WO2006035171A1 - Procede de protection electrique d'un appareil electromenager - Google Patents
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- F04B2203/04—Motor parameters of linear electric motors
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Definitions
- the invention relates to the field of household appliances and more specifically to food preparation apparatus comprising a water tank and a circulating pump for this water. It is more particularly the coffee makers equipped with a piston pump and in particular espresso-type coffee makers.
- It relates more particularly to a method for detecting the empty operation of the pump and to control the opening of its supply circuit to prevent it from deteriorating rapidly.
- a time difference is measured on an alternation of conduction of the supply current of the pump. This measurement is made between the moment when the current is maximum and the moment when it is canceled. This difference is then compared with the theoretical difference in current when the pump is operating under normal load. When this difference exceeds a determined threshold value and stored in a microcontroller, the power supply to the pump is cut off.
- the object of the invention is to provide a safe, effective and inexpensive solution for detecting the idle operation of a coffee maker pump and automatically shutting off the power to the pump.
- the invention therefore relates to a method of electrical protection of an electrical household appliance for culinary preparation.
- the latter comprises an electric pump supplied with alternating current and a heating element for raising the temperature of a liquid propelled into a pipe by the pump.
- This method comprises a measurement of the instantaneous value of the power supply current I of the pump, at regular time intervals;
- the mean value Ot n of m measurements of the current I is calculated for a period of predetermined duration T;
- this average value Ot n is compared with a reference value GV f calculated as the average value of the m measurements of the current I during a previous period of the same duration;
- the opening of the supply circuit of the pump is controlled when the difference between the average values GV f and Ot n exceeds a predetermined threshold value A 1 for at least two successive periods of duration T.
- measurements of the current I are carried out at regular time intervals and their mean value Ot n is calculated over a period of predetermined duration T.
- the pump is energized as long as the value of this difference is lower than the threshold value A 1 . As soon as it becomes higher for at least two successive periods of duration T, the pump supply circuits are opened. In one embodiment, each time the device is turned on, and to avoid running the pump empty when the tank of the coffee maker is already empty,
- the temperature B 1 of the heating element is measured at time t 1 when the pump is energized;
- the temperature ⁇ 2 of the heating element is measured at a time t 2 ;
- the temperatures Q 1 and ⁇ 2 of the heating element are compared between these two instants; the opening of the pump supply circuit is controlled when the difference between the two values B 1 and ⁇ 2 is smaller than a second predetermined threshold value A 2.
- the pump When the heating element has reached a predetermined temperature or when a predetermined time has elapsed, then the pump is energized. If after a certain time the temperature of the heating element has not at least decreased by a predetermined value with respect to the temperature initially measured, it is deduced that there is no water in the circuit.
- the period of duration T may correspond to alternating conduction of the AC power supply of the pump.
- m measurements of the current I of the pump supply are made.
- the reference value ⁇ may be the average value ⁇ t 1 of the measurements of the current I evaluated at the first alternation of conduction after switching on the device.
- the first average value (calculated X 1 is stored and the average values Ot n measured at the following periods are compared with it.
- the reference value ot ref can be modified as the evolution of the current average value Ot n .
- the reference value ot ref is adapted when it decreases slowly continuously.
- the comparisons between, on the one hand, the average values Ot n and ot ref , and, on the other hand, the temperatures O 1 and O 2 can be carried out by a microcontroller in which the predetermined threshold values A 1 are stored. and A 2 .
- the microcontroller thus performs simple operations that do not require significant computing power.
- the two threshold values are very simply modifiable so as to allow the integration of this process to any type of coffee maker.
- the microcontroller can control the opening of the supply circuit of the pump.
- the microcontroller serves both as a computing unit and as a control unit for supplying the pump and the heating element.
- FIG. schematic view of a coffee supply and protection circuit according to the invention.
- FIG. 2 is a chronograph showing two possible evolutions of the feed current I of the pump and its average value, according to the invention
- Figure 3 is a chronograph showing two possible evolutions of the temperature è of the heating element, according to the invention.
- the invention relates to a method of electrical protection of an electrical household appliance for culinary preparation.
- the apparatus (1) comprises a pump (2) for conveying water (3) contained in a reservoir (6) into the pipe (4).
