- Sommaire
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INSTALLER
un RÉGULATEUR de TEMPÉRATURE
sur un petit FOUR ÉLECTRIQUE
par
Smart.Conseil
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- Avant propos
:
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- Un
régulateur-programmateur de température
est indispensable pour conduire un four avec
précision et vous économiser des heures
de veille ainsi que des "ratés de
cuisson"...
-
- Le dispositif de chauffe
d'un four électrique se compose de
résistances reliées à une
alimentation électrique. Le rôle du
régulateur-programmateur est de commander cette
alimentation électrique par action sur un
contacteur de puissance pour permettre au four de
suivre automatiquement une "allure" de chauffe selon
un programme établi. Il permettra le passage du
courant dans les résistances pour suivre
très précisément la courbe de
cuisson programmée. Pour cela il doit
surveiller la température du four par
l'intermédiaire d'un capteur de
température (thermocouple).
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- Cet appareil a donc deux
fonctions :
- - Dérouler un
programme de chauffe établi selon des
données de temps et de
température.
- - Contrôler la chauffe
du four pour suivre le programme pas à pas.
Pour cela, il mesure la température et la
compare avec celle du programme et agit sur le
contacteur de puissance selon le besoin de chauffe.
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- Le
dispositif de chauffe comprendra :
-
- - Le four et ses
résistances,
- - Un contacteur de puissance
(relais électromécanique ou relais
statique),
- - L'alimentation de
puissance électrique du four,
- - L'alimentation
électrique des appareils
(régulateur-programmateur et contacteur de
puissance dans le cas d'un contacteur à relais
mécanique),
- - Un appareil
régulateur-programmateur
électronique,
- - Un capteur de
température (thermocouple) installé sur
le four.
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- Schéma du
dispositif :
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- Partie
Programmateur (description sommaire)
:
-
- Il s'agit de
programmer la courbe de cuisson désirée
pour qu'elle soit suivie automatiquement par le four.
Le programmateur permet de démarrer la cuisson
au moment choisi (possibilité de
démarrage différé), de stocker
les données du programme en mémoire non
volatile pour permettre son utilisation
ultérieure, d'arrêter automatiquement la
cuisson, d'effectuer des opérations
automatiques sur des périphériques du
four (ouvrir une trappe, mettre un ventilateur en
route, etc...), d'enchainer ou de
répéter un ou plusieurs
programmes.
- Le programmateur
déroule pas à pas, en fonction du temps,
les évènements de température de
la courbe de cuisson (consigne de température).
Il les transmet à la partie régulateur
qui les compare aux valeurs mesurées par
l'entrée thermocouple et qui agit sur le
contacteur de puissance pour ajuster la
chauffe.
-
- Un programmateur peut
généralement contenir plusieurs
programmes (plusieurs courbes enregistrées).
Chaque programme est constitué d'un nombre de
segments mis bout à bout qui constituent la
courbe à reproduire. Le nombre de segments
utilisables par programme est
généralement limité (exemple : le
régulateur-programmateur Omron E5CK-T
(www.omron.fr)peut
contenir au maximum 4 programmes de 16 segments
chacun). Chaque programme peut être
exécuté automatiquement une ou plusieurs
fois à suivre et être
enchaîné aux programmes suivants en
mémoire pouvant également se
répéter ou non, jusqu'au dernier. Cela
permet de construire des programmes complexes allant
au delà de la capacité d'une simple
unité de programme.
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- exemple :
- 1) programme n°1 de 16
segments, répété 1 fois,
enchaîné avec le programme
n°2
- 2) programme n°2 de 10
segements, répété 3 fois et
enchaîné avec le programme
n°3
- 3) programme n°3 de 8
segments, répété 2 fois et
enchaîné avec le programme
n°4
- 4) programme n°4 de 14
segments, répété 1 fois, fin des
programmes.
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- Cette suite de programmes
répétés et enchaînés
permet une courbe de cuisson complexe totalisant 76
segments. Cette possibilité est souvent
très appréciée des
céramistes cuisant selon des cycles complexes
pour effectuer des cristallisations.
