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Sommaire, Ce qu'il faut Savoir
 
Sur cette page :
Installer un Régulateur-Programmateur sur un petit four électrique
Dispositif de chauffe
Partie Programmateur (description sommaire)
Partie régulateur de température (description sommaire)
Le choix du type de contacteur de puissance
Paramètres de régulation
Alimentation électrique
Le manuel utilisateur de votre appareil
Quelques adresses parmi les constructeurs les plus courants
Apparence de ces appareils
 
 
 
 
INSTALLER un RÉGULATEUR de TEMPÉRATURE sur un petit FOUR ÉLECTRIQUE

par Smart.Conseil

 
 
 
 
Avant propos :
 
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).
 
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.
 
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.
 
Schéma du dispositif :
 
 
 
 
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.
 
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.
 
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) :
 
 

Segment

Température en °C

Temps en mn

Allure en °C par mn

N°0

20

0

origine

N°1

300

120

+ 2.33 °C / mn

N°2

500

60

+ 3.33 °C / mn

N°3

600

90

+ 1.11 °C / mn

N°4

1050

180

+ 2.5 °C / mn

N°5

1050

45

0 °C / mn

N°6

1000

30

- 1.66 °C / mn

N°7

650

120

- 2.91 °C / mn

 
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.
 
 
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.
 
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.
 
 
 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.
 
 
 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.
 
 
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).

 
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.
 
 
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.
 
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)
 
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.
 
 
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.
 
 
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
 
 
Apparence de ces appareils :
 
 

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.

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.

 
 © Smart.Conseil / Avril 2003 - FRANCE
 
 
 
 

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