Composants des circuits de moteurs

 Composants des circuits de moteurs

En milieu industriel, qu'il s'agisse d'une papeterie, d'une usine de métallurgie ou d'une usine d'épuration des eaux, la majorité des schémas d'électricité concernent la commande de moteurs. Ces schémas indiquent comment contrôler:

• le démarrage,
• l'accélération,
• la vitesse,
• le sens de rotation,
• la décélération,
• ou l'arrêt des organes de travail.

Il est primordial d'accorder une importance particulière à tous les composants qui constituent les circuits de moteurs.

Dans cette étude, vous étudierez donc en détail les principaux composants de base des circuits de moteurs.

Avant d'entreprendre cette étude, retenez que, même avec seulement une dizaine de composants de base, les circuits de moteurs peuvent se révéler très complexes. C'est le raccordement de ces composants qui assure la réalisation de la fonction désirée.

Retenez également que chaque composant peut être disponible dans une grande variété de dimensions. Celles-ci varieront selon la puissance du moteur à commander. Heureusement, le principe de fonctionnement de tous les composants d'un même type reste identique.

Sectionneurs

Un sectionneur est un dispositif qui assure le lien entre le circuit du moteur et la source d'alimentation. C'est le sectionneur qui permet d'activer ou de désactiver le circuit de moteur, mais il ne peut le faire que si le courant qui le traverse est nul ou pratiquement nul ; on dit que le sectionneur "n'a pas de pouvoir de coupure" et il ne peut être manœuvré qu'à vide .

Figure 1.14   Sectionneurs.

Principe de fonctionnement

Lorsque le sectionneur est en position "ouvert" ou "hors-circuit" (off), tout l'équipement qui y est rattaché se trouve coupé de la source d'alimentation.

Dans cette position, le sectionneur est cadenassable, c'est-à-dire que l'on peut placer un cadenas dans sa poignée (figure 1.14b).

On s'assure ainsi que l'équipement ne sera pas alimenté.

Ce procédé est employé lorsqu'une machine est défectueuse, ou encore lorsqu'une personne effectue une réparation ou une opération d'entretien. Il s'agit là d'une mesure de sécurité visant à éliminer les risques pour la santé et la sécurité des intervenants.

La coupure doit être visible soit directement par observation, soit par un indicateur de position si les contacts ne sont pas visibles.

De plus, lorsque le sectionneur est cadenassé en position "ouvert", il est condamné : personne ne peut en ouvrir le panneau d'accès pour alimenter de nouveau l'équipement.

Une fois le sectionneur cadenassé, l'intervenant peut effectuer sa tâche en toute confiance.

Lorsque le sectionneur est en position "fermé" ou  "en circuit" (on), le panneau d'accès ne peut être ouvert qu'après avoir actionné une manette. Ce dispositif avertit l'intervenant que le circuit est sous tension et qu'il y a risque d'électrocution.

Construction

Les sectionneurs sont fabriqués selon le principe des interrupteurs à couteaux. Les bornes du sectionneur situées du côté de la charge (circuit de moteur) sont directement accessibles. Cela facilite les lectures de tension lors du dépannage.

Figure 1.15   Symbole d'un sectionneur tripolaire avec contact de précoupure (13-14) et contact de fusion fusible (95–96–98).

En revanche, les bornes situées du côté de l'alimentation doivent être difficilement accessibles, car elles sont toujours sous tension, même lorsque le sectionneur se trouve en position "ouvert".

D'ailleurs, une plaque d'avertissement, située sur le sectionneur, signale ce danger.

Il existe des sectionneurs à un, deux ou trois pôles. les plus utilisés en milieu industriel possèdent trois pôles ; on les appelle aussi sectionneurs tripolaires.

D'autre part, la plupart des sectionneurs sont conçus pour pouvoir recevoir des fusibles, bien que ceux-ci ne soient pas nécessaires au fonctionnement de l'ensemble.

Le changement des fusibles ne peut s'effectuer que lorsque le sectionneur est ouvert.

Les sectionneurs sont conçus de façon à pouvoir supporter indéfiniment le courant nominal correspondant à leur calibre. Ils peuvent aussi supporter des courants de court-circuit durant de courtes périodes.

Dans ce dernier cas, l'un des deux dispositifs de protection (fusibles ou relais thermique) déclenche automatiquement l'ouverture du circuit de commande, ce qui provoque l'arrêt de l'équipement.

Contacts: Introduction

Vous avez vu qu'il existait deux types de contacts à l'état de repos (figure 1.16).

Figure 1.16   Deux types de contacts à l'état de repos.

le contact NO change de position et se ferme, c'est pourquoi on le dit "à fermeture" (F)

le contact NF s'ouvre, c'est pourquoi on le dit "à ouverture" (O).

Ces appellations font référence à la position du contact à son état de repos, c'est-à-dire lorsqu'il n'est pas alimenté électriquement ou actionné mécaniquement.

Lorsque le système est désactivé, les contacts reprennent leur position initiale, ils sont toujours dessinés dans cette position.

 

Contacts de puissance et contacts de commande

Pour faciliter la compréhension des explications qui suivent, nous procéderons à partir du schéma d'un circuit de pompage automatique apparaissant à la figure 1.17.

Figure 1.17   Système de pompage automatique.(cliquez sur les composants afin des les mémoriser)

Sur la figure 1.17, remarquez que le schéma est tracé à l'aide de deux types de traits.

• Les traits gras symbolisent le circuit de puissance, c'est-à-dire le circuit qui alimente habituellement le moteur.
• Les traits fins symbolisent le circuit de commande, c'est-à-dire le circuit qui détermine l'état du moteur (marche ou arrêt).
• Il est à noter que ce type de représentation permet de distinguer le circuit de commande du circuit de puissance, mais qu'elle est peu utilisée dans la pratique.

