CA1070001A - Systeme de controle permettant de limiter la consommation electrique d'un reseau de distribution - Google Patents
Systeme de controle permettant de limiter la consommation electrique d'un reseau de distributionInfo
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- CA1070001A CA1070001A CA245,766A CA245766A CA1070001A CA 1070001 A CA1070001 A CA 1070001A CA 245766 A CA245766 A CA 245766A CA 1070001 A CA1070001 A CA 1070001A
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- H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
- H05B1/0202—Switches
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D23/00—Control of temperature
- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
- G05D23/1927—Control of temperature characterised by the use of electric means using a plurality of sensors
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- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
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- H02H3/033—Details with several disconnections in a preferential order, e.g. following priority of the users, load repartition
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Abstract
Le système de contrôle permet de limiter la consommation électrique d'un réseau de distribution à une valeur maximum visée tout en régularisant la température d'un système de charges thermiques au moyen d'éléments chauffants et/ou réfrigérants; on mesure d'abord la consommation instantanée du réseau puis la température instantanée de chacune des charges thermiques; on compare ensuite la consommation mesurée du réseau à la valeur maximum visée ainsi que la température mesurée détectée de chacune des charges thermiques à une température visée pour chacune des charges thermiques; enfin, on déleste ou on met sous tension, en réponse aux informations obtenues par suite de ces comparaisons, une fraction des éléments proportionnelle à l'écart entre la température mesurée et la température visée.
Description
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.
',- '
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 '; ', .
,. . . ... .. . . . . ............................. . .. .
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~ ~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
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 ~: ~
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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 -.~'~' , ' :
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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
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
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
; ~ ', ' ..... . . . - .... ... ,. , ... ..... . , . . .. :
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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: :
-. , .
, ,~ , . . . .
., . ~
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 -. ~
~37~
VDD ~ V~ a VDD - VQ selon Np, une tension Vo variant de O a 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 '`. ''~
~ .
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
~ ~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 '' ' 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 . ~ ;,'.' .
~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~
... . . . . . .
- ~ ~)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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_ 19_ ~ ~:
.,. . . ,, , ~ .
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~ ~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 -. ~
~37~
VDD ~ V~ a VDD - VQ selon Np, une tension Vo variant de O a 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 '`. ''~
~ .
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
~ ~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 '' ' 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 . ~ ;,'.' .
~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~
... . . . . . .
- ~ ~)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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_ 19_ ~ ~:
.,. . . ,, , ~ .
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Claims (14)
1. Un système de contrôle permettant de limiter la consommation électrique d'un réseau de distribution à une valeur maximum visée tout en régularisant la température d'une ou plusieurs charges thermiques aux moyens d'éléments chauffants et/ou réfrigérants, comportant: des moyens servant à mesurer la consommation instantanée du réseau; des moyens servant à
comparer la consommation mesurée à ladite valeur maximum visée;
des moyens servant à mesurer la température instantanée de chacune desdites charges thermiques; des moyens servant à
déterminer pour chaque charge thermique la différence entre la température mesurée et une température prédéterminée pour cette charge thermique; des moyens servant à établir une relation proportionnelle entre ladite différence et le nombre d'éléments mis sous tension; des moyens de décision de priorité servant à déterminer l'action à prendre: soit délester, soit mettre sous tension en réponse aux informations obtenues desdits moyens de comparaison et desdits moyens établissant ladite relation proportionnelle; et des moyens servant à délester ou à mettre sous tension un nombre d'élé-ments suite à une décision donnée par lesdits moyens de décision de priorité.
comparer la consommation mesurée à ladite valeur maximum visée;
des moyens servant à mesurer la température instantanée de chacune desdites charges thermiques; des moyens servant à
déterminer pour chaque charge thermique la différence entre la température mesurée et une température prédéterminée pour cette charge thermique; des moyens servant à établir une relation proportionnelle entre ladite différence et le nombre d'éléments mis sous tension; des moyens de décision de priorité servant à déterminer l'action à prendre: soit délester, soit mettre sous tension en réponse aux informations obtenues desdits moyens de comparaison et desdits moyens établissant ladite relation proportionnelle; et des moyens servant à délester ou à mettre sous tension un nombre d'élé-ments suite à une décision donnée par lesdits moyens de décision de priorité.
2. Un système tel que défini à la revendication 1, dans lequel des éléments chauffants sont délestés lorsque la température à maintenir d'une charge thermique est plus élevée que la température instantanée de ladite charge même si la consommation électrique à maintenir du réseau est plus petite que la consommation instantanée dudit réseau.
3. Un système tel que défini à la revendication 1, dans lequel des éléments chauffants sont délestés lorsque la température à maintenir d'une charge thermique est plus petite que la température instantanée mesurée de ladite charge même si la consommation à maintenir du réseau est plus élevée que ou égale à la consommation instantanée dudit réseau.
