Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
La présente demande se rappcrte à un systeme de
contr~le servant ~ maintenir une matiere quelconque (eau, air, ;~
ou autres charges thermiques) ~ une temp~rature constante
determin~e par l'usager au moyen d'elements chauffants ou
refrig~rants utilisant l'energie electrique, tout en limitant
pour ce faire la puissance dissipee dans une installation
electrique totale a une valeur determinee et ajustable.
La plupart des systemes connus de contr~le de tempe~
rature reagissent de la fa~on suivante: soit un element sensi~
10 ble aux variatlons de temperature comprenant un bouton d'ajuste- `~
ment de la temperature a maintenir et un interrupteur qui opere
lorsque l'ecart entre la temperature instantanee et la tempera-
ture visee, aussi appelee temperature de consigne, excede une
certaine valeur. Cette façon de fonctionner ne convient pas
pour realiser le contrôle proportionnel de temperature, car
elle ne fournit qu'une seule facon possible de commander les
charges, c'est-a-dire arrêt et marche. ~`
La presente invention a pour but de pourvoir un
contrôle proportionnel de temperature, c'est-a-dire que lorsque
la temperature a maintenir ne varie que legerement, une fraction
seulement des charges (elements chauffants ou refrigerants)
proportionnelle ~ l'ecart entre la temperature actuelle et la
temperature visee est mise sous tension. Si l'ecart croît, une
seconde charge est ajoutee et ainsi de suite de telle sorte que
les charges sont branchees en nombre croissant a mesure que la `
temp~rature s'eloigne de la temp~rature desiree. ~ ;
Cette façon d'operer un contrôle de temperature offre
un aspect secondaire interessant qui sert bien le but vise. En :
ef~et, si les calculs de perte ther,nique du systeme dont on veut
maintenir la temperature constante ont bien ete faits, il est ~- -
peu probable que la totalitê des charges soit souvent mise
'; ',
.
,. . . ... .. . . . . ............................. . .. .
,, . . , . " - .
~ ~7~ 01
sous tension.
L'experience pratique et les probab;lités montrent
qu'environ 70 pour cent des charges sont suffisantes pour
maintenir une temperature constante en operation normale.
Comme consequence, il decoule que cette fa~on d'operer le
contrôle de la temperature a;de a limiter les pointes de con~
sommation dans un réseau electrique, car contrairement a un
controle conventionnel, il est assez rare que 100 pour cent
des charges thermiques, pour une periode assez longue, seront
mises sous tension. `
La presente invention se rapporte a un systeme de
controle permettant de limiter la consommation electrique d'un -
reseau de distribution a une valeur maximum visee tout en
regularisant la temperature d'une ou plusieurs charges thermi-
ques aux moyens d'elements chauffants et/ou refrigerants,
comportant: des moyens servant à mesurer la consommation - --
instantanee du reseau; des moyens servant à comparer la con-
sommation mesuree a la valeur maximum visee; des moyens servant
a mesurer la temperature instantanee de chacune des charges ~ -
thermiquesi des moyens servant a determiner pour chaque charge
thermique la difference entre la temperature mesuree et une
temperature predeterminee pour cette charge thermique; des
moyens servant ~ etablir une relation proportionnelle entre -;
ladite difference et le nombre d'elements mis sous tensioni
des moyens de decision de priorite servant a determiner l'action
a prendre: soit delester, soit mettre sous tension en reponse
aux informations obtenues des moyens de comparaison et des ;
moyens etablissant ladite relation proportionnelle; et des
moyens servant a delester ou a mettre sous tension un nombre
d'elements suite a une decision donnee par les moyens de
decision de priorite.
',- '
- 2 -
~o~uo~
De toute Façon, l'invention sera mieux comprise ~ la
lecture qui va suivre de la description d'un exemple de mise en
oeuvre du système de contr~le proportionnel de temperature, `~
description qui sera donnee bien entendu ~ titre descriptif et
non limitatif. La description sera faite en se referant aux
figures sur lesquelles: ;; `
la figure l est un schema general d'un systeme base ;
sur la presente invention;
.; , ~
la figure 2 montre la courbe theorique d'un systeme
de contrôle proportionnel;
. ,,;.: .- . .
la figure 3 donne le diagramme fonctionnel d'un - ~
.-,. ... . . .
système de contrôle proportionnel;
la figure 4 montre la courbe theorique de contrôle ... ; . ;
proportionnel en fonction des tensions genereës; `;
les figures 5a et 5b montrent deux variations de VA ~: ~
,:.,, ~:
en fonction de la temperature detectëe; ~ ~ -
la figure 5c montre la courbe d'hysterèse d'un ;$~
système de contrôle; ; ~ :
la figure 6 est le circuit d'une realisation du ~ :
: 20 contrôle proportionnel et de la contre reaction et se retrouve
sur la feuille de dessins montrant la figure 3; et `-
la figure 7 represente une partie du circuit de la ~:~
:.; i ,
figure 3 dans le cas où on a plus d'une charge thermique. . ~.