Vous remarquerez que les trois contacts KM1 juxtaposés sont des contacts de puissance, tandis que le contact KM1 qui se trouve à droite du bouton-poussoir est un contact de commande.

Contacts d'interrupteurs

Un autre composant montré à la figure 1.17 est le sélecteur ou commutateur manuel/automatique (S2).

Le sélecteur est un interrupteur à plusieurs directions qui sert à modifier les connexions du circuit.

Il permet de choisir le mode de fonctionnement du circuit (arrêt ou manuel ou automatique). Tel que représenté, le sélecteur se trouve en position "arrêt".

Aucune continuité n'existe entre les bornes du sélecteur : le circuit de commande ne peut fonctionner.

Figure 1.17   Système de pompage automatique.

Lorsque le sélecteur se trouve en position "manuel", La pompe fonctionnera aussi longtemps que le sélecteur ne sera pas replacé en position "arrêt".

Description de l'effet des autres positions qu'il peut prendre:

Lorsque le sélecteur se trouve en position "auto", il y a continuité entre ses deux bornes 13 et 14. C'est dans ce cas le pressostat (S3) qui contrôle la pompe.

Figure 1.17 b   Système de pompage automatique.

- Lorsque la pression du système baisse jusqu'à atteindre la valeur prédéterminée, le contact du pressostat se ferme et la pompe est mise en marche.

- Lorsque la pression du système atteint la valeur maximale prédéterminée, le contact du pressostat s'ouvre ; la pompe s'arrête.

Elle ne démarrera pas tant que la pression ne retombera pas sous la valeur minimale prédéterminée.

Sur la figure 1.17, le rectangle identifié par la lettre KM1 symbolise une bobine.

Nous verrons dans cette étude qu'il s'agit là d'une bobine de contacteur. Les composants identifiés par F1sont les trois éléments thermiques du relais de protection dans le circuit de puissance et un contact de ce relais thermique dans le circuit de commande.

le bouton-poussoir, le pressostat ou encore les contacts identifiés par les lettres KM1 et F1 sont tous des contacts.

Pour faciliter l'interprétation des schémas d'électricité, chacun de ces contacts est nommé, symbolisé et traité différemment:

les contacts sont classés selon leur moyen d'activation, c'est-à-dire par le moyen électrique ou mécanique qui les fait sortir de leur état de repos:

• le contact "marche" change d'état lorsqu'un doigt actionne le bouton-poussoir, d'où sa symbolisation.
• le contact de l'interrupteur à pression change d'état lors d'une variation de pression.
• les contacts du sélecteur changent de position lorsqu'ils sont actionnés manuellement.
• le contact F1 est activé par le relais thermique lorsque celui-ci détecte une hausse anormale de température.

Contacts instantanés

Nous nous limiterons ici à l'étude des contacts généraux O et F abordés précédemment.

On les appelle contacts instantanés de relais parce que lorsqu'un courant circule à travers une bobine de relais, les contacts que possède ce relais changent d'état instantanément.

Ne pas confondre :

un contact "normalement ouvert" (NO) se ferme lorsqu'il est actionné, il est aussi appelé contact "à fermeture" (F) puisqu'étant "ouvert" il est amené à se "fermer".

Un contact "normalement fermé" (NF) s'ouvre lorsqu'il est actionné, il est aussi appelé contact "à ouverture" (O) puisqu'étant "fermé", il est amené "à s'ouvrir".

Figure 1.17  

Lorsqu'ils sont symbolisés de la façon représentée à la figure 1.17, les contacts instantanés sont habituellement actionnés par des relais.

Sur la figure 1.17, les contacts instantanés KM1 et F1 sont actionnés par le relais du même nom.

Pour le moment, retenez qu'il existe des relais de commande et des relais de puissance (contacteurs).

Double contact

Un moyen d'activation peut concerner plus d'un contact à la fois.

dans ce cas on emploie un trait pointillé pour indiquer cette double action.

Par exemple, si un  pressostat actionne deux contacts, un trait pointillé reliera ces deux contacts pour indiquer que leur état changera simultanément comme l'indique la figure 1.18.

Figure 1.18   Capteurs à double contact.

Bornes 13 et 14 : contact 1, à fermeture

Bornes 21 et 22 : contact 2, à ouverture

Remarque : le 1^er chiffre du repérage des bornes indique le numéro de contact, le 2^e chiffre indique le type de contact :

• .1 et .2 : à ouverture instantanée
• .3 et .4 : à fermeture instantanée
• .5 et .6 ou .7 et .8 lorsque les contacts ont une fonction spéciale (temporisé…).

Le trait pointillé symbolise le lien mécanique qui existe entre deux contacts différents.

Dans ce cas, on dit que l'interrupteur est à double contact.

Identification des contacts selon leur rôle

La personne qui conçoit ou dessine un schéma d'électricité suit des normes techniques précises.

Ainsi, les contacts sont placés sur le schéma à des endroits définis selon leur rôle.

Lorsque plusieurs relais sont utilisés sur le schéma, chaque contact est identifié pour qu'il soit possible de déterminer quel relais l'actionne.

Par exemple, si des relais avant (AV) et arrière (AR) apparaissent sur le schéma, ils seront accompagnés de contacts identifiés de la même façon.

De plus, sur plusieurs schémas de circuits de commande de moteurs, on retrouve des arrangements de contacts et de relais qui jouent un rôle précis et qui sont toujours situés au même endroit.

