonda-

mentale de ce problème se rapporte aux demi-moteurs de régulation

utilisés jusqu'à présent qui ne permettent pas un degré de régula-

tion adéquat, ces moteurs induisant une erreur qui s'avère maximale aux vitesses lentes, lesquelles sont précisément cetLes auxquelles cette erreur est la plus importante et la plus nuisible

au fonctionnement de la machine.

Plus concrètement, pour contrôler la rotation du moteur, on part toujours d'un générateur de signaux constitué par un générateur tachymétrique accouplé mécaniquement au moteur de la

machine à laver.

Ce générateur tachymétrique dispose de la collaboration d'un convertisseur de "fréquence à tension" et l'on obtient une tension proportionnelle à la fréquence si Le convertisseur est linéaire. Ce signal est fourni à un comparateur analogique qui fournit un signal d'erreur, lequel, dûment ampLifié, intégré et traité, toujours d'une façon analogique, se transforme en un signal de contrôle sur l'élément de puissance, c'est-a-dire un régulateur agissant sur un triac qui commande le moteur, conditionné par un circuit de synchronisme et de déclenchement suivant la fréquence du réseau.

Ainsi, jusqu'à présent, on réalise toujours le traite-

ment de façon analogique à travers une tension de référence qui provient du système de programmes de la machine à laver, puis on procède comme pour n'importe quel régulateur à variable continue analogique. Le fonctionnement de ce type de régulateur a pour grave inconvénient le fait que plus la fréquence est basse plus la régulation manque de précision, car la linéarité du convertisseur

ne correspond pas, dans la pratique, à la valeur théorique.

Les fausses linéaritéssont plus critiques aux vitesses

les plus basses, car une même erreur absolue représente, en pour-

centage, une erreur relativement beaucoup plus remarquable; ainsi, par exemple, les précisions que l'on obtient en valeur absolue sont semblables dans le cycle de lavage et dans le cycle d'essorage, alors que la valeur relative est beaucoup plus importante; dans ce sens, une erreur de 30 tr sur une vitesse de 1 000 ou I 500 tr est fort peu significative, alors que, sur une vitesse de 50 tr, elle est extrêmement importante et signifie la mise en court-circuit du

moteur au bout d'une période de temps beaucoup plus courte d'utili-

sation normale de la machine à laver. Ainsi donc, les systèmes de régulation de vitesse utilisés par la technique actuelle s'avèrent

clairement non satisfaisants.

On résout les problèmes posés ci-dessus d'une façon pleinement satisfaisante avec l'unité de contrôle qui constitue l'objet de la présente invention, laquelle se fonde sur un circuit de contrôle pour moteurs de machine à laver qui, quoiqu'il obtienne le signal d'un générateur tachymétrique, abandonne la technique analogique en vue d'obtenir une exactitude spéciale dans le contrôle des vitesses basses, notamment dans Les cycles de lavage, et maintient la vitesse linéaire optimale du tambour dans des limites très strictes, indépendamment de la charge; pour cela, vu que ce qu'il y a lieu de régler c'est une fréquence et qu'une

fréquence correspond toujours à une période, on part de l'utilisa-

tion d'un circuit numérique et l'on incorpore d'autres circuits analogiques et numériques pour en arriver finalement à des circuits logiques.

Au lieu de convertir le signal du générteur tachymé-

trique en un signal analogique, on convertit la tension de contrôle, c'est-à-dire la vitesse désirée en un temps de référence

au moyen d'un convertisseur tension-temps.

Selon une autre des caractéristiques de l'invention, le

signal du générateur tachymétrique est mesuré et comparé numérique-

ment dans une porte logique, en relation avec la durée d'impul-

sion; on produit une impulsion de référence que l'on compare à une impulsion mesurée, ce qui donne un signal d'erreur logique qui vaut "1" lorsque les valeurs sont différentes et "O" lorsqu'elles sont

égales.

Fondamentalement, on convertit le signal en un temps de référence au moyen de la charge d'un condensateur, notamment d'une

charge exponentielle inverse et parfaitement connue.

Conformément à ce qui vient d'être exposé plus haut, à partir d'une charge et de la tension du contrôle, on compare la tension du condensateur et l'on détecte le moment o il se produit

la coïncidence, ce pourquoi on utilise un simple comparateurnumé-

rique. Il s'ensuit que plus la période est lente plus la mesure est exacte; c'est-à-dire que l'on obtient une exactitude qui est d'autant plus grande que la vitesse du travail du moteur

est plus lente.

Suivant une autre des caractéristiques de l'invention, vu qu'en grande vitesse il y a trop d'information provenant du générateur tachymétrique, le signal produit par celui-ci est divisé par 2, 4 ou 8 au moyen d'un circuit conformateur qui donne un signal carré avec la même période et la même fréquence que le

signal sinusoidal produit par le tachymètre, mais avec une ampli-

tude déjà standardisée.