Se referant au schema general illustre à la figure 1
des dessins, le système de contrôle 10 a pour fonction de
maintenir une matiere 12 quelconque (eau~ air, ou autres charges
thermiques) a une temperature constante ToA determinee par
l'usager, au moyen d'elements chauffants et/ou refrigerants,
.,~ , ~ .
utilisant l'energie electrique, tout en limitant pour ce faire ..
la puissance dissipee dans l'installation electrique totale a ::
une valeur determinee et ajustable que l'on designe IA. La
présente invention se rapporte a la demande qui peut être
evaluee ou approximee par la valeur du courant, donc, la
reference I sera utiliseedans ce texte pour toute valeur
associee avec la demande, tel que le courant ou un voltage
representant ce courant. Le système de contr~le opere sur ; ~ -
l'information reçue de variables primaires d'entree qui sont
la temperature actuelle Ti de la charge thermique et la
puissance instantanee notee Ii de l'ensemble du reseau. Sur : :
le schema, on denote les variables secondaires comme etant .- .
la temperature TA a laquelle on veut maintenir la matlère
concernee et là consommation maximum IA a laquelle on
'",'-, ~ . :., '
"', ' . ' ., ''
~'''. ~'"'''
- 3a -
.~'~' , ' :
"
0~ .,;,
veut limiter le reseau de distribution. Les sort;es sont des
elements ~lectriques chauffants et/ou r~frigerants 14 qui seront
mis sous tension ou d~lestes selon l'etat relatif des quatre
variables primaires et secondaires d'entree.
La description qui va suivre se referera uniquement a
des charges electriques chauffantes, cependant il est bien
entendu que des charges electriques refrigerantes peuvent être
utilis~es en faisant les changements appropries aux tableaux et i
aux relations qui suivent.
Dans une realisation du systeme propose, les relations
qui existent entre les variables d'entree et la commande des
sorties peuven~ se representer sommairement par la table suivante j
pour chaque charge thermique: "`
(TA - Ti) (IA - Ii) COMMANDE `~
1 < O < O Delester
2 < O = O D~lester
3 < O > O Delester -
4 = O < O Delester
= O = O Ne rien faire ;;
6 = O > O Ne rien faire ;~
7 > O < O Delester
8 > O = O Ne rien faire
g > O > O Mettre sous tension -
, ~ ..
D'apres les relations 7 et 8 du tableau de la logique
fonctionnelle, la priorite est determinee par la limite de con~
sommation IA fix~e. Lorsque la temperature actuelle est plus
bas~e que la temperature qui doit être maintenue, mais qu'au
même moment la consommation actuelle est plus grande que la ~-
consommation maximum permise, l'excès de consommation est
deleste. Delestant des charges electriques, et donc diminuant
la consomrnation actuelle, il arrivera un moment où la relation 8
. '
,, . . , . . .
"
.. . . ..
~07~01
du tableau s'appliquera. Et, à un autre moment ~uelconque, la
relation 9 sera appliquee, due a une diminution de la consom~
mation dans la por~ion de réseau non contrôlée.
D'après ce raisonnement, on peut déduire que l'ajuste- -
ment de IA doit être légèrement supérieur à la consommation
moyenne des éléments non-controllés. Ceci a powr effet de
limiter les pointes de consommation, fréquentes par exemple sur
des installations électriques industrielles, et s'avère égale-
ment rentable, car l'éner~ie consommée dans ce type d'installa-
tion est souvent facturée sur la base de la demande de pointe,
soit instantanée, soit intégrée sur une période de temps
quelconque. ~ ;
Dans ce cas quant on a IA-Ii>0, les relations 2 et 3
indiquent que la température détermine la commande. En effet, -
la relation 3 montre que même si la consommation actuelle est
inférieure a la consommation limite fixée, c'est-à-dire alors ` -
que des charges électriques pourraient être mises sous tension;
des éléments chauffants sont délestés car la température
actuelle tend à être plus ~rande que la température a maintenir.