Afin de faciliter la compréhension des circuits ainsi que leur dépannage, ces contacts ont été classés en deux catégories de rôles :

- les contacts de maintien simulent le maintien de "la pression sur le bouton", on les appelle aussi contacts "d'auto-alimentation" ;

- les contacts de verrouillage empêchent les actions contraires simultanées.

Contacts de maintien

Comme leur nom l'indique, les contacts de maintien ont pour rôle de simuler le "maintien" du geste de presser sur le bouton-poussoir.

Dans un circuit, le contact de maintien est placé en parallèle avec le bouton-poussoir.

Par exemple, sur la figure 1.17:

le contact KM1 branché aux bornes 13 et 14 du bouton-poussoir S1 "marche" est un contact de maintien.

Figure 1.17 

Sur un schéma, lorsque l'on retrouve des boutons-poussoirs AV et AR, on retrouve généralement un contact de maintien relié en parallèle avec chacun des boutons-poussoirs.

Il y a des exceptions, comme le montre la figure 1.19.

Figure 1.19   Contacts de verrouillage dans le schéma électrique d'un palan.

Contacts de verrouillage

Les contacts de verrouillage ont pour rôle d'empêcher que deux actions contraires ne soient exécutées simultanément.

C'est le cas, par exemple, des commandes de marche avant et arrière d'un moteur (KM1 et KM2).

Dans un circuit, on place habituellement le contact de verrouillage avant la bobine d'un relais.

Sur la figure 1.19, les contacts O identifiés par les lettres KM1 et KM2 sont des contacts de verrouillage électrique.

Figure 1.19   Contacts de verrouillage dans le schéma électrique d'un palan.

Contacts à manœuvre positive d'ouverture

En industrie, plusieurs situations dangereuses peuvent survenir. Les personnes chargées de la conception des automatismes doivent donc veiller à prévenir les risques d'endommager les machines ou pire, de blesser le personnel.

Dans certaines situations, il ne suffit pas d'avoir un bouton-poussoir "arrêt d'urgence". Qu'arrivera-t-il si des contacts se soudent à la suite d'un court-circuit ou d'une surintensité ?

Pour pallier ce danger potentiel, les fabricants ont conçu des contacts à manœuvre positive d'ouverture. Ce mécanisme s'applique uniquement aux contacts O, car ce sont eux qui constituent une source de danger en industrie.

Le mécanisme de manœuvre positive d'ouverture, montré à la figure 1.20, assure l'ouverture du contact O même si le contact est soudé ou qu'un ressort interne est brisé.

Figure 1.20   Contact à manœuvre positive d'ouverture.

Dans de telles situations, l'ouverture du contact peut endommager l'interrupteur. Il reste qu'il vaut mieux endommager l'interrupteur que de mettre la santé et la sécurité d'une personne en danger. C'est pourquoi les contacts à manœuvre positive d'ouverture sont trés répandus en industrie.

Les contacts à manœuvre positive d'ouverture sont surtout utilisés avec les boutons-poussoirs "arrêt d'urgence". On les retrouve aussi associés à d'autres modes d'activation comme des interrupteurs de fin de course ou des dispositifs d'arrêt d'urgence à commande par câble.

Il est recommandé d'utiliser un nouveau symbole pour illustrer la manœuvre positive d'ouverture. Ce symbole est utilisé conjointement avec le symbole normalisé du contact.

Figure 1.21   Symbole d'un contact à manœuvre positive d'ouverture.

Boutons-poussoirs

Un bouton-poussoir est un interrupteur actionné par une pression du doigt. Il constitue le lien entre l'humain et la machine.

Boutons-poussoirs à contact momentané

Habituellement, les boutons-poussoirs sont à ressort de rappel, c'est-à-dire qu'un ressort ramène le bouton-poussoir à sa position initiale dès que la pression du doigt disparaît. On dit alors que le bouton-poussoir est à contact momentané.

Figure 1.22   Bouton-poussoir démontable à contacts momentanés.

La plupart des fabricants offrent des boutons-poussoirs démontables pour répondre aux besoins de l'industrie. Ainsi, la plaque d'identification, la couleur du bouton-poussoir et le nombre de contacts peuvent être modifiés en fonction de besoins particuliers.

En général, chaque fabricant possède une gamme assez variée de plaques identificatrices de façon à répondre aux principales tâches à effectuer dans les automatismes.

On retrouve donc des boutons-poussoirs "marche", "arrêt", "secousse avant", "secousse arrière", "montée", "descente", "gauche", "droite", "fermer", "ouvrir", etc.

La couleur d'un bouton-poussoir correspond habituellement à la tâche à effectuer. Bien qu'il existe une grande variété de couleurs (blanc, bleu, gris, jaune, noir, orange, rouge et vert), au moins deux d'entre elles ont une utilisation restreinte.

Ainsi, le vert est réservé pour la commande de marche d'un automatisme ; le rouge ne sert qu'aux commandes d'arrêt ou d'arrêt d'urgence.

Figure 1.18   Capteurs à double contact.

D'autre part, si plus d'un contact est utilisé sur le bouton-poussoir, le lien mécanique doit être dessiné en trait pointillé sur le schéma, comme c'est le cas à la figure 1.18.

Il est possible d'ajouter plusieurs blocs de contacts sur un même bouton-poussoir. Seul l'espace physique disponible, soit la profondeur des boîtiers, peut en restreindre le nombre.

Figure 1.23   Boîtiers de boutons-poussoirs.

Boutons-poussoirs à voyant lumineux

Les boutons-poussoirs démontables peuvent aussi comporter une lampe témoin à même l'actionneur. Le verre du voyant est amovible, ce qui permet d'en changer la couleur.

Figure 1.24   Bouton-poussoir démontable à voyant lumineux.