Le diviseur que constitue le circuit coformateur est un circuit simple, bon marché et efficace, qui peut être réalisé en

deux ou en plusieurs étapes.

On a prévu, en outre, un multiplexeur numérique qui fonctionne comme commutateur de signal, commandé par un signal

logique qui sélectionne la provenance du signal.

Il s'ensuit donc qu'aux vitesses de la machine diffé-

rentes de celle du lavage, le travail repose sur le signal divisé, ce qui fait que les périodes que l'on a à régler sont du même ordre

ou fort semblables.

Evidemment, le fait de diviser numériquement n'introduit pas d'erreurs et la relation de 1 à 20 ou de 1 à 30, par l'utilisation du circuit conformateur, s'en trouve réduite à 1 à 5; il s'ensuit donc que l'on travaille avec des erreurs absolues qui, étant du même ordre, de par le fait d'être divisées par quatre

ou par cinq, produisent un effet parallèle dans les erreurs rela-

tives. Le signal est multiplexé et commandé numériquement par

un signal externe et arrive à un dérivateur qui fournit une impul-

sion très courte, impulsion qui entre dans le convertisseur tension/temps, et passe à un intégrateur qui donne une tension moyenne de ce signal pouvant être appelée tension de contrôle, laquelle passe à un comparateur analogique o elle est comparée à la tension provenant d'un générateur de dents de scie, dont les niveaux maximaux détermineront Les niveaux de tension moyenne et,

par conséquent, les périodes nécessaires dans le générateur tachy-

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métrique pour conférer les différents degrés d'activation du triac

qui commande le moteur.

La description suivante, conçue à titre d'illustration

de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels:

la figure 1 montre un diagramme tension/temps corres-

pondant à un régulateur conventionnel, o l'on observe, en traits interrompus, la perte de linéarité du convertisseur par rapport à la valeur théorique; la figure 2 montre un schéma d'un régulateur de vitesse

pour le moteur d'une machine à laver, selon la technique conven-

tionnelle;

la figure 3 montre l'unité de contrôle pour la régula-

tion du moteur d'une machine à laver, réalisée conformément à l'objet de la présente invention; et

la figure 4 montre divers tensions et signaux corres-

pondant au circuit de la figure 3, qui seront utilisés dans la

description de celle-ci.

Comme il a été dit plus haut, à la figure 2, on a représenté le schéma d'un régulateur de vitesse conventionnel, o la référence 1 correspond au moteur, la référence 2 au générateur tachymétrique, la référence 3 au convertisseur fréquence/tension,

la référence 4 à la tension de référence, la référence 5 au confor-

mateur analogique, la référence 6 au régulateur, la référence 7 au circuit de synchronisme, la référence 8 à la fréquence du réseau et la référence 9 au triac; et l'on obtient avec le circuit de la figure 2 un manque de linéarité dans la relation tension/temps (V/t) tel que celui montré par la ligne en trait interrompu de la

figure 1.

On passe maintenant à un mode de réalisation préféré de l'invention. A la vue de la figure 3, on observe que le moteur 1 se trouve mécaniquement lié à un générateur tachymétrique 2, comme cela est conventionnel, dont le signal sinusoidal 3 arrive à un

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conformateur d'onde 4, qui remet un signal logique 5, de deux niveaux logiques seulement: "haut" et "bas", l'amplitude en étant invariable alors que la période est exactement égale à la période

du signal remis par ledit générateur tachymétrique 2.

Ce signal passe à un diviseur de fréquence 6, qui est constitué d'un compteur binaire dans lequel le signal est divisé par un multiple de deux, par exemple 2, 4, 8, 16, etc. La sortie du compteur binaire 6 ainsi qu'une sortie en parallèle provenant du conformateur d'onde 4 s'appliquent à un sélecteur multiplexeur numérique 7 qui est commandé par un signal

externe prédiviseur 8.

De cette façon, le signal qui vient du multiplexeur 7 peut être de la même période que celui qui provient du tachymètre 2

ou être un sous-multiple binaire de cette période.

Comme on l'a déjà indiqué antérieurement, le multi-

plexeur numérique 7 fonctionne comme un commutateur de signal commandé par un signal logique qui détermine si le signal doit provenir directement du conformateur, comme c'est le cas pour les vitesses lentes, ou doit être divisé de sorte que les périodes à régler soient du même ordre, notamment dans le cas de vitesses rapides. Le signal provenant du multiplexeur digital 7 entre dans un dérivateur 9, sensible au flanc 10 de l'onde conformée 5; ce dérivateur 9 remet une impulsion très courte, avec synchronisme

avec le flanc; ce synchronisme peut se trouver sur le flanc posi-

tif ou sur le flanc négatif de l'onde sans provoquer de changement, pour autant; ce qui importe, c'est qu'il soit sensible à un flanc et non pas à l'autre, de façon à n'obtenir qu'une seule impulsion

pour chaque période compLète.