Cette condition à éviter sera eliminée en délestant des charges
électriques. Pour la même raison, la réponse du circuit de
commande dans les relations 1 et 2 est de délester.
Les relations 5 et 6 indiquent que la réponse du i :~
circuit de commande est de ne rien faire et ce sont les états ~ ~ ,
à atteindre, car dans ces conditions TA = Ti et c'est ce qui `~
est désiré. Cependant, à la relation 4, la priorité est déter-
~. :
minée par la consommation pour les raisons citées plus haut.
Ces informations provenant des quatre variables `~
d'entrée servent donc à indiquer au circuit de commande les
opérations a réaliser. C'est la fa~on d'opérer ce circuit de -
commande qui fait que ce système de contrôle est proportionnel.
Un tel contrôle proportionnel de température doit fonctionner
- 5 -
,, ." , ,
~ ~7~
selon la courbe caract~ristique de la figure 2, dans laquelle
la droite gëneratrice represent~e peut s'exprimer par les
relations suivantes~
L = 100% pour Ti< TOA -aT ~ ;
L (%) ~ (T A O Ti ~ 00 pour TA - ~T S Ti ~ T A
L = 0% pour Ti~ T A .
dans laquelle L repr~sen~e la fraction des charges sous tension
et ~T l'etendue en degres de la gamme d'operation d'apres la ;
presente invention, cette droite generatrice a ete exprlmee
en la subdivisant en une serie d'echelons (six en l'occurrence) ;
associes un a un a une charge de capacite chauffante ou refrige~
rante. N represente donc le nombre de charges (elements
chauffants ou refrigerants) que le systeme doit controler; ce
nombre est identique au nombre de positions contenues dans le
-. ~ ; . .
circuit de commande. Ceci a pour effet que, lorsque la tempe-
rature à maintenir ne baisse que le~arement, on ne met alors
sous ~ension qu'une fraction des charges proportionnelle a
l'ecart entre la temperature actuelle et la température visee. -~
Le bloc 20 represente les moyens destines a detecter
la consommation actuelle Ii du reseau electrique et, pour etre
utilisable, cette information est transformee par la section ~
detection de I en une tension que l'on designe Ii. Les ~;
sorties Il, I2 et I3 representent des courants (ou tensions
representant ces courants) dans les branches d'un reseau
triphase. Le bloc 22 represente les moyens qui servent à ;
indiquer les valeurs IA et ~I: IA representant la limite
superieure de la consommation du reseau electrique au dell de
laquelle il faut delester les charges (cette valeur est trans~
formee en une tension qui est proportionnelle a IA), ~I est
la variation de Ii causee par la mise sous tension de la plus
grande charge controllee et est aussi une tension de reference
- 6 - -~
; ~ ', '
..... . . . - .... ... ,. , ... ..... . , . . .. :
o~
tenant comp-te de cette variation.
Comme valeur de la puissance instantanée on utilise
la mesure du courant. Pour une installation nouvelle, il est
possible d'utiliser des transformateurs de mesure de courant
conventionnels mais puisque l'appareil doit pouvoir être
utilise sur des installations dejà existantes, il est prefera- `
ble d'utiliser des transEormateurs à anneaux dont un noyau
ouvrant et sectionnel permet llinstallation sur le cable sans
necessiter l'interruption de l'alimentation. Dans le cas o~
la tension de l'alimentation primaire est plus elevee que 600 ~ ;
volts par exemple, les transformateurs de courant à noyau
ouvrant peuvent prendre la mesure du courant au secondaire des ~-~
transformateurs de courant dejà existants.
L'information recueillie par le type de transforma-
teur utilise est une tension alternative dlune amplitude de
quelques centaines de milivolts. Le diagramme fonctionnel de
la figure 3 montre que les tensions devront être additionnées ;
~bloc 24). Cette sommation donne la consommation totale d'un
système multiphase et est comparée (bloc 26) aux points de
réferences IA et IA - ~I. I1 est prefërable que les points de ~ ~-
references soient des tensions continues. Donc, chacun des
termes de la sommation est egalement une tension continue. La
rectification de la tension-signal du courant d'entree pouvant
causer certains problèmes vu la faible amplitude du signal
obtenu, l'emploi d'elements passifs peut produire une erreur
inacceptable et pour obtenir une bonne precision il est prefe-
rable d'utiliser un circuit actif de rectification qui aura -~
une fonction de transfert de tension la plus rapprochee possi-
ble du rectificateur ideal pour la plage d'operation en
tension, en courant et en frequence consideres.