Boutons-poussoirs monobloc et à accrochage

Il existe sur le marché des boutons-poussoirs monobloc, c'est-à-dire qui ne peuvent pas être démontés. Ces boutons-poussoirs possèdent l'avantage d'être complets. Pour une personne non avertie, ils se révèlent beaucoup plus simples à commander et à installer. Par contre, ils n'offrent pas toute la polyvalence des boutons-poussoirs démontables.

Boutons-poussoirs à accrochage

Le bouton-poussoir "arrêt d'urgence" est très répandu en industrie. Chaque organe de travail (moteur) dans les automatismes industriels doit en posséder au moins un. Si l'arrêt d'urgence est actionné, personne ne doit pouvoir redémarrer l'automatisme avant que quelqu'un ait "déverrouillé" l'arrêt d'urgence de sa position d'activation.

Lorsqu'il a été actionné, l'arrêt d'urgence maintient l'ouverture du circuit. Cette fonction est réalisée par les boutons-poussoirs à accrochage.

Pour être reconnu par un organisme de normalisation (AFNOR, CEI), l'arrêt d'urgence doit être facilement accessible, c'est-à-dire être placé à moins de deux mètres de la position habituelle de l'opérateur.

En outre, il doit posséder au moins cinq des sept caractéristiques suivantes :

1. - contact O à opération manuelle ;
2. - actionneur rouge ;
3. - sans ressort de rappel ;
4. - à accrochage en position ouverte ;
5. - condamné ;
6. - verrouillable en position ouverte ;
7. - contact sans défaillance, à manœuvre positive d'ouverture.

Sur la figure 1.25, remarquez que l'actionneur de ce type de bouton-poussoir est plus gros et en forme de champignon. Il est ainsi plus facilement accessible et peut être activé tout aussi bien par le poing, le bras ou une pression du doigt.

Figure 1.25   Arrêt d'urgence.

Sélecteurs

Un autre type d'interrupteur se commande manuellement comme les boutons-poussoirs. Il s'agit du sélecteur.

On trouve des sélecteurs à opération manuelle ou à clef.

Le nombre de positions du sélecteur peut varier d'une application à l'autre, mais se limite généralement à trois, tout comme dans l'exemple du système de pompage de la figure 1.17.

Figure 1.17  

La figure 1.26 montre deux types de sélecteurs.

Figure 1.26   Sélecteurs.

Interrupteurs

Il existe sur le marché une panoplie presque infinie d'autres types d'interrupteurs. Les catalogues de fabricants en sont remplis.

Nous nous limiterons donc ici aux interrupteurs que l'on rencontre le plus souvent en industrie.

Figure 1.27   Interrupteur de position démontable.

Interrupteurs de position

Les interrupteurs de position sont principalement utilisés:

• pour limiter un mouvement de translation ou de rotation;
• ou encore pour détecter une position.

La plupart des fabricants munissent les interrupteurs de position d'un bloc universel permettant de changer leur moyen d'activation en fonction de la tâche à réaliser.

La figure 1.28 montre quelques-uns des moyens d'activation des interrupteurs de position.

Figure 1.28   Interrupteurs de position avec différents actionneurs.

En règle générale, un interrupteur de position possède une seule paire de contacts, que l'on peut choisir selon ses besoins, chacun pouvant être O ou F.

Notez que peu importe l'actionneur employé, le symbole graphique reste identique à celui apparaissant en vignette à la figure 1.28.

Autres interrupteurs

Pressostat

Le pressostat est utilisé pour détecter une variation de pression, comme dans un compresseur, ou encore pour détecter un seuil de pression minimale (basse pression) ou maximale (haute pression).

Figure 1.29   Pressostat - Vacuostat.

Généralement, les pressostats sont conçus pour détecter un seul type de pression, soit une pression positive (relative) ou une pression négative (vide). Dans ce cas, ils portent le nom de vacuostat. Ils peuvent détecter la pression de l'air, d'un liquide ou d'un fluide, pression qui, dans certains cas, peut atteindre 70 000 kPa !

Interrupteurs à flotteur

Les interrupteurs à flotteur sont utilisés pour détecter le niveau de liquide dans les réservoirs. Rappelez-vous l'exemple du flotteur du réservoir de toilette… Généralement, l'interrupteur à flotteur est actionné par un flotteur fixé à l'extrémité d'un levier.

Figure 1.30   Interrupteur à flotteur.

Interrupteurs à pédale

Les interrupteurs à pédale sont actionnés par le pied. On les emploie le plus souvent lorsque l'opérateur d'une machine doit travailler à l'aide de ses deux mains.

Figure 1.31   Interrupteur à pédale.

Relais: principe et bobine

Le relais est un dispositif à contacts actionné par une bobine.

Les contacts ouvrent ou ferment lorsque l'on alimente la bobine.

Un relais comprend deux parties distinctes : la bobine et les contacts.

Un relais standard possède des contacts instantanés, les contacts changent d'état immédiatement après que la bobine soit alimentée ou désalimentée.

Généralement, les fabricants assurent un délai de moins de 100 ms pour que s'effectue le changement d'état d'un contact.

Les relais sont disponibles:

• en version démontable, généralement plus robustes, ils sont aussi plus puissants et plus coûteux.
• en version monobloc, moins volumineux, plus fragiles et moins coûteux.

Il existe aussi des relais avec des contacts à délai, nommés relais temporisés, que vous étudierez ultérieurement.

Figure 1.34   Relais de commande.

Bobine

Une bobine est constituée d'un enroulement de fil de cuivre continu, qu'on appelle aussi bobinage. Lorsque la bobine est soumise à une excitation électrique, une force électromagnétique est générée dans son noyau.