- the pipe (4) then comes into contact with a heating element (5) which allows to raise its temperature and allow its use for particular coffee.
- a power supply circuit (10) is connected to the mains supply and then distributes the electrical energy to the various consumer elements of the appliance (1).
- a microcontroller (7) implanted on this circuit receives various information. Indeed, via a comparator and a shunt, the microcontroller (7) receives at regular time intervals an instantaneous value of the supply current flowing in the pump (2).
- a thermistor (11) of the negative temperature coefficient (NTC) type is positioned on the pipe (4) and transmits to the microcontroller information on the temperature of the water in the pipe (4) and therefore downstream of the pipe. the heating element (5) with which it is in contact.
- This thermistor (11) thus makes it possible to regulate the supply of the heating element (5) so that the water remains substantially at a constant temperature.
- a thermal fuse (9) provides the system with an additional safety element since it automatically opens the supply circuit of the heating element (5) when the temperature thereof exceeds a threshold value.
- the instantaneous value of the current I is measured m times during a period of duration T, then the associated mean value Ot n is calculated.
- the curve C 1 is representative of a reservoir which still contains water because the feed current of the pump (2) has not yet decreased significantly.
- the curve V 1 which is associated with it, is representative of the average values Ot n of each half-wave of the current I during the period of duration T.
- the curve C 2 is representative of a vacuum load of the pump (2).
- the curve V 2 is representative of the average values Ot n of each half-wave of the current I during the period of duration T.
- the difference between a ⁇ and Ot n exceeds the threshold value A 1 .
- this overshoot is performed during three successive alternations of conduction, which allows to deduce that the tank was emptied.
- the opening of the supply circuit of the pump (2) is then controlled.
- the heating element (5) remains regulated at its set temperature.
- the microcontroller (7) compares the mean values Ot n of the current I with the first value Ot 1 measured at the beginning of the cycle.
- a predetermined threshold value A 1 stored in the microcontroller (7) then makes it possible to detect a vacuum operation of the pump (2) and to open its supply circuit to prevent it from being damaged.
- FIG. 3 represents, for its part, two different curves of the possible evolution of the temperature ⁇ read by the thermistor (11) and corresponding to the temperature of the pipe (4) just at the outlet of the heating element (5), and this just at the start of the pump (2).
- the pump (2) is supplied and the temperature Q 1 of the heating element (5) is measured.
- curve D 1 is representative of an empty tank from the beginning of the power cycle of the pump (2) because there is no change in temperature due to lack of water supply.
- the power supply to the pump (2) is cut off and an audible or visual alert signals to the user that he must put water in the tank, the heating element (5) remaining regulated at its set temperature.
- the curve D 2 is representative of a presence of water in the tank from the beginning of the cycle.
- the pipe (4) at the level of the heating element (5) initially empty and at a first temperature B 1 (for example 12O 0 C) is momentarily cooled by the first stream of water to a temperature substantially lower (for example 95 0 C).
- a second step the temperature of the pipe (4) goes back to an operating temperature (for example 100 ° C.) thanks to the regulation.
- a protection method according to the invention has many advantages, in particular: "it provides an inexpensive security system;
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Abstract
Procédé de protection électrique d'un appareil électroménager de préparation culinaire (1) comportant une pompe électrique (2) alimentée en courant alternatif, pour permettre d'acheminer un liquide (3) à l'intérieur d'une conduite (4) et un élément chauffant (5) pour élever la température dudit liquide (3), ledit procédé comportant une mesure de la valeur instantanée du courant I d'alimentation de la pompe (2), à intervalles de temps réguliers ; et caractérisé en ce qu' : - on calcule la valeur moyenne a<SUB>n</SUB> de m mesures du courant I effectuées pendant une période de durée prédéterminée T ; - on compare cette valeur moyenne a<SUB>n</SUB> avec une valeur de référence a<SUB>ref</SUB> calculée comme la valeur moyenne des mesures du courant I pendant une période antérieure de même durée ; - on commande l'ouverture du circuit d'alimentation de la pompe (2) lorsque la différence entre les valeurs moyennes a<SUB>ref</SUB> et a<SUB>n</SUB> dépasse une valeur de seuil prédéterminée ?<SUB>1</SUB> pendant au moins deux périodes de durée T successives.