Le rôle du système de detection de courant est de
donner des tensions continues, filtrees, proportionnelles au
- 7 -
... . . . .
, ,~ , . . . .
., . ~
v~
courant d'entr~e.
L'usager doit pouvoir fixer lui-même la consommation
maximum à laquelle il veut limiter son reseau de distr;bution
electrique. Cela se realise facilement en faisant varier la
tension proportionnelle a IA d'entree du circuit de comparaison.
Cette tension IA pourra etre varie de OV a VDD, correspondant
. ~
a une consommation nulle, et 100% de la consommation que peut
supporter le reseau. `
Le circuit doit tenir compte d'un parametre supple-
mentaire QI afin d'eviter l'oscillation inutile des charges.;
Par definition, ~I est la variation de courant dans l'entree ~
du reseau causee par la plus grande charge controlee. Si IA -~ :
est la sommation maximum permise au-dessus de laquelle on doit ;~
delester les charges, on doit definir une zone limitee supe- `~
rieurement par IA et inferieurement par IA - ~I ou aucune `~
action ne sera entreprise par le circuit. Cette zone est donc
une bande d'~quilibre. .`
Ces quelques considerations viennent preciser les ~;
relat;ons 2, 5 et 8 de la table ci-haut donnee. Les zones
appelees IA - Ii - O dans cette table correspondent maintenant
.~. . . ~
a la zone IA ~ IA. Cependant, à cause de sa simpli- ~ ~
~. , .
cite d'expression et de son identite de concept, cette bande `~ --
d'equilibre sera consideree par IA - Ii = O.
Les sorties du circuit de varia~ion de IA et
doivent donc etre deux tensions qui seront comparees avec la
tension Ii (bloc 26). Ces tensions sont proportionnelles à IA et
IA - ~I definissant ainsi trois zones d'operation dans les- ~ ~ -
quelles peut se trouver Ii: :
-. , .
- 8 -
,
.,, . . . : .
~ ~71)~
DEFINITION _PELLATION ~ALEURS DE COMMANDE
C
Ii < I~ - ~I lA - Ii > O O O mettre sous
kension
IA - ~I < Ii < IA IA - Ii = O l O ne rien faire
Ii > IA IA - Ii < O 1 1 delester
Le bloc 30 represente les moyens destines ~ mesurer
la valeur de Ti et la temperature actuelle, ou instantanee, ;
est detectee par un thermostat comme un de ceux existant dejà ;-
sur le marche.
Le bloc 32 represente les moyens qui servent a definir `
la valeur de TA qui est la temperature a maintenir, ou la
temperature a ajuster sur le thermostat, ainsi que la valeur ~`;
de ~T qui est l'etendue en degres dont le potentiometre du
. .
thermostat dispose pour faire une rotation complete. ~;
Un exemple du thermostat est un compose d'un diaphrag-
me actionne par la pression d'un liquide soumis aux variations
de la temperature a detecter, et d'un système de levier
j ..
operant un potent;omètre. Le thermostat fournit un bouton
d'ajustement de TOA et un bouton d'ajustement ~T pouvant
donner la plage d'operation d'un controle proportionnel, qui
est en fa;t l'etendue en degres dont un potent;ometre dispose
pour faire une rotation complete.
Par exemple, si TA est f;xe a 180 degres et ~T a `;
24 degres, le potentiometre operera de 156 a 180 degres. Et
selon la courbe de la Figure 2, si nous avons six charges pour `~
operer le contrvle, la premiere charge sera mise sous tension ~ `
lorsque la temperature sera de 176, la seconde a 172, la ~;-
,~ ~, . , ~ " .
troisième a 168V~ ainsi de suite.