Cette force électromagnétique produit alors le déplacement d'une pièce mobile, ce qui a pour effet de changer l'état des contacts du relais.

Figure 1.35   Bobine de relais.

Relais: consommation d'énergie

Un relais doit être alimenté électriquement, nous devons tenir compte de sa consommation énergétique.

Les manuels de caractéristiques en fournissent deux types :

- la puissance d'accrochage ou le courant consommé lors de l'étape transitoire des relais d'une durée d'environ 100 ms (action de passer de l'état repos à l'état activé) ;

- la puissance de maintien ou le courant consommé une fois que les contacts ont changé d'état.

Les fabricants offrent des relais pouvant être alimentés par des tensions diverses:

En courant alternatif (c.a.):

Généralement, les tensions d'alimentation des bobines en courant alternatif sont de  12, 24, 48, 120, 240, 480 et 600 V (c.a.).

En courant continu (c.c.):

Celles en courant continu sont de  12, 24, 48, 110, 220 et 440 V (c.c.)

La tension d'alimentation de la bobine du relais est bien indiquée sur celui-ci. Pour éviter les branchements erronés, la coloration de la bobine peut être différente selon les alimentations (c.a. ou c.c.).

Suite à une surintensité du circuit, il peut arriver que l'enroulement du bobinage se rompe et mette ainsi fin au bon fonctionnement du relais.

Pour vérifier la bobine, il suffit de s'assurer de sa continuité à l'aide d'un ohmmètre.

Pour effectuer cette vérification, le relais doit être retiré du circuit.

En cas de rupture:

• les relais monoblocs deviennent généralement hors d'usage.
• les relais démontables, il y a possibilité de ne remplacer que la bobine défectueuse.

 

Contacts

Les contacts d'un relais peuvent être de type à fermeture (F) ou à ouverture (O).

Comme nous l'avons déjà expliqué, cette notation indique l'état que va prendre le contact lorsqu'il sera actionné. De même, plusieurs relais monobloc possèdent des contacts appelés "contact inverseur" ou encore "repos-travail" (RT) ou encore "OF".

Ce genre de contact offre la possibilité d'avoir un contact O et un autre F par l'entremise d'une borne commune. On peut utiliser les deux contacts uniquement si le circuit offre la possibilité de raccorder une borne commune.

Exemple de la figure 1.37 avec le fil numéroté "1".

Figure 1.37   Utilisation du contact inverseur.

La majorité des relais de commande possèdent de un à six contacts avec la possibilité de choisir des relais:

• à contacts O,
• à contacts F,
• une combinaison des contacts O et F. (les relais monobloc à contact inverseur peuvent en posséder jusqu'à quatre paires.)

D'autre part, les relais de commande démontables offrent la possibilité de pouvoir agencer les contacts O et F selon nos besoins.

Ils possèdent des contacts convertibles de O à F ou vice versa. Il suffit de dévisser le contact de sa position et de l'inverser. Les relais démontables possèdent généralement quatre contacts, au choix. De plus, un bloc de quatre contacts supplémentaires peut être ajouté sur le relais pour obtenir jusqu'à huit contacts.

Figure 1.38   Contacts convertibles O à F et contacts supplémentaires.

Charge que les contacts peuvent supporter.

Cette charge s'exprime en ampères et varie habituellement de 5 A pour les contacts de relais monobloc conventionnels et jusqu'à 30 A pour les relais dits "de puissance".

Figure 1.39   Relais de puissance.

Si la capacité maximale à supporter le courant des contacts est négligée dans le choix du relais, il en résulte habituellement une soudure du contact suite à une surintensité.

• Pour les relais monobloc, ce contact devient alors généralement inutilisable.
• Les versions de relais démontables offrent la possibilité de remplacer ce contact défectueux par un autre en bon état.

Fixation du relais

Il existe plusieurs façons de fixer un relais dans un boîtier de commande. Les relais peuvent souvent se visser sur le fond du boîtier.

Parfois, on préfère les insérer côte à côte sur une bande de montage métallique, souvent appelée "bande de montage DIN". Le relais ou encore l'embase du relais est accroché sur la bande de montage et peut s'extraire facilement.

Figure 1.40   Fixation sur bande de montage.

Malgré leurs nombreux avantages, les relais démontables n'ont pas d'embase de relais. Les fils y sont directement raccordés. Si le relais doit être changé, tous les fils doivent être dévissés du relais.

Les relais monobloc sont spécialement munis d'une base enfichable, c'est-à-dire que les fils sont raccordés sur une embase de relais. Par la suite, le relais est enfiché dans son embase.

L'avantage est que le relais peut être remplacé ou vérifié en un tour de main. De plus, un détrompeur assure que le relais est replacé dans sa position originale. Par contre, ce principe peut provoquer un mauvais contact entre l' embase et le relais.

Figure 1.41   Embases de relais enfichables.

D'autres relais monobloc peuvent avoir des bornes soudées. Ce type d' embase est surtout utilisé dans les endroits où les chocs physiques et les vibrations sont une source de problèmes.

Actionneur manuel

La majorité des relais possèdent un actionneur manuel. Il peut cependant être absent ou optionnel sur les versions monobloc. Cet actionneur manuel permet de changer l'état du relais sans que sa bobine soit alimentée. Cette procédure est normalement utilisée lors du dépannage en cas de défectuosité du circuit.

Lampe témoin

Quelques relais monobloc possèdent une lampe témoin. Cette caractéristique est habituellement optionnelle. La lampe témoin s'allume lorsque la bobine du relais est sous tension.

