Un client nous a demandé comment détecter si une machine à laver le linge est en fonctionnement ou non. La première idée qui vient à l'esprit, c'est de mesurer sa consommation avec un Yocto-Watt, mais il y a moyen de faire plus subtil pour moins cher.
Le problème posé est assez simple, on veut juste savoir si un appareil fonctionnant sur le secteur est en fonctionnement ou non. Mais on n'a pas le droit de modifier l'appareil lui-même. Plutôt que de mesurer la consommation réelle de l'appareil, l'idée est d'estimer, avec un transformateur de courant, la quantité courant qui passe dans un des fils qui amènent l'électricité à l'appareil.
Les transformateurs de courant
Présenté comme ça, un transformateur de courant, ça l'air gros, lourd et cher, mais en fait, il s'agit juste d'une petite bobine en forme d'anneau que l'on peut acheter pour trois fois rien. Tout ce qu'il y a faire c'est de faire passer un des fils d'alimentation dans l'anneau, le courant alternatif qui passe dans le fil induit une tension alternative aux bornes de la bobine et il suffit de la mesurer pour avoir une idée du courant qui passe dans le fil en question.
Utilisation d'un transformateur de courant, pour estimer le courant (AC) qui passe dans un fil électrique
Pour tester le fonctionnement de la chose, on a choisi le modèle 1243896 vendu par RS-PRO qui fait moins de 2 cm de diamètre et ne coûte que quelques euros. Cette bobine est spécifiée pour 25A, ce qui est plus que suffisant pour ce que l'on compte faire.
La bobine 1243896 de RS-PRO
Version DIY
On s'est aussi demandé, puisque ça a l'air si simple, si l'on ne pourrait pas en fabriquer une nous-même. Il suffit d'enrouler du fil électrique autour d'un tore fait d'une matière ferromagnétique. On a donc patiemment enroulé environ 2 mètres de fil de 0.2mm de section autour d'un tore de 7x12x5mm (Diamètre interne x diamètre externe x épaisseur). On ne sait pas exactement de quoi est fait ce tore, on sait juste qu'il sert normalement à filtrer les longs fils de servos de modélisme.
Notre bobine artisanale, le tore vient d'un câble de servo
Honnêtement, c'est long et fastidieux à construire, et le résultat est loin d'être aussi régulier qu'on l'espérait. Vous avez clairement intérêt à dépenser quelques euros pour en acheter un tout fait et utiliser le temps ainsi gagné pour construire quelque chose de plus intéressant.
Protocole de test
Pour vérifier que ça marche bien, on a utilisé un boîtier électrique dans lequel est installé un Yocto-Watt. On a fait passer un des fils du câblage interne dans nos deux bobines. L'idée, c'est de mesurer la tension au bornes des deux bobines et de comparer avec les mesures du Yocto-Watt.
On a donc utilisé cette boîte pour alimenter quelques gros consommateurs qu'on avait sous la main.
| Appareil | Puissance (W) | Courant (A) | Bobine RS-PRO (V AC) | Bobine DIY(V AC) |
|---|---|---|---|---|
| Rien | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Plaque à induction(veille) | 7 | 0.6 | 1.93 | 0.13 |
| Projecteur halogène | 417 | 1.7 | 4.70 | 0.20 |
| Aspirateur | 1250 | 5.5 | 6.34 | 0.14 |
| Plaque à induction(marche) | 1200 | 6.4 | 7.31 | 0.20 |
| Bouilloire | 1650 | 7 | 7.58 | 0.20 |
| Décapeur thermique | 1700 | 7.2 | 7.57 | 0.20 |
| Décapeur + bouilloire | 3200 | 14 | 8.52 | 0.24 |
Ça marche furieusement bien, on distingue parfaitement un appareil en veille d'un appareil en marche. Par contre les tensions aux bornes des deux bobines ne sont clairement pas directement proportionnelle au courant: plus le courant monte, plus la courbe semble s’aplatir. Notre bobine artisanale fonctionne, mais comparé à la version RS-PRO, mais elle fait un peu pâle figure.
Et pour la machine à laver?
Pour pouvoir répondre à la question de notre client, on a finalement utilisé notre boîte pendant un cycle de lavage à 60°C d'une machine à laver le linge. On a raccordé la bobine RS-PRO à un Yocto-Volt et on a utilisé Yocto-Visualization pour voir ce qu'il se passe.
Un cycle de lavage complet
Le cycle dure environ 3h et les résultats sont assez clairs, on distingue plutôt bien les différentes phases de fonctionnement du lave-linge:
- Lorsque la marche est "éteinte" elle consomme 15W (!) et la tension de la bobine est de l'ordre 0.1V
- Lorsque la machine est allumée, mais en standby, elle consomme environ 25W et la bobine est à 0.4V
- Lorsqu'un cycle de lavage est en cours, la consommation varie entre 60 et 2000W, mais il y a des phases pendant lesquelles on observe, toutes les 22 secondes, une pause d'environ une seconde où la consommation descend à 15W. La tension de la bobine, quant à elle, varie entre 2.6 er 7.8V avec les mêmes pauses où la tension descend à 0.15V
- Une fois le cycle terminé, la machine s'éteint, la puissance redescend à 15W et la tension de la bobine est d'environ 0.1V
Il est à noter que la machine consomme environ 2000W pendant les 30 premières minutes du cycle, probablement pour chauffer l'eau. Pendant ce temps de chauffe, la température du Yocto-Watt monte à 45 °C ce qui pourrait causer des inquiétudes s'il était installé dans un boîtier hermétique.
La réponse à la question de notre client est donc: avec le modèle de machine qui a été utilisé pour le test, si la tension aux bornes de notre bobine est inférieure à 1V pendant plus de quelques secondes, c'est que la machine est à l'arrêt.
Limitations
Cette solution de détection de courant basée sur un transformateur de courant est extrêmement facile à mettre en œuvre, par contre il y a quelques limitations dont il faut être conscient:
- Ça ne marche qu'avec du courant alternatif.
- La tension de la bobine est aussi de l'alternatif, il donc faut un appareil capable de mesurer une tension AC
- La tension de la bobine n'est pas forcément linéaire par rapport au courant
- Même si vous arrivez à linéariser vos valeurs, vous ne pourrez pas en déduire la consommation réelle de votre appareil. En courant alternatif, la puissance instantanée n'est pas simplement le courant fois la tension. Elle dépend aussi du décalage entre la tension et le courant. Ce décalage, plus ou moins prononcé, est induit par les charges inductives, typiquement tout ce qui contient des bobinages: bobines, moteurs, transformateurs, solénoïdes, etc. qui peuvent se trouver dans vos appareils.
Conclusion
Si vous avez juste besoin de détecter si un appareil alimenté par le secteur est en train de fonctionner ou non, un Yocto-Volt et un transformateur de courant sont autrement plus intéressants qu'un Yocto-Watt:
- Ça ne risque pas de chauffer.
- L'électronique de mesure n'interagit pas directement avec le circuit à mesurer.
- C'est très facile à installer.
- C'est compact.
- C'est moins cher qu'un Yocto-Watt.
