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Circuit de commande de redémarrage d'un réfrigérateur après une coupure de courant


par Fenel J et Pierre-Claude FEVRIN et DUMEUS
Quisqurya - Ingénieur électrique 2012
  

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"C'est le devoir de chaque homme de rendre au monde au moins autant qu'il en a reçu."

Albert Einstein

A nos familles,

FEVRIN et DUMEUS

Pour leurs amours inconditionnels et leurs supports incomparables.

 

Projet de fin d'études de Pierre Claude DUMEUS et Fénel J. FEVRIN Page i

« Circuit de commande de redémarrage d'un réfrigérateur après une coupure de courant.»

REMERCIEMENTS

Ce projet sur la réalisation d'un circuit de commande d'un moteur de réfrigérateur s'inscrit dans le cadre des travaux du LabElec de l'Université Quisqueya. Cette réalisation est autant le fruit d'un travail d'ardeur et de nuits blanches qu'elle est le résultat de minutieuses recherches caractérisé sous forme d'accompagnement, de conseil et d'encouragement.

Nos remerciements sont adressés à notre directeur de projet, le docteur Alain Torrens, pour sa patience, sa rigueur scientifique et sa disponibilité, dont il a fait montre à notre égard.

Nous tenons également à adresser nos remerciements aux professeurs qui ont accepté d'examiner notre projet et de faire partie du jury.

Merci aux différents professeurs qui ont contribué à notre formation et que nous avons su apprécier chaque jour à leurs justes valeurs et mérites.

Nous remercions la Haitian Education & Leadership Program (HELP) pour avoir investi dans notre capacité en finançant notre cycle d'études.

A nos camarades et amis pour leur conseil et leur correction, nous leur disons merci.

Toute notre gratitude à la famille FEVRIN et DUMEUS, particulièrement à nos mères Caméla FEVRIN et Widade ALTEMAR pour les infatigables conseils et disciplines qu'elles nous inculquent chaque jour. Nous n'oublions pas nos pères : Gesner JEAN BAPTISTE qui utilise chaque jour sa bonté et son humilité pour nous encourager à aller vers l'avant, et le défunt DUMEUS Jean-Claude qui, même dans son sépulcre, continue à insuffler à son fils les valeurs morales. Un merci spécial à Jerry C. FEVRIN qui nous a aidés à imprimer le document maintes fois.

Nous ne voulons pas terminer nos remerciements sans adresser toute notre gratitude au Grand Architecte de l'univers qui, de par l'intelligence et bonté qu'il nous a donnés, nous a montrés le chemin de la vérité et de la réussite.

Enfin, à vous tous merci pour le temps que vous allez consacrer à lire ce rapport.

 

Projet de fin d'études de Pierre Claude DUMEUS et Fénel J. FEVRIN Page ii

« Circuit de commande de redémarrage d'un réfrigérateur après une coupure de courant.»

TABLE DES MATIERES

LISTE DES FIGURES vi

LISTE DES TABLEAUX vii

RESUME viii

ABSTRACT ix

1.- INTRODUCTION 1

2.- PRESENTATION DU SUJET 2

2.1.- Moteurs compresseurs: Charges . 2

2.1.1.- Généralités 2

2.1.2.- Principe de fonctionnement des moteurs monophasés. 3

2.1.3.- Construction des moteurs monophasés 3

2.1.4.- Vitesse synchrone d'un moteur monophasé asynchrone 4

2.1.5.- Démarrage d'un moteur monophasé 5

2.1.5.1.- Introduction 5

2.1.5.2.- Démarrage par condensateur de démarrage 6

2.1.5.3.- Démarrage par condensateur permanent 7

2.1.5.4.- Mode de démarrage universel ou par Thermisteur "PTC" 8

2.1.6.- Conclusion 9

2.2.- Problématique 10

2.3.- Objectif principal 11

3.- CONCEPTION DU CIRCUIT 12

4.- TRIAC 13

4.1.- Généralités. 13

4.2.- Domaines d'application du triac 13

4.3.- Caractéristiques du triac 14

4.3.1.- Paramètres (état bloqué): 14

4.3.2.- Paramètres (état passant): 14

4.3.3.- Sensibilité à la température 16

4.4.- Amorçage ou déclenchement 16

4.5.- Fonctionnement en continu ou en alternatif 18

4.6.- Commande du triac 18

4.6.1.- Porte logique TTL ou CMOS 18

4.6.2.- Transistor 19

4.6.3.- Commande impulsionnelle 19

4.6.4.- Commande de charges inductives 20

 