Description
PROCEDE DE PROTECTION ELECTRIQUE D'UN APPAREIL
ELECTROMENAGER
Domaine technique L'invention se rapporte au domaine de l'électroménager et plus précisément des appareils de préparation culinaire comportant un réservoir d'eau et une pompe de circulation de cette eau. Elle vise plus particulièrement les cafetières équipées d'une pompe à piston et notamment les cafetières de type "expresso".
Elle vise plus particulièrement un procédé permettant de détecter le fonctionnement à vide de la pompe et de commander l'ouverture de son circuit d'alimentation pour éviter qu'elle ne se détériore rapidement.
Art antérieur De façon générale, il existe un grand nombre de solutions pour détecter que le réservoir d'une cafetière de type expresso ou basse pression est vide. Notamment, il est très connu d'utiliser des flotteurs qui, lorsque le niveau du réservoir est vide, sont positionnés à leur niveau le plus bas et signalent ainsi l'absence d'eau dans le réservoir. L'alimentation de la pompe est ensuite coupée.
Cependant, le tartre et l'usure naturelle du mécanisme rendent cette solution peu sûr car, il est fréquent que d'une part, le flotteur reste bloqué dans une position haute et d'autre part, le capteur qu'il déclenche lorsqu'il arrive en positon basse soit défectueux.
II est également courant de détecter le fonctionnement à vide d'une pompe au moyen de débitmètres positionnés sur la conduite d'alimentation en eau de la pompe. Ce type de solution est relativement efficace. Cependant, le coût imposé par de tels débitmètres augmente le prix de revient de tels appareils.
On connaît aussi des nombreuses solutions dans lesquels on effectue des mesures du courant d'alimentation d'une pompe pour identifier son fonctionnement à vide.
En effet, tel que décrit dans le document US 6 534 947, la mesure du courant et de la tension d'alimentation d'une pompe permet de calculer une différence de phase entre les deux signaux. Or, il a été constaté que lorsque la charge de la pompe diminue, la phase entre les deux signaux augmente. Ainsi, lorsque la phase mesurée dépasse une valeur de seuil prédéterminée, mémorisée dans un microcontrôleur, il est possible de commander automatiquement l'ouverture du circuit d'alimentation de la pompe.
Cependant un tel système nécessite des moyens de mesures importants, puisqu'il faut à la fois mesurer le courant et la tension qui alimentent la pompe de l'appareil.
Le demandeur a décrit un procédé de protection dans le document FR 03.06143 non publié à la date de la présente demande. Selon ce procédé, on mesure un écart temporel sur une alternance de conduction du courant d'alimentation de la pompe. Cette mesure est réalisée entre l'instant où le courant est maximum et l'instant où il s'annule. Cet écart est ensuite comparé avec l'écart théorique du courant lorsque la pompe fonctionne en charge normale. Lorsque cet écart dépasse une valeur de seuil déterminée et mémorisée dans un microcontrôleur, on coupe l'alimentation de la pompe.
Un tel système est relativement complexe à mettre en œuvre et nécessite des puissances de calcul importantes afin de déterminer la position du maximum de la courbe du courant d'alimentation de la pompe. Ainsi, un tel système n'est pas réellement adapté pour des cafetières, qui ne sont pas équipées d'une architecture électronique développée.
Ainsi, le but de l'invention est de fournir une solution sûr, efficace et bon marché pour détecter le fonctionnement à vide d'une pompe de cafetière et couper automatiquement l'alimentation de la pompe.
Exposé de l'invention
L'invention concerne donc un procédé de protection électrique d'un appareil électroménager de préparation culinaire. Ce dernier comporte une pompe électrique alimentée en courant alternatif et un élément chauffant pour élever la température d'un liquide propulsé dans une conduite par la pompe. Ce procédé comporte une mesure de la valeur instantanée du courant I d'alimentation de la pompe, à intervalles de temps réguliers ;
Ce procédé se caractérise par le fait qu' :
- on calcule la valeur moyenne Otn de m mesures du courant I effectuées pendant une période de durée prédéterminée T ;
- on compare cette valeur moyenne Otn avec une valeur de référence GVf calculée comme la valeur moyenne des m mesures du courant I pendant une période antérieure de même durée ;
- on commande l'ouverture du circuit d'alimentation de la pompe lorsque la différence entre les valeurs moyennes GVf et Otn dépasse une valeur de seuil prédéterminée A1 pendant au moins deux périodes de durée T successives.