Relais temporisés

Le relais temporisé est un dispositif dont les contacts sont actionnés après un délai ou un retard réglable. Il existe deux types de retards:

• soit le retard à l'enclenchement (temporisé au travail);
• soit le retard au déclenchement (temporisé au repos).

Un relais temporisé au travail prend un certain temps à changer l'état de ses contacts à partir du moment où la bobine est alimentée (travail). Par contre, lorsque la bobine est désalimentée, les contacts reprennent instantanément leur état initial.

Pour les symboles de contacts temporisés, l'arc de cercle peut être interprété comme un parachute qui retarderait l'action du contact.

Par exemple, à la figure 1.42a, le contact temporisé à l'enclenchement a l'arc de cercle qui ralentit la fermeture du contact. C'est à ce moment que se fera la temporisation. Par contre, lorsque le contact ouvrira, le retour à l'état initial sera instantané, car il ne sera pas ralenti par le parachute.

Figure 1.42   Symboles de contact temporisés au travail.

Un relais temporisé au repos change l'état de ses contacts instantanément lorsque sa bobine est alimentée. Par contre, le délai se situe à partir du moment où la bobine cesse d'être alimentée (repos).

De même, à la figure 1.43a, le contact à fermeture temporisé au déclenchement ferme instantanément lorsque la bobine du relais est alimentée, car son action n'est pas ralentie par le parachute. Le sens de celui-ci indique qu'il y aura un délai lorsque le contact reprendra son état initial, c'est-à-dire au déclenchement de l'alimentation de la bobine.

Figure 1.43   Symboles de contacts temporisés au repos.

Échelle de réglage des temporisateurs

Les relais temporisés peuvent être réglés pour une certaine gamme de temps.

Le bouton de réglage et le cadran indicateur permettent de sélectionner le retard désiré.

Il peut aller de 0,05 seconde jusqu'à 100 heures dans certains cas !

La figure 1.44 vous montre une liste des échelles de temporisation disponibles pour un constructeur.

Ces échelles de temporisation sont valables autant pour des retards à l'enclenchement qu'au déclenchement.

Figure 1.44   Échelles de temporisation.

Games de temporisation
Temporisateur	Secondes	Minutes	Heures	10 heures
Échelle des temps	0,05 à 0,5 s	0,05 à 0,5 m	0,05 à 0,5 h	0,05 à 0,5 h
	0,1 à 1,0 s	0,1 à 1,0 m	0,1 à 1,0 h	1 à 10 h
	0,5 à 5,0 s	0,5 à 5,0 m	0,5 à 5,0 h	5,0 à 50 h
	1,0 à 10 s	1,0 à 10 m	1,0 à 10 h	10 à 100 h

Temporisateur pneumatique

Le principe des temporisateurs pneumatiques est de faire passer un certain volume d'air à travers un étranglement.

Le temps que le volume d'air prend pour s'échapper à travers l'étranglement devient le temps de temporisation.

Le retard maximal possible de ce principe de fonctionnement est d'environ trois minutes. Son inconvénient est l'obstruction de l'étranglement lorsqu'il est utilisé dans un milieu poussiéreux.

Figure 1.45   Tête de temporisateur pneumatique.

Il est possible d'ajouter une tête de temporisation pneumatique à un relais de commande démontable.

Ce relais présente l'avantage majeur de pouvoir posséder des contacts instantanés et d'autres temporisés.

Temporisateur électronique

Un circuit électronique peut aussi être intégré à un relais pour commander le temps de temporisation.

Ce type de relais est appelé temporisateur électronique.

Il offre l'avantage de pouvoir atteindre des temporisations d'une centaine d'heures, comparativement à quelques minutes pour les temporisateurs pneumatiques.

De plus, à cause de sa fiabilité, ce type de temporisateur est de plus en plus répandu.

Tout comme le relais de commande, il existe sur le marché en version démontable ou monobloc, comme le montre la figure 1.46.

Figure 1.46   Temporisateurs électroniques.

La majorité des temporisateurs électroniques possèdent une lampe témoin.

Lorsqu'elle est allumée, la lampe témoin signale que la bobine du temporisateur est alimentée, donc que le temporisateur est en action.

Autres caractéristiques des relais temporisés

Plusieurs autres caractéristiques des temporisateurs sont communes avec celles des relais de commande.

Il existe un choix de bobines pouvant être alimentées par différentes tensions en courant alternatif ou en courant continu.

Figure 1.47   Relais temporisé enfichable.

Les contacts des relais temporisés peuvent être de type O, F ou encore inverseurs.

En plus de ces caractéristiques lors de l'achat d'un temporisateur, il est déterminant de considérer leur nombre de contacts ainsi que leur pouvoir de coupure en ampères.

Les dimensions physiques des temporisateurs sont généralement les mêmes que celles des relais de commande, ils peuvent donc s'enficher dans les mêmes embases de relais et être fixés sur une même bande de montage.

Contacteurs

Le contacteur magnétique est un relais de puissance destiné à la commutation des charges. En milieu industriel, la majorité des charges sont motrices. Mais, il en existe aussi des non motrices telles que l'éclairage, le chauffage ou la rectification du facteur de puissance à l'aide de condensateurs.

Le principe de fonctionnement d'un contacteur est identique à celui d'un relais de commande.

Les bobines de la très grande majorité de la gamme des petits contacteurs (calibre de 9 à 100 A) sont alimentées en courant alternatif dans une gamme de tension de 12 à 660 volts.

Pour les plus gros contacteurs (calibre de 115 à 630 A), ils peuvent être alimentés avec une tension alternative de 24 à 1 000 V.

Étant donné que les courants de charge à commuter sont importants, ces contacteurs sont munis d'un système de soufflage d'arc pour atténuer l'arc électrique qui se forme entre les contacts de puissance lors de leur commutation. Pour les très grandes puissances (jusqu'à 2 750 A), les contacts sont équipés des dispositifs magnétiques de soufflage d'arc.