Projet de fin d'études de Pierre Claude DUMEUS et Fénel J. FEVRIN Page iii

5.- MINUTERIE 555 21

5.1.- Généralités. 21

5.2.- Caractéristiques de la minuterie 555 21

5.3.- Description 22

5.3.1.- Comparateurs 23

5.3.2.- Bascule S-R 23

5.3.3.- Diviseur résistif 24

5.4.- Broches du boîtier 25

5.5.- Fonctionnement de base 25

5.5.1.- Fonctionnement en mode astable 26

5.5.1.1.- Calcul de la période 28

5.5.1.2.- Calcul du rapport cyclique 29

5.5.2.- Fonctionnement en mode monostable 30

5.5.2.1.- Détermination de la durée de l'impulsion 31

5.6.- Conclusion 32

6.- AFFICHAGE 33

6.1.- Introduction 33

6.2.- Principes de fonctionnement 33

6.3.- Caractéristiques de l'ACL 34

6.4.- Brochage 35

6.5. Mémoire de l'ACL 35

6.6. Initialisation et commande d'un ACL 36

6.6.1.- Mode 8 bits 36

6.6.2.- Mode 4 bits 36

6.7.- Description des différentes commandes. 37

6.8.- Les caractères standards 37

7.- ACCUMULATEUR 38

7.1.- Généralités. 38

7.2.- Caractéristiques d'un accumulateur électrochimique 38

7.3.-Technologies des accumulateurs . 39

7.3.1.- Plomb-acide 39

7.3.2.- Ni-Cd (Nickel-cadmium) 40

7.3.3.- Ni-MH (Nickel-Métal Hydride hydrure métallique) 40

7.3.4.- Ni-Zn (Nickel-zinc) 41

7.3.5.- Lithium 41

7.4.- Conclusion 42

 

Projet de fin d'études de Pierre Claude DUMEUS et Fénel J. FEVRIN Page iv

8.- CIRCUIT DE RECHARGE DE L'ACCUMULATEUR 43

8.1.- Généralités. 43

8.2.- Fonctions de base des chargeurs 43

8.2.1.- Fonction d'alimentation 44

8.2.2.- Fonction d'abaissement 44

8.2.3.- Pont de diodes 44

8.2.4.- Circuit filtre 45

8.3.- Applications des chargeurs . 45

8.3.1.- Chargeur simple 45

8.3.2.- Chargeur à tension constante 46

8.3.3.- Chargeur à gradateur 47

8.3.4.- Chargeur intégré . 47

8.4.- Conclusion 49

9.- TEMPORISATEUR 50

9.1.- Généralités. 50

9.2.- Présentation 50

9.3.- Broches du SAB 0529 ou SAB 0529G 51

9.4. Schéma synoptique et caractéristiques du CI SAB 0529 52

9.5. Description fonctionnelle du SAB 0529 52

9.6.- Fonctions 54

9.6.1.- Fonction de commutation momentanée 54

9.6.2.- Fonction de mise hors tension en retard 54

9.7.- Etage triac 55

9.8.- Commande du triac par le SAB 0529 55

9.9.- Modes de fonctionnement 55

9.10.- Calcul des composants externes . 57

9.11.- Conclusion 58

10.- SCHEMA DU CIRCUIT 59

11.- CONCLUSION 59

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 60

ANNEXE 62

 

Projet de fin d'études de Pierre Claude DUMEUS et Fénel J. FEVRIN Page v

« Circuit de commande de redémarrage d'un réfrigérateur après une coupure de courant.»
LISTE DES FIGURES