Autrement dit, on réalise des mesures du courant I à intervalles de temps réguliers et on calcule leur valeur moyenne Otn, sur une période de durée prédéterminée T. On calcule ensuite la différence entre Otn et une valeur de référence OVf, calculée de la même manière précédemment.
La pompe est alimentée tant que la valeur de cette différence est inférieure à la valeur de seuil A1. Dès lors qu'elle devient supérieure pendant au moins deux périodes de durée T successives, on ouvre le circuits d'alimentation de la pompe.
Dans une forme de réalisation, à chaque mise sous tension de l'appareil, et pour éviter de faire fonctionner à vide la pompe lorsque le réservoir de la cafetière est d'ores et déjà vide,
- on mesure la température B1 de l'élément chauffant à l'instant ti où l'on met sous tension la pompe ;
- après une période de durée prédéterminée, on mesure la température θ2 de l'élément chauffant à un instant t2 ;
- on compare les températures Q1 et θ2 de l'élément chauffant entre ces deux instants ; - on commande l'ouverture du circuit d'alimentation de la pompe, lorsque la différence entre les deux valeurs B1 et θ2 est inférieure à une seconde valeur de seuil prédéterminée A2.
En d'autres termes, au démarrage, on surveille l'évolution de la température de l'élément chauffant en complément du contrôle du courant dans la pompe.
Lorsque l'élément chauffant a atteint une température prédéterminée ou lorsque qu'une durée prédéterminée s'est écoulée, alors on alimente la pompe. Si après un certain temps la température de l'élément chauffant n'a pas au moins diminuée d'une valeur prédéterminée par rapport à la température mesurée initialement, on en déduit qu'il n'y a pas d'eau dans le circuit.
En effet, lorsque l'eau est présente dans la conduite, sa circulation au contact de l'élément chauffant fait décroître sa température très rapidement, ce qui fournit un moyen sûr pour identifier la présence d'eau dans le réservoir en début de cycle.
En pratique, la période de durée T peut correspondre à une alternance de conduction du courant alternatif d'alimentation de la pompe. Ainsi, à chaque alternance de conduction on réalise m mesures du courant I d'alimentation de la pompe.
Selon un mode de réalisation, on peut commander l'ouverture du circuit d'alimentation de la pompe, lorsque la différence entre les valeurs moyennes Otn et otref dépasse une valeur de seuil prédéterminée A1 pendant cinq alternances successives.
En effet, on peut considérer qu'à la fréquence du réseau de 50 Hz (voire 60 Hz aux Etats-Unis), cinq alternances successives sont suffisantes pour s'assurer que le réservoir est vide.
Avantageusement, la valeur de référence ot^ peut être la valeur moyenne Ot1 des mesures du courant I évaluée dès la première alternance de conduction après mise en marche de l'appareil. Dans ce cas, la première valeur moyenne (X1 calculée est mémorisée et l'on compare avec elle les valeurs moyennes Otn mesurés aux périodes suivantes.
Selon un mode particulier de réalisation, la valeur de référence otref peut être modifiée au fur et à mesure de l'évolution de la valeur moyenne courante Otn. De cette manière, on adapte la valeur de référence otref lorsque celle-ci décroît lentement de manière continue.
En pratique, les comparaisons entre d'une part, les valeurs moyennes Otn et otref, et d'autre part, les températures O1 et O2 peuvent être réalisées par un microcontrôleur dans lequel sont mémorisées les valeurs de seuil prédéterminées A1 et A2.
Le microcontrôleur réalise ainsi des opérations simples qui ne nécessitent pas une puissance de calcul importante. Les deux valeurs de seuil sont très simplement modifiable de manière à permettre l'intégration de ce procédé à tout type de cafetière.