-
- Un segment de programme
est constitué par deux valeurs
:
- - une valeur en
unités de temps (exemple : minutes ou heures +
minutes)
- - une valeur de
température à atteindre (exemple :
température en degrés
celcius)
-
- Le segment n° 0 a
généralement pour origine une valeur de
température allant de 0 à 20 ou
30°C et un temps nul.
-
- exemple de programme de
cuisson à 8 segments (y compris le n° 0)
:
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Segment
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Température
en °C
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Temps en
mn
|
Allure en °C
par mn
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N°0
|
20
|
0
|
origine
|
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N°1
|
300
|
120
|
+ 2.33 °C /
mn
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N°2
|
500
|
60
|
+ 3.33 °C /
mn
|
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N°3
|
600
|
90
|
+ 1.11 °C /
mn
|
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N°4
|
1050
|
180
|
+ 2.5 °C /
mn
|
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N°5
|
1050
|
45
|
0 °C /
mn
|
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N°6
|
1000
|
30
|
- 1.66 °C /
mn
|
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N°7
|
650
|
120
|
- 2.91 °C /
mn
|
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- Une allure positive
correspond à une "rampe" de
chauffe.
- Une allure nulle correspond
à un "palier" de
température.
- Une allure négative
correspond à une "rampe" de refroidissement
chauffé.
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-
- Partie
régulateur de température (description
sommaire) :
-
- Le régulateur est le
"cerveau" de contrôle du four. Il mesure la
température du four par l'entrée
thermocouple, la compare à la consigne
transmise par la partie programmateur et agit sut la
chauffe en envoyant un signal de sortie au contacteur.
Il permet aussi d'exploiter des alarmes en cas
d'anomalies ou de dépassements de
valeurs.
- Les régulateurs
électroniques comportent
générallement un grand nombre de valeurs
et de choix paramétrables. Plusieurs menus
proposent de fixer les paramètres
d'entrée, de sortie, d'alarme, de
régulation, de protection.
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- Signal d'entrée
:
- Dans le cas qui nous
intéresse l'entrée du régulateur
doit être configurée pour recevoir un
signal de thermocouple. Ce thermocouple pourra
être de type K, J, T, N, E, R, S, B, ou C, mais
les céramistes utilisent en
général les types suivants :
- - J (Fer / Cuivre-Nickel)
pour T°C maxi 1200°C
- - K (Nickel-Chrome / Nickel
Aluminium) pour T°C maxi 1370°C
- - S (Platine /
Platine-rhodium) pour T°C maxi
1760°C.
- Le menu de configuration des
entrées permet tous ces choix aisément,
si vous ayez le manuel utilisateur traduit dans une
langue compréhensible ce sera un jeu
d'enfant.
- Le thermocouple devra
être relié au
régulateur-programmateur par un cable de
compensation blindé (voir : choix
des cables de
compensation) afin de
ne pas fausser les valeurs transmises. Le blindage
métallique du cable de compensation devra
être relié à la terre sur une
seule de ses extrémités. Les
connections pourront être assurées par de
simples dominos, à condition que ceux-ci ne
soient pas trop exposés à la chaleur, il
est donc préférable que le thermocouple
ait une longueur suffisante hors du four.
-
- Signal de
régulation de sortie :
- Les signaux de sortie qui
nous intéressent peuvent être du type
suivant :
- 1) - une sortie
"relais" (ou contact "sec") qui sert à
commander l'alimentation d'un contacteur
électromécanique à bobine (relais
mécanique de puissance). La sortie relais
intégrée au régulateur (ou
contact "sec") ne supporte que de faibles courants de
l'ordre de 2 à 3 ampères, cela lui
permet d'actionner la plupart des relais
mécaniques de puissance qui peuvent commuter
des courants plus importants.
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 - Contrôle
de puissance par relais
mécanique
-
-
- 2) - une sortie en
tension continue 0 - 10 volts ou une sortie SSR
(Solid State Relay) qui sert à commander un
relais statique.
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-
 - Contrôle
de puissance par relais
statique
-
-
- Le type de signal de
sortie est souvent optionnel lors de l'achat d'un
régulateur-programmateur. Il faut donc
définir quel type de contacteur de puissance
sera utilisé lors du choix de cet appareil
(relais mécanique = sortie relais, relais
statique = sortie tension continue 0 - 10 Volts ou une
sortie SSR). Par défaut certains
régulateurs-programmateurs sont souvent
pré-équipés d'une sortie
relais.
