Utilisation de relais et contacteurs

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Ce document explique le rôle des relais et contacteurs dans une installation électrique, quels sont les différents types de relais et contacteurs

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Utilisation de relais et contacteurs

  1. 1. L’utilisation des relais et contacteurs Patrick Prin Version de Décembre 2016
  2. 2. Introduction et avant-propos  Ce document a uniquement pour but de donner un aperçu du type de solution à mettre en œuvre pour utiliser des relais et contacteurs électriques à bon escient, et leurs rôles dans une installation électrique.  Il fait la synthèse d’une expérience pratique et de lecture d’ouvrages spécialisés en électricité et installations électriques.  Il n’est pas exhaustif et ne prétend pas répondre à toutes les questions relatives à l’utilisation des relais ou contacteurs sur une installation électrique, mais doit être considéré comme une aide documentaire.
  3. 3. Qu’est-ce qu’un relais  Un relais est généralement utilisé pour commander l’ouverture ou la fermeture d’un circuit à partir d’un autre circuit simple avec phase et neutre.  On parle de relais électromécanique quand celui-ci comporte deux parties: une partie électrique avec des connexions phase(s) et neutre, et une partie mécanique avec un électroaimant déplaçant et rapprochant ou séparant des contacts, les ouvrant ou les fermant.  Définition Wiki: Un relais électromécanique est un organe électrique permettant de dissocier la partie puissance de la partie commande : il permet l'ouverture/fermeture d'un circuit électrique par un second circuit complètement isolé (isolation galvanique) et pouvant avoir des propriétés différentes.  On parle de relais statique lorsque l’ensemble des composants sont électroniques donc sans partie mécanique. Il est plus fragile mais sa durée de vie en principe plus longue puisque pas d’usure mécanique des bobines ou des contacts.  Définition Wiki: Un contacteur statique ou relais statique est un dispositif permettant de commuter un courant électrique sans recours à des éléments mécaniques ou électromécaniques.  Le circuit de commande (bobine) peut être en 220V ou en basse tension, en général 24V, avec une durée de vie en principe plus longue et une consommation moindre, mais une puissance supportée plus faible.
  4. 4. Qu’est-ce qu’un contacteur  Il n’y a pas de différence majeure de fonction entre un relais et un contacteur, si ce n’est que le second va permettre de supporter un courant plus important par un plus grand dimensionnement résistance et une meilleure isolation des contacts (résistance aux arcs électriques), ce qui fait qu’on parle souvent de contacteur de puissance.  Définition Wiki: Un contacteur est un appareil électrotechnique destiné à établir ou interrompre le passage du courant, à partir d'une commande électrique ou pneumatique  Autre différence, le contacteur est parfois équipé d’un bouton poussoir ou d’une tirette permettant de fermer ou d’ouvrir les contacts selon le cas, en by- passant le circuit de commande, ce mécanisme n’existe pas sur les relais.  On trouve des contacteurs unipolaires, bipolaires (phase et neutre), tripolaires (trois phases sans neutre), et tétrapolaires (trois phases plus neutre).  Comme pour le relais, il existe des contacteurs électromécaniques et des contacteurs statiques, sans composant mécanique mais plus sensibles aux surtensions.  Les contacteurs ou relais peuvent être simples ou doubles, avec un contact normalement ouvert et un autre normalement fermé, qui s’inversent lorsque la commande est alimentée.  Le contacteur peux également être pourvu de contacts auxiliaires qui peuvent être utilisés pour couper des circuits de plus faible intensité, pour informer sur l’état du contacteur (ouvert ou fermé), ou alimenter un voyant.
  5. 5. Fonctionnement d’un relais ou contacteur électromécanique  Dans cet exemple, il s’agit d’un relais ou contacteur Normalement Fermé (Normally Closed) ou contacteur à Ouverture. Lorsque la bobine est alimentée par la commande, le circuit de phase est interrompu, lorsqu’elle n’est plus alimentée, le circuit de phase est rétabli  Il s’agit ici d’un contacteur unipolaire, c’est-à-dire que seule la phase va être coupée. Bobine alimentée Contact palette Contact circuit ouvert Alimentation interrompue Bobine non alimentée Palette relâchée Contact circuit fermé Alimentation rétablie
  6. 6. Rôle d’un relais ou d’un contacteur  Les contacteurs ou relais ont un rôle commun, celui de permettre de couper ou de rétablir un circuit à partir d’une commande automatique.  La commande automatique se fait par l’intermédiaire d’un électro-aimant activé par un courant alternatif 220V ou un courant continu de faible voltage (12, 24V ou 48V).  Une commande manuelle additionnelle sur certains contacteurs permet de couper ou de rétablir le circuit en by-passant la commande automatique.  Lorsque le circuit de commande va être alimenté par phase + neutre, le contacteur va s’ouvrir et stopper le passage du courant ou se fermer et le rétablir.  Un exemple classique pour l’utilisation d’un contacteur est l’alimentation d’un chauffe-eau uniquement en heures creuses: a1 a2 N Ph1 3 2 4 Contacteur HC à fermeture En Heures Creuses le circuit de commande du contacteur va être alimenté et va fermer le circuit; la résistance du chauffe-eau sera alimentée. Une commande manuelle permet de forcer la fermeture du contacteur en Heures Pleines Ph N
  7. 7. La commande des circuits de puissance • Lorsque la bobine du contacteur ou du relais n’est pas alimenté, on dit qu’il est au repos • Un contacteur à fermeture (F) ou contacteur Normalement Ouvert (Normally Open ou NO) ne laisse pas passer le courant lorsqu’il est au repos. Lorsque la bobine sera alimentée, le contact va se fermer et donc va laisser le courant passer. • Un contacteur à ouverture (O) ou contacteur Normalement Fermé (en anglais Normally Closed ou NC) laisse passer le courant lorsqu’il est au repos. Lorsque la bobine sera alimentée, le contact va s’ouvrir et donc ne laissera le courant passer. • Les contacteurs peuvent comporter une commande manuelle qui est le plus souvent une tirette pouvant être actionnée vers le haut ou vers le bas en position I, ce qui simule l’alimentation de la bobine du contacteur, ou en position 0, ce qui stoppe l’alimentation de la bobine du contacteur. La position médiane est la position automatique, qui laisse le contacteur s’ouvrir ou se fermer selon que la bobine sera ou non alimentée.