2.1. 1 : moteur-compresseur 2

2.1. 2 : comparaison des enroulements des moteurs triphasés et monophasés 3

2.1. 3 : différents modes de démarrage utilisés dans la réfrigération 6

2.1. 4 : mode par condensateur de démarrage et mode de démarrage par PTC 8

2.3. 1 : programme de démarrage du moteur 11

3. 1 : schéma synoptique du circuit 12

4. 1 : structure du triac 13

4. 2 : caractéristique courant-tension du triac 14

4. 3 : polarités de A2 et G dans les différents quadrants 16

4. 4 : triac commandé par une porte logique 18

4. 5 : triac commandé par un transistor (logique positive) 19

4. 6 : triac commandé par un transistor (logique négative) 19

4. 7 : commande directe d'un triac 20

5. 1 : boitier à 8 pins d'une minuterie (vue latérale) 21

5. 2 : schéma détaillé d'une minuterie 555 22

5. 3 : schéma fonctionnel de la minuterie 555 23

5. 4: schéma d'un comparateur et de sa tension de sortie. 23

5. 5 : bascule S-R et sa table de vérité. 24

5. 6 : boitier à 8 pins d'une minuterie (vue d'en haut) 25

5. 7 : circuit de minuterie 555 en mode astable. 26

5. 8 : chronogramme des entrées et sortie de la bascule 27

5. 9 : abaque de choix de résistance dans un circuit 555 en mode astable 29

5. 10 : minuterie 555 en mode monostable. 30

5. 11 : impulsions dont la durée est fixée par la charge du condensateur entre 0 et % Vcc à travers R1 31

5. 12 : abaque de choix de résistance dans un circuit 555 en monostable 32

6. 1 : modèle d'un ACL 33

6. 2 : schéma fonctionnel d'un ACL de modèle KS0070B 34

8. 1 : schéma fonctionnel : exemple d'un bloc d'alimentation 43

8. 2 : caractéristiques tension-courant 44

8. 3 : structure de chargeur simple 46

8. 4 : chargeur à tension constante à régulation de tension 46

8. 5 : chargeur à gradateur 47

8. 6 : microcontrôleur MAX 2003 avec ses broches 48

9. 1 : temporisateurs SAB 0529 (DIP-18) et SAB 0529G (DIP-20) 51

9. 2 : schéma synoptique du SAB 0529 52

9. 3 : impulsion d'amorçage d'un triac dans le mode commutation momentanée 54

9. 4 : impulsion d'amorçage d'un triac dans le mode mis hors tension en retard 54

9. 5 : premier mode de fonctionnement 55

9. 6 : deuxième mode de fonctionnement 56

9. 7 : troisième mode de fonctionnement (a.- en c.a. ; b et c.- en c.c.) 56

 

Projet de fin d'études de Pierre Claude DUMEUS et Fénel J. FEVRIN Page vi

« Circuit de commande de redémarrage d'un réfrigérateur après une coupure de courant.»
LISTE DES TABLEAUX

4. 1 : caractéristiques des triacs typiques 15

4. 2 : polarité par rapport à A1 17

6. 1 : tableau des broches 35

6. 2 : description des différentes commandes 37

7. 1 : tableau comparatif des différentes technologies 42

9. 1 : tableau comparatif des broches du SAB 0529 et du SAB 0529G 51

9. 2 : caractéristiques du SAB 0529 52

9. 3 : programmation du délai 53

 

Projet de fin d'études de Pierre Claude DUMEUS et Fénel J. FEVRIN Page vii

« Circuit de commande de redémarrage d'un réfrigérateur après une coupure de courant.»
RESUME

Un compresseur de réfrigérateur est sujet à de fréquents arrêts et démarrage durant son fonctionnement. Cependant, au cas où il y a une coupure de courant, il faut attendre au moins cinq minutes pour redémarrer le compresseur, pour ne pas endommager les éléments essentiels du moteur. Le circuit ingénié a pour but d'empêcher le redémarrage pendant les cinq minutes, afin de protéger le réfrigérateur.