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-
- Le choix du
type de contacteur de puissance :
-
1) - Relais
mécanique : Pour un petit four comportant
une seule zone de chauffe (un seul jeu de
résistances chauffant simultanément) et
ne dépassant pas une puissance de 3 à 4
kW, il est possible d'utiliser de petits relais
mécaniques acceptant des courants de charge de
20 Ampères. De tels relais sont disponibles en
libre service dans les magasins de bricolage au rayon
électricité. Mais attention, leur
durée de vie sera limitée car le nombre
de manoeuvres (ouverture-fermeture du courant vers les
résistances) est très important lorsque
leur pilotage se fait par un régulateur
électronique. Cela produits de nombreux
"claquements" mécaniques qui ne sont pas
toujours agréables pour nos oreilles. Pour plus
de durée vous pourrez vous procurer des relais
mécaniques auprès de professionnels ou
en faisant de la "récup" chez le ferrailleur du
coin. Mais les claquements resteront très
présents pendant vos cuissons. Dans tous les
cas il faut veiller à ce que la puissance
à réguler soit compatible avec le
calibre du relais indiqué en ampères (15
ampères jusqu'à 3450 watts en 230 volts,
20 ampères jusqu'à 4600 Watts en 230
volts, 30 ampères jusqu'à 6900 Watts en
230 volts).
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- 2) - Relais statique
: Pour plus de confort auditif et une commutation
de puissance en douceur, le relais statique est
l'idéal. On trouve ces petits appareils chez
des spécialistes de la régulation de
température comme www.tconline.fr
qui proposent les relais statiques Crydom pour des
courants de charges de 10, 20 et 30 Ampères
(2300 watts, 4600 watts et 6900 watts de puissance
respective pour une tension de 230 Volts).
- Je conseille ce type ce
de contacteur, il est simple à installer et son
coût reste raisonnable (Il faut compter environ
50 à 55 Euros, prix TTC départ, pour un
relais statique 20 Ampères qui pourra alimenter
une puissance maxi de 4000 à 4500 Watts sous
230 Volts, ce qui suffit pour un petit four de 50
à 60 litres).
-
-
- Paramètres
de régulation
:
-
- La plupart des
régulateurs et
programmateurs-régulateurs électroniques
actuels sont équipés de la fonction
autoréglage (AT = auto-tunning) des
paramètres PID (Action Proportionnelle,
Intégrale et Dérivée sur le
réglage du processus de suivi de la consigne)
permettant l'optimisation automatique du
fonctionnement de votre régulateur et lui
permettant de s'adapter selon le comportement de votre
four (puissance, inertie, chargement etc...). Cet
autoréglage peut-être lancé
automatiquement par périodes tout au long du
programme ou manuellement à un moment
précis de votre choix.
- Dans tous les cas il faudra
donner votre préférence aux appareils
possèdant ces fonctions d'autoréglage
car la précison de vos cuissons dans ces
conditions sera vraiment au meilleur niveau.
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-
- Alimentation
électrique :
-
- Il ne faut pas oublier
d'installer un coupe-circuit (sectionneur ou
interrupteur) sur l'arrivée de l'alimentation
électrique du coffret dans lequel vous
installerez vos appareils. Ce coupe circuit permettra
d'interrompre totalement l'alimentation
électrique de votre installation en cas
d'intervention sur les appareils, en cas d'une mise
hors service prolongée du four,etc... Ses
dimensions devront être choisies en fonction de
l'ampérage devant être supporté
par l'installation.
- Juste après ce
coupe-circuit vous devrez aussi penser à
protéger votre installation en installant des
fusibles ou des disjoncteurs calibrés selon
l'ampérage pouvant être supporté
par celle-ci.
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- Cables d'alimentation de
puissance :
- - section 2.5 mm² pour
15 ampères (jusqu'à 3450 watts en 230
volts)
- - section 4 mm² pour 20
ampères (jusqu'à 4600 Watts en 230
volts)
- - section 6 mm² pour 30
ampères (jusqu'à 6900 Watts en 230
volts)
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- Terre : Votre installation
devra être reliée à la terre pour
assurer la sécurité des personnes.