Ainsi, le microcontrôleur peut commander l'ouverture du circuit d'alimentation de la pompe. Autrement dit, le microcontrôleur sert à la fois d'unité de calcul et d'unité de commande de l'alimentation de la pompe et de l'élément chauffant.
Description sommaire des figures
La manière de réaliser l'invention ainsi que les avantages qui en découlent, ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, donné à titre indicatif et non limitatif, à l'appui des figures annexées dans lesquelles : La figure 1 est une vue schématique d'un circuit d'alimentation et de protection de cafetière, conformément à l'invention.
La figure 2 est un chronographe représentant deux évolutions possibles du courant I d'alimentation de la pompe et de sa valeur moyenne, conformément à l'invention ; Le figure 3 est un chronographe représentant deux évolutions possibles de la température è de l'élément chauffant, conformément à l'invention.
Manière de décrire l'invention
Comme déjà évoqué, l'invention concerne un procédé de protection électrique d'un appareil électroménager de préparation culinaire.
Tel que représenté à la figure 1, l'appareil (1) comporte une pompe (2) permettant d'acheminer de l'eau (3) contenue dans un réservoir (6) jusque dans la conduite (4). La conduite (4) vient ensuite au contact d'un élément chauffant (5) ce qui permet d'élever sa température et permettre son utilisation pour notamment faire du café.
Un circuit d'alimentation (10) est reliée à l'alimentation du secteur et distribue ensuite l'énergie électrique aux différents éléments consommateurs de l'appareil électroménager (1).
Un microcontrôleur (7) implanté sur ce circuit reçoit différentes informations. En effet, via un comparateur et un shunt, le microcontrôleur (7) reçoit à intervalles de temps réguliers une valeur instantanée du courant d'alimentation circulant dans la pompe (2).
De plus, une thermistance (11) de type à coefficient de température négatif (CTN) est positionnée sur la conduite (4) et transmet au microcontrôleur une information de la température de l'eau dans la conduite (4) et donc en aval de l'élément chauffant (5) avec lequel elle est au contact. Cette thermistance (11) permet ainsi de réguler l'alimentation de l'élément chauffant (5) pour que l'eau reste sensiblement à une température constante.
Un fusible thermique (9) fournit au système un élément de sécurité supplémentaire puisqu'il permet d'ouvrir automatiquement le circuit d'alimentation de l'élément chauffant (5) lorsque la température de celui-ci dépasse une valeur de seuil.
Tel que représenté à la figure 2, on mesure m fois la valeur instantanée du courant I pendant une période de durée T, puis on calcule la valeur moyenne Otn associée.
Deux évolutions possibles de la courbe du courant I ont été représentées, de manière à illustrer les différents cas de figure.
La courbe C1 est représentative d'un réservoir qui contient encore de l'eau car le courant d'alimentation de la pompe (2) n'a pas encore baissé de manière significative. La courbe V1, qui lui est associée, est représentative des valeurs moyennes Otn de chaque demi- alternance du courant I pendant la période de durée T.
Au contraire, la courbe C2 est représentative d'une charge à vide de la pompe (2). De même, la courbe V2 est représentative des valeurs moyennes Otn de chaque demi- alternance du courant I pendant la période de durée T.
Dans ce deuxième cas, la différence entre a^ et Otn dépasse la valeur de seuil A1. De plus, ce dépassement est réalisé durant trois alternances de conduction successives, ce qui permet d'en déduire que le réservoir s'est vidé. On commande alors l'ouverture du circuit d'alimentation de la pompe (2). L'élément chauffant (5) reste régulé à sa température de consigne.
Afin d'identifier le fonctionnement à vide de la pompe, le microcontrôleur (7) compare les valeurs moyennes Otn du courant I avec la premier valeur Ot1 mesurée en début de cycle. Une valeur de seuil prédéterminée A1 mémorisée dans le microcontrôleur (7) permet alors de détecter un fonctionnement à vide de la pompe (2) et d'ouvrir son circuit d'alimentation pour éviter qu'elle ne s'endommage.