Ce circuit est constitué de plusieurs éléments dont un triac servant comme un interrupteur électronique permettant de commander le compresseur ; un temporisateur pour compter les minutes nécessaires et amorcer le triac après le minutage; un ACL (Afficheur à Cristaux Liquides) qu'on sert à afficher ces minutes et l'état du système; un accumulateur alimentant le circuit de basse tension (minuterie et ACL) pendant la panne de courant; un circuit de redressement ou chargeur pour recharger l'accumulateur après la panne.

Tous ces éléments ont été minutieusement étudiés selon leur fonctionnement et leurs caractéristiques dans l'élaboration de ce circuit de protection du compresseur. Il reste à les agencer dans le circuit.

Mots dles : Compresseur - triac - ACL - minuterie - accumulateur - chargeur.

 

Projet de fin d'études de Pierre Claude DUMEUS et Fénel J. FEVRIN Page viii

« Circuit de commande de redémarrage d'un réfrigérateur après une coupure de courant.»
ABSTRACT

The compressor of a refrigerator is subject to frequent stops and starting during operation. However, in case of power outage, it is necessary to wait at least five minutes to restart the compressor to avoid damaging the AC motor. The circuit presented has been designed to this end.

This circuit is composed of several elements: a triac used as an electronic switch to control the motor; a timer to count the minutes required and to initiate timing after the triac; an LCD that is used to display these minutes and the system status; a rechargeable battery supplying the low-voltage circuit (timer and LCD) during the power outage; a rectifying circuit to recharge the battery when the AC supply returns.

All these elements have been thoroughly studied according to their function and their characteristics in the development of the protection circuit of the motor. The details of their interconnection remain to be finalized.

Keywords: Compressor - Triac - LCD - Timer - battery - loader.

 

Projet de fin d'études de Pierre Claude DUMEUS et Fénel J. FEVRIN Page ix

« Circuit de commande de redémarrage d'un réfrigérateur après une coupure de courant.» 1.- INTRODUCTION

Principalement utilisé dans les ménages et les laboratoires, le réfrigérateur est l'un des appareils électroménagers les plus répandus au monde : 90% des ménages en France en sont dotés. Il est muni d'un compartiment qui maintient une température entre 2oC et 6oC pour la

conservation ou refroidissement et souvent d'un compartiment à -16oC pour la congélation : d'oüson nom congélateur. Le réfrigérateur est une machine thermique qui produit du froid. En effet,

la réfrigération (du latin frigus, froid) est le refroidissement d'un corps par le transfert d'une partie de la chaleur de ce corps. Autrement dit, la production de froid consiste en fait à un déplacement de chaleur d'un milieu isolé et fini vers un milieu extérieur et infini. La fonction principale d'une machine de réfrigération est de prendre de la chaleur par évaporation du côté basse température et de la rejeter à l'extérieur sur la paroi du fond de l'appareil par condensation grâce à la grille située derrière l'appareil, en utilisant une énergie externe pour entretenir le processus. Un réfrigérateur est une pompe à chaleur généralement animée par un moteur électrique.

La réfrigération se fait en quatre temps : évaporation, compression, condensation, détente. La réfrigération par compression de vapeur est le procédé le plus répandu pour la production du froid. Elle est basée sur la condensation de vapeur d'un fluide réfrigérant suite à une compression, et son évaporation suite à une détente.

Le compresseur, élément très important dans un circuit frigorifique, sert à aspirer la vapeur du fluide frigorigene hors de l'évaporateur et le conduit dans un deuxième échangeur de vapeur qui est situé sur la partie externe du réfrigérateur. On distingue plusieurs familles de compresseurs. Les compresseurs ouverts, semi-hermétiques et hermétiques dont la partie moteur et la partie compression sont respectivement séparées, directement assemblées l'une contre l'autre et confinées dans une cloche hermétique non démontable. Dans la réfrigération domestique, on rencontre le plus souvent le compresseur hermétique à piston.

 

Projet de fin d'études de Pierre Claude DUMEUS et Fénel J. FEVRIN Page 1

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