Il faut remarquer qu'a cause des courbes d'hysteresis `;
de la Figure 2, la troisieme charge sera delestee cette fois a
172, la seconde a 176 et la premiere a 180, obtenant ainsi
une stabilite lorsque Ti = TA. La variation de TA operera
g _
une translation selon l'abscisse de la courbe de la Figure 2,
tandis que la variation de ~T causera une rotation de la
droite gen~ratrice autour du point TOA, arrêt. ;^-
Une description du controle proportionnel, represente
par le bloc 3~ duquel sortiront les informations E et F sera `
maintenant donnee avec reference à la figure 4. Il fau~ ~-
d'abord remarquer que Vo, qui est la tension generee par le ;
thermostat, variant de Ov à Vs, est une tension analogique
alors que Np qui est le nombre de charges qui sont sous tension
est num~rique. Il faut developper une tension VA qui varie
selon Npi c'est la fonction realisee par la section de contre~
reaction indiquee par le bloc 36 à la figure 3. La comparaison ~-~
de Vo et VA determine l'action à prendre, soit lester, soit
delester. ~`~
La courbe est une courbe d'hysteresls en echelons.
Pour plus de versatilite et plus de precision, cette courbe
: f: ~
doit pouvoir distribuer des charges sur toute la longueur de 1 `
la course du potentiomètre du thermostat, et doit aussi fournir
. ,.~ .; :. . .
un nombre d'echelons N ~gal au nombre de charges connectees sur
le systeme de contrôle. Ce nombre de charges pouvant varier ;
d'un usager a un autre, le circuit, pour être versatile, doit
pouvoir varier facilement son nombre d'echelons. On pourra le
faire en employant un syst~me de programmation de N qui
calibrera numeriquement une tension de r@ference tel que decrit ~-
plus loin.
Sur la figure 4, faisons augmenter Vo a partir du
point Vl, 1. Entre Vl et V2, aucune action n'est prise, alors
que la difference entre VA et Vo varie jusqu'à egale à la ;~
hauteur d'un echelon de VA . A ce moment, c'est-a dire au `~
point V2, 1, une action est entreprise et la tension VA monte
au point 2. La même m~thode est suivie pour aller au point ~ -
, . ... " , . - ..................... . ~ ...... :. -
.. : . . . . . .. . , .. . ~ . .
V3, 3 et de même pour tous les autres ~chelons, selon le cas.
A partir du point V3, 3 supposons que la tension Vo
diminue jusqu~ V2. A ce moment IVA - vol=lv~ I (V~ repr~sen-
tant en valeur absolue un echelon de VA) et une action est
entreprise. La tension VA, par la contre-r~action, baisse au ~-
point VA = 2, et le système revient a l'equilibre.
On d~duit donc la logique suivante. Il y a desequili-
bre lorsque I VA - VO I~V~ et alors une actlon doit être prise
qui changera VA de façon a ramener IVA - VO I <V~ ce qui est
un point d'equilibre. Le centre de la plage d'equilibre se
trouve à VA - VO - O. La tension V~ sera donc une tension de -
reference ~ laquelle VA - VO sera compareei elle a une valeur
egale a la plage de tension de VA divisee par le nombre d'eche-
lons N desire. -
Nous avons donc un circuit ~onctionnel en operant de
la façon suivante: -~
1 - Fermer une boucle de contre-r~action qui genèrera une
rampe en echelon partant de VA a O jusqu'à VA = VDD pour
Np = O jusqu'a Np - N, VDD representant une tension quel-
conque.
2 - Faire O ~ Vo s VDD et operer VA - VO .
3 - Definir VQ egal a la valeur d'un ~chelon de VA. "~
4 - Etablir deux points de comparaison qui seront ~ V~ et
- V~ auxquels on comparera VA - VO. Les trois etats
possibles de la comparaison:
VO < VA - ~V
VO - ~V ~ VO ~ VA ~ ~V
Vo ~ ~V < Vo
definiront, respectivement, les trois actionspossibles
a prendre:
'''''~ '`'
;`. ' ~ '
Mettre sous tension
Ne rien faire
D~lester
Cependant, cette façon d'operer apporte des effets
secondaires a eliminer, dus au fait que VA - VO peut être plus
petit que zero. Pour la simplicité du circuit, tous les ampli~
ficateurs operationnels sont alimentes à ~18 et zero volts .~
seulement. Les reponses negatives deriv~es de la soustraction ~ '
de deux tensions sont donc à ~viter.
Le moyen utilisë pour contourner ce problème est de ^ ;~
faire varier VA de VDD/2 à VDD, et de faire varier Vo de O à . ~ -
VDD/2. De cette façon, VA - VO sera toujours positif. Cepen- -
dant9 la plage d'equilibre sera VDD/2 + V~ au lieu de + V~
La figure 5a permet de visualiser le fonctionnement.