La figure 3 représente quant à elle deux courbes différentes de l'évolution possible de la température θ lue par la thermistance (11) et correspondant à la température de la conduite (4) juste à la sortie de l'élément chauffant (5), et ceci juste au démarrage de la pompe (2). A l'instant tls on alimente la pompe (2) et on mesure la température Q1 de l'élément chauffant (5).
On remarque qu'à l'instant t2 seule la courbe D2 présente une température θ2 dont la différence avec B1 est supérieure à une valeur de seuil prédéterminée A2 également mémorisée dans le microcontrôleur (7).
Ainsi la courbe D1 est représentative d'un réservoir vide dès le début du cycle de mise sous tension de la pompe (2) car il n'y a aucune évolution de la température par manque d'arrivée d'eau. L'alimentation de la pompe (2) est coupée
et une alerte sonore ou visuelle signale à l'utilisateur qu'il doit mettre de l'eau dans le réservoir, l'élément chauffant (5) restant régulé à sa température de consigne.
Par suite seule la courbe D2 est représentative d'une présence d'eau dans le réservoir dès le début du cycle. En effet, la conduite (4) au niveau de l'élément chauffant (5) initialement vide et à une première température B1 (par exemple de 12O0C) est momentanément refroidie par le premier flux d'eau jusqu'à une température sensiblement inférieure (par exemple 950C). Dans un second temps, la température de la conduite (4) remonte à une température de fonctionnement (par exemple de 1000C) grâce à la régulation.
Il ressort de ce qui précède qu'un procédé de protection conforme à l'invention présente de multiples avantages, notamment : « il fournit un système de sécurité peu coûteux ;
• il peut être adapté très simplement à tout type d'appareil électroménager de préparation culinaire équipé d'une pompe ;
• il est très sûr et efficace à l'usage.
Claims
1. Procédé de protection électrique d'un appareil électroménager de préparation culinaire (1) comportant une pompe électrique (2) alimentée en courant alternatif, pour permettre d'acheminer un liquide (3) à l'intérieur d'une conduite (4) et un élément chauffant (5) pour élever la température dudit liquide (3), ledit procédé comportant une mesure de la valeur instantanée du courant I d'alimentation de la pompe (2), à intervalles de temps réguliers ; et caractérisé en ce qu' :
- on calcule la valeur moyenne Otn de m mesures du courant I effectuées pendant une période de durée prédéterminée T ;
- on compare cette valeur moyenne Otn avec une valeur de référence OVf calculée comme la valeur moyenne des mesures du courant I pendant une période antérieure de même durée ;
- on commande l'ouverture du circuit d'alimentation de la pompe (2) lorsque la différence entre les valeurs moyennes OVf et Otn dépasse une valeur de seuil prédéterminée A1 pendant au moins deux périodes de durée T successives.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à chaque mise sous tension de l'appareil (1), - on mesure la température Q1 de l'élément chauffant (5) à l'instant tλ où l'on met sous tension la pompe (2) ;
- après une période de durée prédéterminée, on mesure la température θ2 de l'élément chauffant (5) à un instant t2 ;
- on compare les températures B1 et θ2 de l'élément chauffant (5) entre ces deux instants ;
- on commande l'ouverture du circuit d'alimentation de la pompe (2), lorsque la différence entre les deux valeurs B1 et θ2 est inférieure à une seconde valeur de seuil prédéterminée A2.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la période de durée T correspond à une alternance de conduction du courant alternatif d'alimentation de la pompe (2).
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on commande l'ouverture du circuit d'alimentation de la pompe (2) lorsque la différence entre les valeurs moyennes (Xn et arei dépasse une valeur de seuil prédéterminée A1 pendant cinq alternances successives.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de référence otref est la valeur moyenne (X1 des mesures du courant I sur la première alternance de conduction après mise en marche de l'appareil (1).
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de référence Otref est modifiée au fur et à mesure de l'évolution de la valeur moyenne courante (Xn.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les comparaisons entre d'une part, les valeurs moyennes Otn et (Xref et d'autre part, les températures B1 et θ2 sont réalisées par un microcontrôleur (7) dans lequel sont mémorisés les valeurs de seuil prédéterminées A1 et A2.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le microcontrôleur (7) est apte à commander l'ouverture du circuit d'alimentation de la pompe (2).
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