Toutes les paries métalliques (coffret,
carcasse du four, chassis, etc...) devront être
reliés à la terre. En cas de
défaut d'isolement important, les fuites de
courant vers la terre entraîneront la mise hors
tension de l'installation par le disjoncteur
différentiel situé au niveau du compteur
EDF.
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-
- Le manuel
utilisateur de votre appareil :
-
- Ces appareils de très
petit format (appelés aussi
micro-régulateurs ou
micro-régulateurs-programmateurs) sont
généralement livrés dans de
petites boîtes en carton avec une notice
sommaire souvent éditée en plusieurs
langues et écrite en tous petits
caratères sur une feuille unique pliée
et recroquevillée au fond de ces emballages. Ce
n'est pas l'idéal pour débuter. Ces
notices s'adressent surtout aux professionnels
connaissant bien ces appareils.
- Pour avoir accès
à l'intégralité du manuel
utilisateur avec le maximum de détails sur
l'appareil que vous aurez acquis, vous devrez à
chaque fois vous rendre sur le site internet du
constructeur et télécharger le fichier
au format *.pdf (format Acrobat) correspondant
à la référence du produit. Vous
trouverez facilement les adresses internet de ces
constructeurs en faisant des recherches sur
www.google.fr
sur le web en général.
- Ces documentations ne sont
souvent disponibles qu'en langue anglaise (c'est le
cas de Omron et Fuji), mais cela vaut le coup de
demander à un ami anglophone de vous aider
à décripter ces notices car ces
appareils sont vraiment épatants pour piloter
des four céramiques.
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- Voici
quelques adresses parmi les constructeurs les plus
courants :
-
- Omron France :
www.omron.fr
- Fuji Electric :
www.fujielectric.fr
- Eurotherm : http://www.eurotherm.com
- Jumo : http://www.jumoprocesscontrol.com/control.htm
- Yokogawa : http://www.yokogawa.com/
- Yamatakeusa :
http://www.yamatakeusa.com/controllers/controllers_guide.htm
- Indpyro : http://www.indpyro.com.au/Controllers.htm
- TC-UK : http://www.tc.co.uk/index2.htm
- Honeywell : http://content.honeywell.com/imc/pi/programmers/
- Instrucon : http://www.instrucon.com/
-
- Sur internet faire la
recherche par mots clés sur : temperature
programmers controllers
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- Apparence de
ces appareils :
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- Voici le
PXR-4 de FUJI Electrics, ce
régulateur programmateur est
minuscule, il tient dans le creux de la
main. Proposé avec une sortie
relais dans sa version de base, il n'est
pas équipé de sortie 0-10 V
pour l'instant, cette option est à
venir.
- Le
programmateur dispose de 2 programmes
totalisant 16 segments. C'est peut, mais
pour des courbes de cuisson peu
exigeantes, le rapport qualité/prix
de cet appareil est très attrayant
(prix entre 180 et 200 Euros HT)
- En
façade, deux afficheurs de
température : PV (Process Value)
qui est la valeur mesurée par le
thermocouple et SV (Set Value) qui est la
valeur demandée par le programme.
Plusieurs LED indiquent l'état des
alarmes et des contacts de sortie (C1, C2,
AL1, AL2, AL3). 3 touches en tout et pour
tout permettent le dialogue et la
configuration de cette petite
merveille.
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Schéma
du E5CK-T de Omron, dimensions
réelles 48x48x78 mm. Ce micro
régulateur-programmateur dispose de 4
programmes de 16 segments chacun pouvant se
répéter et s'enchaîner
dans leur ordre de numérotation.
Équipé de base avec deux
sorties relais sur une carte amovible
(E53-R4R4) il peut aussi recevoir la carte
E53V44R4 qui lui permet alors une sortie
relais et une sortie 0 - 10 Volts en courant
continu. La fonction Auto-tunning (AT) permet
de régler très exactement les
paramètres PID pour une
régulation optimale.
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-
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