Ils se distinguent aussi par leurs contacts séparés et leur mouvement rotatif au lieu d'un mouvement de translation des contacts pour les plus petits calibres.

Contacts

La principale particularité du contacteur vient du fait que tous ses contacts sont de type à fermeture.

De plus, étant donné que les contacts commutent une charge, ils se retrouvent dans le circuit de puissance d'un schéma.

Pour différencier les contacts des contacteurs de ceux des relais de commande, ils sont symbolisés sur la figure 1.48.

Figure 1.48   Contacteurs.

Il existe sur le marché des contacteurs possédant 2, 3, 4 ou même 5 contacts de puissance.

Par contre, étant donné que les alimentations électriques les plus répandues en milieu industriel sont triphasées, les contacteurs à trois contacts de puissance sont les plus communs.

 

Caractéristiques des contacteurs

Les caractéristiques permettant de faire le choix d'un contacteur dépendent de l'emploi qu'il va en être fait.

Les catégories d'emploi sont normalisées et sont résumées sur la figure 1.49.

On remarquera que la catégorie d'emploi correspondant à la commande d'un moteur asynchrone à cage en fonctionnement normal est AC3. Pour chaque catégorie d'emploi des tables fournies par les fabricants donnent les caractéristiques des contacteurs :

- Courant d'emploi maximal en A ;

- Puissance nominale d'emploi en KW sous différentes tensions d'alimentation en V.

Figure 1.49   Catégories d'emploi.

	Catégorie	Récepteur	Fonctionnement
Alternatif	AC 1 AC 2 AC 3 AC 4	Four à résistances Moteur à bagues Moteur à cage Moteur à cage	Charges non ou faiblement inductives Démarrage, inversion de marche Démarrage, coupure du moteur lancé Démarrage, inversion, marche, marche par à coups
Continu	DC 1 DC 2 DC 3 DC 4 DC 5	Résistance Moteur shunt Moteur série	Charges non inductives Démarrage, coupure Démarrage, inversion, marche, à coups Démarrage, coupure Démarrage, inversion, marche, à coups

Un exemple est donné sur la figure 1.50, pour la catégorie AC3. En fonction de l'emploi, le fabricant donne également la durée de vie des contacts, caractéristique détaillée plus loin.

Figure 1.50   Choix des contacteurs suivant la catégorie d'emploi.

Emploi en catégorie AC3 Moteurs à cage - coupure moteur lancé (température ambiante  55° C).
Puissances d'emploi
Taille des contacteurs	Volt	LC1 D09	LC1 D12	LC1 D16	LC1 D25	LC1 D40	LC1 D50	LC1 D63	LC1 D80	LC1 FF4	LC1 FG4	LC1 FH4
Puissance nominale d'emploi P en kW (Puissances normalisées des moteurs)	220 V	2,2	3	4	5,5	11	15	18,5	22	30	55	75
	380 V	4	5,5	7,5	11	18,5	22	30	37	55	90	132
	415 V	4	5,5	9	11	22	25	37	45	59	100	140
	440 V	4	5,5	9	11	22	30	37	45	59	100	140
	500 V	5,5	7,5	10	15	22	30	37	55	75	110	160
	660 V	5,5	7,5	7,5	15	30	33	37	45	90	132	200
	1 000 V	-	-	-	-	-	-	-	-	60	100	147
Courant d'emploi jusqu'à : (le max AC3 Ue  400 V)	400 V	9	12	16	25	40	50	63	80	115	185	265

Contact auxiliaire

Lorsque nous avons abordé les circuits de commande de moteurs industriels, il a été question de contacts de maintien.

Un contact de maintien peut provenir d'un relais de commande ou d'un contacteur.

 Un contact de maintien est toujours placé en parallèle avec un bouton-poussoir F du genre "marche". Il assure le maintien de la bobine une fois que le bouton-poussoir a été relâché.

Figure 1.51   Système de pompage.

Reprenons l'exemple du circuit de commande d'un système de pompage apparaissant à la figure 1.51. La bobine repérée par KM1 est celle d'un contacteur.

Comme le contacteur possède seulement trois contacts de puissance (repères 1 à 6), aucun contact n'est disponible pour assurer le maintien de la bobine.

C'est pourquoi la majorité des contacteurs permettent d'agrafer un bloc de contacts auxiliaires.

Figure 1.50   Choix des contacteurs suivant la catégorie d'emploi.

Emploi en catégorie AC3 Moteurs à cage - coupure moteur lancé (température ambiante  55° C).
Puissances d'emploi
Taille des contacteurs	Volt	LC1 D09	LC1 D12	LC1 D16	LC1 D25	LC1 D40	LC1 D50	LC1 D63	LC1 D80	LC1 FF4	LC1 FG4	LC1 FH4
Puissance nominale d'emploi P en kW (Puissances normalisées des moteurs)	220 V	2,2	3	4	5,5	11	15	18,5	22	30	55	75
	380 V	4	5,5	7,5	11	18,5	22	30	37	55	90	132
	415 V	4	5,5	9	11	22	25	37	45	59	100	140
	440 V	4	5,5	9	11	22	30	37	45	59	100	140
	500 V	5,5	7,5	10	15	22	30	37	55	75	110	160
	660 V	5,5	7,5	7,5	15	30	33	37	45	90	132	200
	1 000 V	-	-	-	-	-	-	-	-	60	100	147
Courant d'emploi jusqu'à : (le max AC3 Ue  400 V)	400 V	9	12	16	25	40	50	63	80	115	185	265

Ce bloc de contacts est actionné par la bobine du contacteur grâce à une liaison mécanique. Il est aussi possible d'en ajouter plus d'un selon les besoins.