  8. 8. Les possibilités de coupure ou fermeture • On parle de contacteur unipolaire, lorsqu’un seul circuit est commandé, en général une Phase, le Neutre étant alimenté en direct. Est utilisé pour des circuits d’éclairage principalement. • On parle de contacteur bipolaire, lorsque deux circuits sont commandés, en général Neutre et Phase (2 NO ou 2 NC). Est utilisé pour commander des prises de courant ou un chauffe-eau par exemple, lorsqu’il est nécessaire de couper Phase et Neutre. • On parle de contacteur tripolaire, lorsque trois circuits de Phase sont commandés dans des installations triphasées. • On parle de contacteur tétrapolaire, lorsque un circuit de Neutre et trois circuits de Phase sont commandés dans des installations triphasées. • Certains contacteurs combinent 1 NO et 1 NC, ce qui permet d’inverser deux circuits avec la même commande.
  9. 9. Les relais ou contacteurs courants Contacteur monophasé simple avec soit un circuit normalement ouvert, soit un circuit normalement fermé. 2 circuits: une phase et un neutre. Il est souhaitable de protéger les contacteurs électromécaniques avec un disjoncteur de faible ampérage. Contacteur monophasé avec commande manuelle, même caractéristique que le contacteur simple, mais possibilité de fermer ou ouvrir manuellement le circuit (bypass). Contacteur monophasé avec à la fois un circuit normalement ouvert, et un circuit normalement fermé. 2 circuits: deux phases uniquement. Le même type de contacteur existe avec deux phases et deux neutres. Contacteur tétrapolaire avec commande manuelle, même caractéristique que le contacteur monophasé mais avec 4 circuits: trois phases et un neutre. Contacteur statique monophasé avec deux circuits de puissance: 1 phase et 1 neutre. Certains contacteurs statiques sont protégés par des fusibles internes.
  10. 10. Autre types de contacteurs et relais spécifiques Il existe des contacteurs de type inverseur, c’est-à-dire qu’il vont permettre de permuter deux circuits d’alimentation. Sont utilisés par exemple pour passer d’une alimentation par le réseau EDF vers une alimentation de type génératrice. Il existe des relais temporisés qui vont se déclencher après un laps de temps prédéfini. Utilisés pour commander un appareil qui ne doit pas démarrer dès que le circuit de commande du relais est alimenté, ou doit fonctionner pendant une durée prédéterminée. On trouve également des relais thermiques pour protéger les moteurs avec contrôle de surcharge ou température excessive pouvant les endommager. Un autre type de relais est le bistable, c’est-à-dire qu’on active une première fois la bobine pour ouvrir le circuit de puissance, et une seconde fois la bobine pour le fermer, ou vice-versa. Dans certains relais bistables il y a deux bobines, qu’on active alternativement. Un autre type de relais permet d’ouvrir ou fermer un circuit en contrôlant une tension, une intensité, une fréquence, ou par le biais de capteurs un niveau d’eau, une température, une vitesse de rotation, etc…
  11. 11. Contacteur à deux contacts Exemple d’application  Dans cet exemple, on utilisera un contacteur à deux contacts inversés, 1 Normalement Ouvert et 1 Normalement Fermé Alimentation 230V Un relais à contacts inversés 1F 1O est très utile pour commuter deux appareils en fonction d’un évènement déclencheur comme un changement tarifaire par exemple. Dans cet exemple, le contacteur va permettre de désactiver la Pompe à chaleur en période tarifaire rouge (contrat EDF Tempo), et d’activer un mode alternatif de chauffage, à gaz ou au fioul. La fermeture d’un contact sur un relais de gestion des informations tarifaires EDF permet d’ouvrir l’un des deux contacts du contacteurs et de fermer l’autre. Ici la PAC et la chaudière d’appoint sont équipés d’un contact sec à fermeture, qui permet de les activer ou de les mettre en veille. La PAC étant fortement consommatrice d’électricité, en période rouge, il est préférable de passer à un autre type d’énergie, et si possible de façon automatique, ce que le contacteur va permettre de faire. Chaudière gaz Relais gestion tarifaire PAC Contacteur 1F 1O
  12. 12. Contacteur inverseur Exemple d’application  Une application type pour un inverseur est de pouvoir changer de source d’alimentation sur une installation électrique Dans cet exemple le contacteur va être commandé à partir d’un bouton poussoir qui peut être sans ou avec voyant (besoin d’un Neutre) Selon que la bobine du contacteur inverseur sera alimentée ou pas, elle commutera la sortie à l’une ou l’autre des alimentations. Le fonctionnement sera similaire à celui d’un inverseur de source. Il est possible d’automatiser le fonctionnement de ce type d’installation en utilisant un relais de contrôle de tension par exemple. Réseau EDF Générateur ou Onduleur vers Installation domestique