4. Un système tel que défini à la revendication 1, dans lequel aucune action n'est prise lorsque la température à maintenir d'une charge thermique est plus élevée que la température instantanée mesurée de ladite charge même si la consommation électrique à maintenir du réseau est égale à la consommation électrique instantanée dudit réseau.
5. Un système tel que défini à la revendication 1, dans lequel des éléments chauffants sont délestées lorsque la température à maintenir d'une charge thermique est plus petite que la température instantanée mesurée de ladite charge même si la consommation électrique à maintenir du réseau est égale à la consommation électrique dudit réseau.
6. Un système tel que défini à la revendication 1, dans lequel les moyens servant à établir une relation propor-tionnelle opèrent selon une droite génératrice s'exprimant par la relation suivante:
dans laquelle L% represente une fraction en pourcentage des charges mises sous tension et .DELTA.T0 est l'étendue en degrés dans laquelle s'opère le contrôle proportionnel desdites charges, T0A représentant la température à maintenir desdites charges thermiques et T0i représentant la température mesurée de ladite charge; ladite droite génératrice étant approximée en la subdivisant en une série d'échelons associés un à un à une charge de capacité chauffante ou réfrigérante.
dans laquelle L% represente une fraction en pourcentage des charges mises sous tension et .DELTA.T0 est l'étendue en degrés dans laquelle s'opère le contrôle proportionnel desdites charges, T0A représentant la température à maintenir desdites charges thermiques et T0i représentant la température mesurée de ladite charge; ladite droite génératrice étant approximée en la subdivisant en une série d'échelons associés un à un à une charge de capacité chauffante ou réfrigérante.
7. Un système tel que défini à la revendication 6, dans lequel l'étendue de température servant à déclencher les charges une à une est ajustable.
8. Un système tel que défini à la revendication 6, dans lequel lesdits moyens de détection comprennent des trans-formateurs de courant comportant des anneaux dont le noyau est ouvrant permettant ainsi son installation directement sur un cable sans nécessiter l'interruption de l'alimentation dudit courant.
9. Un système tel que défini à la revendication 8, comprenant de plus une horloge ayant pour fonction d'actionner des bascules à intervalles fixes permettant ainsi de mettre sous tension ou de délester des charges électriques à une fréquence déterminée.
10. Un système tel que défini à la revendication 9, comprenant de plus un circuit de commande formé de bascules qui sont amplifiées afin de permettre de commander des actua-teurs portant lesdites charges électriques, lesdits actuateurs servant à adapter des signaux logiques venant dudit circuit de commande à des relais de puissance sur lequel sont reliées les charges électriques.
11. Un système tel que défini à la revendication 9, comprenant de plus un circuit de protection permettant la remise à zéro des bascules après une panne ou s'il y a une température trop élevée.
12. Un système tel que défini à la revendication 6, comprenant plus d'une charge thermique; si la consommation instantanée du réseau approche ou dépasse la consommation permise, les éléments chauffant la charge thermique dont T0i est le plus près de T0A sont délestés et les éléments chauffant la charge thermique dont T0i est le plus éloigné de T0A sont mis sous tension.
13. Un système tel que défini à la revendication 6, comprenant plus d'une charge thermique; si la consommation instantanée est inférieure à la consommation permise, les éléments chauffants de chaque charge thermique réagissent indépendamment selon les informations reçues au sujet de leurs T0i et T0A, respectifs.
14. Un système de contrôle tel que défini à la revendication 1, dans lequel les moyens de décision de priorité
comprennent des moyens permettant à l'élément le plus récem-ment mis sous tension ou délesté d'être le premier à être délesté ou mis sous tension.
comprennent des moyens permettant à l'élément le plus récem-ment mis sous tension ou délesté d'être le premier à être délesté ou mis sous tension.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| CA245,766A CA1070001A (fr) | 1976-02-06 | 1976-02-06 | Systeme de controle permettant de limiter la consommation electrique d'un reseau de distribution |
| US05/696,415 US4100428A (en) | 1976-02-06 | 1976-06-15 | Control system for limiting the electrical consumption of a distribution network |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA245,766A CA1070001A (fr) | 1976-02-06 | 1976-02-06 | Systeme de controle permettant de limiter la consommation electrique d'un reseau de distribution |
Publications (1)
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|---|---|
| CA1070001A true CA1070001A (fr) | 1980-01-15 |
Family
ID=4105230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA245,766A Expired CA1070001A (fr) | 1976-02-06 | 1976-02-06 | Systeme de controle permettant de limiter la consommation electrique d'un reseau de distribution |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4100428A (fr) |
| CA (1) | CA1070001A (fr) |
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1976
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