Il est à noter que les contacteurs de petit calibre disposent souvent de quatre contacts dans le module de base (3 contacts de puissance + 1 contact auxiliaire).

Figure 1.52   Contact auxiliaire.

Ce type de contact est très apprécié. En plus de faire économiser un relais de commande, il diminue le nombre de composants d'un circuit de commande. Par conséquent, le dépannage devient plus simple.

Durée de vie

La durée de vie mécanique d'un contacteur s'exprime en millions de manœuvres. Elle peut en atteindre jusqu'à 10 millions.

Par contre, comme les contacts de puissance sont généralement composés d'un alliage à base d'argent pour offrir le moins de résistance possible au passage du courant, et qu'ils doivent subir l'arc électrique lors de leur commutation, ils ont une durée de vie plus limitée.

Généralement, les contacts doivent être remplacés après un million de cycles d'ouvertures et de fermetures.

Démarreurs

Parfois, les contacteurs sont agencés avec d'autres composants de base pour former ce que l'on appelle un démarreur. Vous en ferez l'étude détaillée dans le module concernant les machines à courant alternatif.

Pour l'instant, nous pouvons dire qu'un démarreur est l'ensemble des composants de base nécessaires à la commande de moteurs industriels. Les démarreurs directs, étoile-triangle, inverseur, non inverseur sont quelques exemples de ces composants.

Lampes témoins

La lampe témoin sert à indiquer l'état d'un composant dans un système de commande.

Offerte dans une gamme de couleurs très variées, la couleur du témoin lumineux est normalement associée avec la tâche à effectuer. Cette couleur va de pair avec les boutons-poussoirs.

Tension

La lampe témoin peut fonctionner à différentes tensions comprises entre 6 volts et 400 volts, autant en courant alternatif qu'en courant continu. Les modèles à basse tension utilisent une diode électroluminescente (D.E.L.).

Ils occupent une surface plus restreinte, ont une durée de vie importante, consomment peu d'énergie et offrent un coût d'entretien plus faible que les modèles de type néon ou à incandescence.

Un module abaisseur de tension permet à la lampe témoin de fonctionner à une tension inférieure à celle du circuit de commande. Ce module peut être à transformateur ou à résistances.

Que la lampe témoin soit incorporée ou non à un bouton-poussoir, toutes ces caractéristiques demeurent les mêmes.

Figure 1.53   Démarreur 1 sens de marche (avec commande du sectionnement par boutons-poussoirs).

Témoins et colonnes lumineuses

La colonne lumineuse est un élément de signalisation optique utilisé plus particulièrement pour visualiser sur 360 degrés les différentes séquences d'un processus ou de vérifier à grande distance certains états de fonctionnement. 

La colonne lumineuse se fixe à un endroit très visible pour permettre d'informer le plus grand nombre d'employés.

Figure 1.54   Témoins lumineux.

Figure 1.55   Module à transformateur.

Figure 1.56   Module à résistances.

Figure 1.57   Colonne lumineuse à trois états.

 

En résumé sur les composants des circuits de moteurs

Cette étude vous a permis d'étudier les caractéristiques, le rôle et le fonctionnement des principaux composants des circuits de commande de moteur.

Les sectionneurs, les contacts, les boutons-poussoirs, les sélecteurs, les interrupteurs, les relais et les contacteurs sont tous des composants que vous pourrez reconnaître sur des schémas comme sur les lieux de travail.

Suite à cette étude, vous devriez retenir plus particulièrement les points suivants :

- Le sectionneur est un dispositif qui assure le lien entre un circuit de commande et la source d'alimentation ;

- Le sectionneur peut être avec ou sans fusible ;

- Le sectionneur doit être cadenassé lorsqu'une personne effectue une réparation sur l'installation ;

- L'appellation des contacts à fermeture (F) et à ouverture (O) représente la position qu'ils vont prendre lorsqu'ils seront actionnés ;

- L'appellation des contacts normalement ouverts (NO) et normalement fermés (NF) représente leur position à l'état de repos ;

- Un contact de maintien est placé en parallèle avec un bouton-poussoir F et assume l'auto-alimentation de la bobine ;

- Un contact de verrouillage est normalement fermé et empêche deux actions opposées de se produire simultanément ;

- Un contact à ouverture à manœuvre positive d'ouverture est sécuritaire même s'il est soudé ou défectueux ;

- Les boutons-poussoirs ordinaires sont à contacts momentanés ;

- Un bouton-poussoir "Arrêt d'urgence" est à accrochage ;

- Les boutons-poussoirs peuvent être lumineux ;

- Il existe une panoplie de capteurs pour capter les différentes informations du milieu (température, pression, fin de course, niveau…) ;

- Le relais est un dispositif à contacts actionné par une bobine de maintien ;

- Le relais temporisé est un dispositif dont les contacts sont actionnés après un retard réglable ;

- Il existe des temporisateurs temporisés à l'enclenchement et d'autres temporisés au déclenchement ;

- Le contacteur est un relais de puissance destiné à la commutation des charges ;

- Les contacts de puissance d'un contacteur sont tous à fermeture ;

- Il est possible d'ajouter des contacts auxiliaires sur un contacteur ;

- Il existe quatre catégories d'emploi des contacteurs en alternatif (AC1 à AC4) et 5 catégories d'emploi en continu (DC1 à DC5) ;

- Un démarreur est un ensemble de composants de base nécessaire à la commande de moteur ;

- La lampe témoin sert à indiquer l'état d'un composant dans un système de commande.