  13. 13. Relais temporisé Exemple d’application  Une application type pour un relais temporisé est de mettre en dépendance un éclairage avec un autre appareil Alimentation 230V Réglage du décalage au démarrage Réglage de la temporisation Réglage du mode de fonctionnement Dans cet exemple, l’ouverture d’un portail va déclencher l’allumage d’un éclairage extérieur au bout d’un certain laps de temps Puis l’éclairage va s’éteindre à l’issue d’un second laps de temps. Les relais temporisés peuvent être multifonctions c’est-à-dire qu’on peut les utiliser de différentes façons pour des applications multiples. Les relais multifonctions peuvent également être utilisés pour activer un appareil à intervalles réguliers, ou en alternance avec un autre appareil. Ils peuvent aussi commander des appareils d’aération ou de ventilation, des appareils de capture d’image ou de vidéo, etc…
  14. 14. Relais de contrôle Exemple d’application  Dans cet exemple, on utilisera un relais de contrôle d’intensité pour détecter si un appareil est en fonctionnement, et à partir de là, couper un autre appareil. Alimentation 230V Dans cet exemple, un appareil de chauffage et climatisation est alimenté en permanence et la phase d’alimentation transite par un relais de contrôle d’intensité. Lorsque l’intensité absorbée par cet appareil va dépasser un niveau prédéfini, l’alimentation d’un second appareil sera stoppé (une pompe dans cet exemple). Un relais de contrôle d’intensité peut être utilisé comme un délesteur. Le principe de fonctionnement est le même, il y a seulement plus d’options de réglage sur un relais de contrôle d’intensité. Plusieurs réglages sont possibles sur un relais de contrôle d’intensité. On peut contrôler aussi bien la surintensité que la sous-intensité, et par exemple détecter une panne d’un appareil ou un défaut d’éclairage. Ces relais incluent également une temporisation au démarrage et à l’arrêt.
  15. 15. Relais de contrôle Exemple d’application  Dans cet exemple, on utilisera un relais de contrôle de niveau pour alimenter une cuve d’eau à partir d’un forage ou d’un puits Alimentation 230V Dans cet exemple, un réservoir d’eau va ëtre alimenté à partir d’un puits extérieur. La pompe va fonctionner lorsque le niveau du réservoir va baisser, et va stopper lorsque le niveau maximal sera atteint à nouveau. Sur ce type d’installation, il faut penser à protéger la pompe avec un disjoncteur permettant de détecter si elle tourne à vide, ce qui pourrait l’endommager. Le relais va commander la mise en fonctionnement de la pompe, avec coupure ou alimentation de la phase. La capteur de niveau donner l’information au contacteur s’il est nécessaire de mettre en marche la pompe. Selon le type de capteur, il est possible de gérer un niveau minimum, médian, ou maximum. Capteur de niveau
  16. 16. Relais bistable Exemple d’application  Dans cet exemple, on utilisera un relais bistable pour ouvrir un portillon à partir d’un poussoir, et le refermer à partir d’un second poussoir Alimentation 230V L’utilisation d’un relais bistable est identique à celle d’un télérupteur. C’est-à-dire qu’une Impulsion va permettre de faire basculer le relais d’une position à une autre, provoquant l’ouverture ou la fermeture d’un contact. Un avantage certain du relais bistable par rapport à un relais monostable, et qu’il ne nécessite pas d’alimentation permanente de la bobine. Une impulsion suffit à ouvrir ou fermer les circuits, il est donc plus économique qu’un relais classique, même s’il est en général plus cher à l’achat. . On parle également de relais à accrochage Le contact du relais permettra d’alimenter un circuit de commande d’ouverture du portillon. On pourrait également connecter ou déconnecter un circuit d’éclairage avec ce principe. Certains relais bistables peuvent inclure une temporisation avec molette, ce qui permet de retarder l’action d’ouverture ou de fermeture par exemple. Portillon Poussoir 1 Poussoir 2
  17. 17. Informations de contact Vous pouvez me contacter par email si vous avez des questions sur ce document ou besoin de conseils sur l’installation d’un relais ou contacteur Email: patrick.prin@gmail.com

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