Faisant varier Vo, on opère la soustraction VA - VO. :
Le resultat est ensuite entre sur les plages de comparàison
pour determiner l'action à prendre. Cependant, vu l'impreci~
sion inherente à tout système, il peut arriver que lorsque
VA = 8 et Vo = O, VA - VO soit legèrement plus petit que 8, et
20 le même phenomène peut se produire pour VA = 10, et Vo = 6 à
, .. . . .
la difference que VA - Vo soit alors legerement plus grand que
4. Dans un cas comme dans l'autre, une charge ne sera pas
contrôlee, car si VA - VO ~ 8, le point de comparaison tombe
,.
dans la plage d'equilibre et Np ne sera jamais zero. Pour la
même raison, il pourrait arriver que Np ne soit jamais N.
Pour contourner l'obstacle, il faut definir N ~
echelons dans la courbe de VA, en mettant V~/2 volts comme
premier echelon, tel que sur la figure 5b, où V~ = VDD/(2N ~ 2)
ce qui transforme la courbe d'hysteresis en figure 5c.
Le circuit permettant de realiser l'ensemble des
fonctions do;t pouvoir generer une tension VA variant de -
- 1 2 -
. ~
~37~
VDD ~ V~ a VDD - VQ selon Np, une tension Vo variant de O a
2 2
VDD/2, une operation YA - VO, deux comparateurs, qui donneront
les sorties E et F (fig. 3), ayant comme entrees VA - VO
être compare ~ VDD/2 , VA.
Comme le nombre de charges controlees N peut varier .
selon l'usager, il est n~cessaire que la generation de VA
puisse se faire par un seul et me~me circuit quel que soit N.
Selon ce qui a ete precise au sujet de la figure 5b, l'equation ~ -:
de VA est:
VA = VDD ~ V~ ~ ( NP x 2V~
2 ~: :
Ce qui peut s'ecrire~
VA = VDD ~ V~ ~ (NP x 2V~
o~
V~ = VDD ;
2Nt2
:
VA est donc la moyenne de deux tensions qui sont ~
respectivement VDD et V~ ~ Np x 2VQ ~:
Or V~ ~ NP X 2V~ = VD( ~ t NP X VDD - VD~RP 1/2~
ce qui est aussi equivalent à: VDD X Np + O (N-Np~ ~ VDD/2 , .
N ~
Cette ~quation est en fait la moyenne de N t 1 tensions Oa ~;
V~D X Np ~ O (N-Np) represente les N termes et VDD/2 represente
., ,. I
le terme suppl~mentaire.
La solution est maintenant immediate, car la section
de commande peut fournir N tensions dont Np seront VDD et
N-Np seront O volts. Pour obtenir VA, j1 reste à faire la
moyenne de ces N tensions et de VDD/2, de prendre la reponse
obtenue et d'en faire la moyenne avec VDD.
. ~ :
:~ :
13 ~
Se r~ferant a la figure ~, le circuit contenu dans
les lignes pointillees 40 g~nere VA et offre l'avantage primor~
dial de la possibil;te d'expansion, car la seule chose ~
realiser est de mettre l'information de contre-reaction ~" '
provenant des sorties Ql ~ Qn de la section de commande au
même point X de la figure 6 et VA se trouve genere automatique~
ment quelque soit N. ,~
: . . .
La generation de Vo est beaucoup plus simple; car la ,~
seule condition a realiser est que Vo varie de O a VDD/2. Le i-' --''
circuit compris dans les lettres pointillees 42 realise Vo dans `'-,, ' ~,
laquelle R1 est le potentiometre du thermostat. Le circuit ;,'
represente par les lignes pointill~es 43 effectue la sous- '
traction VA - VO .
Cette tension VA - VO doit etre comparee a deux '~
... .. .
points de reference qui sont VDD/2 ~ V~ et VDD t2 - VQ pour ~-
realiser la log;que des sorties E,F de la figure 3 de la facon ' ,
suivante: ,
EQUATION _ SORTIES FONCTION .' '~
~ .:
_ E F
VDD/2 - V~ > VA - VO 1 0 Delester
VDD/2-V~ < VA-Vo < VDD/2tV~ 1 1 Ne rien faire '' ~-
VDD/2 ~ V~ < VA - VO 0 1 Mettre sous
tens i on
ou V~ = VDD ,:,
2 N ~ 2 '~
Il s'agit maintenant de generer les tensions de '~
comparaison qui sont fonction de N d'apres l'expression de, VA
plus haut. ,
VDD + V~ = VDD ~ VDD/(NIl)
2 2 ;- ~-~
_D ~ VDD / (N~1) est la moyenne de deux tensions
2 ,~
VDD etVDD / N~l au point Y de la Figure 6. Et
'`. ''~
14
~ .