Cette impulsion est introduite dans le convertisseur tension-temps 11 et, au moyen de composants de référence tels que la résistance 12 associée à un condensateur et la tension de contrôle 14, remet, avec le synchronisme de cette impulsion d'entrée, une impulsion plus lqngue constituant une période de

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référence, qui est une fraction de L'impulsion souhaitée, c'est-à-

dire 80 ou 90 % de cette dernière.

On a prévu, en outre, l'existence d'une mémoire 13, qui est un circuit bistable du type appelé D stable/D instable, qui

mémorise l'état de l'impulsion de sortie du convertisseur tension-

temps au moment o arrive une impulsion de déclenchement du dériva-

teur 4, détectant ainsi une vitesse supérieure de 10 % à la normale, ce qui signifierait que deux impulsions du convertisseur tension-temps 11 se chevaucheraient et que le système cesserait

d'opérer un réglage correct; une vitesse excessive agirait direc-

tement sur l'étape du déclenchement.

Les impulsions sont intégrées dans un circuit 15, qui peut être analogique, au moyen d'un simple circuit RC et donnent une tension égale à la tension moyenne des impulsions provenant du

convertisseur tension-temps 5.

Ce signal qui constitue la tension de contrôle arrive à un comparateur analogique 16, o il est comparé avec la tension provenant d'un générateur de dents de scie 17, lequel doit être d'une amplitude dont les niveaux maximal et minimal déterminent les niveaux de tension moyenne et, par conséquent, les périodes nécessaires dans le générateur tachymétrique 2 pour obtenir les différents degrés d'activation du triac 19 qui commande le moteur 1

à travers le circuit de déclenchement 18.

Pour que le niveau provenant de l'intégrateur 15 soit compris dans la dent de scie, il faut obtenir des impulsions d'un temps déterminé entre 1 et O; c'est-à-dire, si le convertisseur tension-temps 11 se trouvait toujours en charge, la sortie que l'on obtiendrait serait "O" et, par conséquent, en dessous de la dent de scie. Pour obtenir l'activation, on situe la tension dans

l'amplitude de la dent de scie et il existe toujours, par consé-

quent, une différence entre la période mesurée par le générateur

tachymétrique 2 et la durée produite par le convertisseur tension-

temps 11, ce qui garantit l'existence d'un temps de décharge.

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Sur la figure 4, on observe graphiquement la tension du générateur tachymétrique portant la référence (II), le signal conformé entre 0 et 5 volts portant la référence (III), le temps correspondant exactement au passage par '"0" du signal alternatif du

générteur tachymétrique 2.

Ce signal logique (III) contrôle la décharge du conden-

sateur 13 du convertisseur tension-temps 1i et l'on peut observer comment, en fonction de périodes décroissantes, la période d'entrée est de plus en plus longue et l'on observe également que le temps o la décharge est activée est de plus en plus long alors que le

temps de chargement demeure constant, raison pour laquelle la ten-

sion moyenne de ladite courbe (III) est de plus en plus grande.

Sur la même figure 4, la charge du condensateur porte la référence (IV) et l'on peut observer comment celle-ci commence d'une façon synchronisée avec l'apparition du flanc positif du

signal (II).

Entre les signaux (II) et (III), on observe un signal de différence de période existant entre le générateur tachymétrique et la période de référence commandée par la tension de contrôle

(I).

Sur la même figure, la tension moyenne obtenue par l'intégration simple du signal (III) porte la référence (V). A mesure que les impulsions de décharge deviennent plus longues, la

tension moyenne augmente et la charge prédomine sur la décharge.

La courbe (VI) a une échelle un peu plus amplifiée que le signal (III) parce que la valeur de cette amplitude ira tout au plus de 0 à I volt, alors que, sur le graphique (III), elle est de

0 à 5 volts, ce qui veut dire qu'elle est divisée par le pourcen-

tage du temps.

La dent de scie qui n'est pas en synchronisme avec le

générateur tachymétrique 2 apparaît sur la figure 4 avec la réfé-

rence (VI), générateur qui, dans ce cas, donne une fréquence plus

élevée que la fréquence du réseau.

La fréquence de lavage suivant certains types de moteurs, comme ceux à induction par exemple, peut être plus rapide

que celle du générateur tachymétrique.

Finalement, Le graphique (VII) de la figure 4 montre La tension de contrôLe qui entre dans le comparateur 16 formant une ligne inclinée croissante o l'on distingue clairement trois zones A-B-C; dans la première zone A, de par le fait que la tension de contrôLe est inférieure à la tension de la dent de scie, il ne se produit pas d'activations du triac; dans la zone B, il se produit des activations du triac en phase croissante et, dans la zone C,

quand il y a une tension de commande, elle est clairement supé-

rieure aux dents de scie, raison pour laquelle il se produit une activation constante qui est produite par des tensions d'erreur provenant de l'intégrateur 16, ce qui veut dire qu'elles sont plus

longues que la période de référence.