VDD + VDD /N~l - VDD = VDD - VA au point Z.
2 N~l 2
Pour conserver la facilite d'expansion du systeme,
il faut que VDD/(N~1 ) puisse se generer sans difficulte. La
base de cette generation est un diviseur de tension forme de
deux resistances en serie R et Rx tel que:
OU VDD Rx - VDD ~ RX = R
R+Rx N~l N '~ -
Si N est compose de Nl ~ N2, il se presente un fait interes~
sant car on peut alors generer R/(Nl+N2) en plaçant en paral- ;
leles 2 resistances de valeur respective R/N1 et R/N2 ce qui
se demontre facilement:
R x R R `
Nl N2 NlN2 R
: :- . ~ . .. .
R + R R(Nl~N2) Nl~N2 '
N1 N2 NlN2
On peut demontrer de la meme facon que 3 resistances, ou plus R
de valeurs R/N1, R/N2, R/N3... R,/NN connectees en parallèle
donnent une valeur de R
Nl+N2~N3....NN
Si nous choisissons comme N1, N2, N3 etc..... les valeurs de ` ;
1, 2, 4, 8, 16 nous pouvons faire des combinaisons de ces 5 ,'
resistances pour obtenir toutes les valeurs possibles de N de
1 a 31, de la meme facon que dans un systeme numerique binaire. '~
Un circuit de generation de VDD/N+l se compose donc '~
d'au plus six resistances tel que montre sur la figure 6, ,~,
ayant une valeur de R, R/2, R/4, R/8 et R/16. La connection ',~
parallele de ces r~sistances donnera le rapport d~sire R/N ou
N est compose des differentes pos'sibilites de somme entre les '''
nombres 1, 2, 4, 8 et 16.
Par exemple, lorsque le systeme porte 11 elements ',
chauffants comme charge, on doit avoir~
VDD ~ Rx = g = R
- 15 -
~ ~70 ~
Et R est synthetis en mettant R/8, R/2 et R en parallele.
En effet, 8 ~ 2 ~ l = ll. De la meme façon, un systeme portant :
23 charges devra être programmé en connectant R/l6, R/4, R/2 et ,.
R en parallele, et ainsi de suite. `~
.~, .
Le bloc 50 de la figure 3 represente les moyens ; :
permettant la d~cision des priorites qui a-pour fonction ;~ .
d'êtablir l'action que doit prendre le circuit de commande
en fonction des valeurs actuelles de Ii et Ti comparees a IA
et TOA respectivement. - :~
La logique de ses entrees et sorties est repr~sente -~
dans le tableau suivant~
ENTREES SORTIES OPERATION
........
C D E F A B . . . _
l l l 0 l 0 Delester
l 0 l 0 l 0 " `~
O O 1 0 1 0 '' '
1 1 1 1 1 0
l 0 l l l l Ne rien faire
:: O O 1 1 1 1 ,
l l 0 l l 0 Delester
l 0 0 l l l Ne rien faire
0 0 0 l 0 l Mettre sous tension
~: Les deux sorties A et B du circuit de dêcision sont
donnees au circuit de commande 52 qui a pour fonction de
:~:
commander la mise sous tension ou le delestage des charges. ` ; ;.
Il ferme aussi la boucle formee par les blocs 52-36-34 de .:
..
: contre-reaction necessaire ~ la formation de la courbe de la
figure 2. Les sorties A et B determinent l'action a prendre
selon la logique suivante~
i''` ~;`
- l6 - ~:
~ .. . . ,, . . ;. , " ~, ~ . . . .. . .
A B COM~NDE
0 1 Mettre sous tension
1 1 Ne rien faire
1 0 Délester
Le circuit de commande est forme de bascules dont les
signaux sont ensuite amplifiees pour permettre de commander les
actuateurs 54 qui sont connectés aux elements chauffants. Ces
actuateurs servent à adapter les signaux logiques qui viennent ;-~
de la section de commande aux relais de puissance sur lesquels
sont reliees les charges. Un amplificateur, connecte a chaque -
bascule, est necessaire pour actlonner les relais.
La section de commande est à base de bascules elec-
troniques; une panne de secteur pourrait placer le système dans
un etat inacceptable. Lors du retour de la panne du secteur,
.- .,
une remise à zero sera applique sur toutes les bascules pour `~ ~`forcer leur sortie à zero, delestant ainsi toutes les charges.
Une protection thermique peut être ut:ilisee pour forcer les
contacts des relais à être inoperant, delestant ainsi les
charges, en cas d'elevation de temperature depassant TA, due `
à un bris quelconque dans le circuit de contrôle.
Le bIoc 56 represente le circuit de protection de
même qu'une horloge qui a pour fonction d'actionner les bascules
à intervalle fixe, donc de mettre sous tension ou de delester
les charges à une frequence determinee.
Le circuit d'alimentation 60 doit fournir au système
les tensions necessaires à son operation. Il y a premièrement ~` ~
Vcc qui sert à alimenter les amplificateurs operationnels. ~ ~;
Cette tension n'a pas besoin d'être régularisee ni tres
filtree. La deuxième sortie est appelee VDD et la seule raison `~
obligeant à regulariser cette tension est qu'elle est reliee
. ~ ;,'.'
- 17
.
~7f~
directement à IA et ~I. La troisième tension utilisée est Vr et
sert a alimenter les relais de sortie. ~ ;
Les entrées Gl, G2, G3 des blocs 50A, 50B, 50C~ de
la figure 7 servent a faire l'expansion du système pour en
arriver à contrôler plusieurs charges thermiques indépendantes.
Dans ces conditions, les blocs 30, 32, 34, 36, 50, 52, 54 et 56
de la figure 3 sont repetes autant de fois que le nombre de
charges thermiques a contrôler, alors que les blocs 20, 22, 24,
26 et 60 de la figure 3 servent pour tout l'ensemble du système,
et ne sont donc pas repetes. ^
Les fonctions supplementaires à realiser dans ce cas
sont les suivantes: si la consommation du reseau électrique
total est inferieure à la consommation limite permise, les dif- ~ -
ferents eléments chauffants de chaque charge thermique reagissent
indépendamment selon les informations que leurs fournissent leurs
Ti et TA respectis. Dans ces conditions, on peut considérer
qu'on a deux ou plusieurs contrôles proportionnels de température
; indépendants ayant la même limite de consommation permise.
Cependant, si la consommation actuelle approche ou ~ ~-
depasse la consommation limite permise, alors le bloc 62 de la ~ `~
figure 7 etablit une priorité pour une charge thermique spéci-
,.-,.. : . ,,~:
fique d'apr~s la logique suivante: -
- Délester les éléments chauffant la charge thermique ~ ~
dont Ti est le plus près de TA. ` ~ :
- Mettre sous tension les élements chauffant la charge
thermique dont Ti est le plus éloigne de TA.
Dans le cas où 1l2cart de température est le même, ~;
on fait une mise sous tension en séquence.
La logique des entrées et sorties pour une valeur
de G (Gl,G2,G3, etc.) peut être représenté par le tableau
suivant~
- 18 -
... . . . . . .
- ~ ~)7~
ENTREES SORTIES OPERATION ~ ~
___ _ .
C D E F G A B .
- , ; . ,
1 1 1 O O 1 0 D~lester
1 0 1 0 0 1 O Delester
0 O 1 0 0 1 0 D~lester :~
1 1 1 1 0 1 0 Delester
1 0 1 1 O 1 1 Ne rien faire
0 0 1 1 0 1 1 Ne rien faire
1 1 0 1 0 1 O Delester :
1 O O 1 0 1 1 Ne rien fair~
O O O 1 O O 1 Mettre sous tenslon
1 1 1 0 1 1 0 Delester
1 0 1 O 1 1 0 Delester
O O 1 0 1 1 0 Delester ;~
1 1 1 1 1 1 1 Ne rien faire
1 0 1 1 1 1 1 Ne rien faire
0 0 1 1 1 1 1 Ne rien faire
1 1 0 1 1 1 1 Ne rien faire ;
~: 1 O O 1 1 1 1 Ne rien faire
0 0 0 1 1 1 1 Ne rien faire
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