La zone A s'obtient par des tensions inférieures à 0,5 volt qui n'activent pas le triac, ce qui est dû au fait que les impulsions ont une durée, à la sortie de l'intégrateur 16, inférieure à 10 %, ce qui correspond à une vitesse qui n'est pas plus de 10 % plus lente que la période de référence et considérée

comme une vitesse excessive.

Dans la pratique, on travaille dans la zone de régula-

tion proportionnelle, comprise entre 10 % et 20 %, qui donne des

tensions comprises entre 0,5 volt et 1 volt, des tensions corres-

pondant à la zone B du graphique (VII) de la figure 4. On obtient de cette façon, conformément aux objectifs de l'invention, un lavage optimal du linge, avec un meilleur rendement du détergent utilisé, de l'eau consommée, du temps de lavage et de l'énergie utilisée. Parallèlement, on obtient une optimisation de la puissance du moteur quant au couple minimal adéquat, ce qui équivaut à un coût inférieur de celui-ci et, en conséquence, à une meilleure offre de vente. Finalement, on obtient également une augmentation de la fiabilité électromécanique, une plus longue

durée et moins de frais d'entretien pour causes de panne.

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On ne considère pas nécessaire d'étendre davantage

cette description pour que n'importe quel expert en la matière

puisse en comprendre la portée ainsi que les avantages.

Les matériaux, la forme, les dimensions et la dispcsi-

tion des éléments seront susceptibles d'être modifiés pourvu toutefois que cela n'entraîne pas une altération du caractère

essentiel de l'invention.

Les termes dans lesquels ce mémoire a été décrit

devront toujours être pris dans un sens large et non pas limitatif.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1. Unité de contrôle pour la régulation de moteurs de machine à laver qui, étant de celles qui obtiennent le signal à partir d'un générateur tachymétrique associé au moteur de la machine à laver, est caractérisée essentiellement par le fait qu'elle incorpore des moyens permettant de comparer un signal de référence avec le signal mesuré par le générateur tachymétrique,

après la transformation préalable, en temps, dudit signal de réfé-

rence ou tension du contrôle, au moyen de l'utilisation d'un convertisseur tension-temps et sous forme numérique, notamment au moyen de l'utilisation d'une porte logique qui, en comparant la durée des impulsions, selon qu'il existe ou non une coïncidence entre elles, produit un signal d'erreur logique et il a été prévu que, dans ledit convertisseur, il intervient un condensateur à charge exponentielle à travers une résistance, de sorte qu'à partir d'une charge connue et de la tension de contrôle la tension du condensateur est comparée et l'on détecte le moment o se produit

la coïncidence, avec le concours d'un comparateur numérique.

2. Unité de contrôle pour la régulation de moteurs à machine à laver selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le signal produit par le générateur tachymétrique est formé et

divisé au choix au moyen d'un circuit diviseur; le circuit confor-

mateur déterminant un signal carré avec les mêmes période et fréquence que le signal sinusoidal produit par le tachymètre, mais

avec une amplitude standardisée.

3. Unité de contrôle pour la régulation de moteurs de machine à laver selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait d'incorporer un multiplexeur numérique faisant les fonctions de commutateur de signal, commandé par un signal logique externe, prédiviseur, qui sélectionne le signal en utilisant celui de la même période du générateur tachymétrique ou un signal sous-multiple

binaire de cette période proéminente d'un circuit diviseur.

4. Unité de contrôle pour la régulation de moteurs de machine à laver selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée par le fait que les signaux produits par le tachymètre, d'un type sinusoidal, sont fournis à un conformateur d'onde déterminant un

signal logique qui, à son tour, est fourni au sélecteur multi-

plexeur numérique soit directement, soit à travers un compteur binaire, en fonction du signal externe prédiviseur qui arrive à ce

multiplexeur, dont le signal est fourni, à son tour, à un dériva-

teur, sensible à un des flancs de l'onde carré appartenant au signal numérique fourni par le multiplexeur, d'o le signal passe au convertisseur tension-temps qui reçoit, à son tour, la tension de contrôle et d'o la tension passe à l'intégrateur, de celui-ci au comparateur analogique, auquel parvient également le signal

produit par le générateur de dents de scie et, depuis ce compara-

teur analogique, au circuit de déclenchement qui commande le triac de commande du moteur, avec en outre la particularité que, avec ledit convertisseur, collabore une mémoire D stable/D instable, qui

mémorise l'état d'impulsion à la sortie du convertisseur tension-

temps, au moment o se présente une impulsion de délcenchement du dérivateur.