Utilisation de relais et contacteurs v5
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Ce document présente un aperçu de l'utilisation des relais et contacteurs électriques, leur fonctionnement et leurs applications dans le cadre d'installations électriques domestiques. Il explique les différences entre relais et contacteurs, ainsi que les types spécifiques et leurs rôles dans la gestion des circuits électriques. Bien que non exhaustif, il sert d'aide documentaire pour une meilleure compréhension et recommandera le recours à des professionnels pour des installations complexes.
Utilisation de relais et contacteurs v5
- 1. L’utilisation des relais et contacteurs Patrick Prin Version d’Avril 2019
- 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 domestique, mais doit être considéré comme une aide documentaire. Il n’est pas pertinent pour des installations électriques industrielles. Il est préférable de faire appel à un électricien professionnel pour la mise en œuvre de solutions complexes impliquant relais et contacteurs.
- 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 ou courant continu (+/-). 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 (fréquent pour les onduleurs solaires). 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 230V ou en très basse tension, en général 12 ou 24V, avec une durée de vie en principe plus longue et une consommation moindre, mais une puissance supportée plus faible. Il peut être alimenté par un courant alternatif ou un courant continu.
- 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 avec des composants électroniques 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 peut 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 encore alimenter un voyant déporté.
- 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. On trouve également des contacteurs bipolaires, où la phase et le neutre seront coupés tous les deux. C’est une meilleure sécurité dans une installation domestique. Bobine alimentée Contact palette Contact circuit ouvert Alimentation interrompue Bobine non alimentée Palette relâchée Contact circuit fermé Alimentation rétablie
- 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 230V 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 par by-pass de la commande automatique. Lorsque le circuit de commande va être alimenté par phase + neutre (ou +/-), le contacteur va s’ouvrir et stopper le passage du courant, puis se fermer et le rétablir quand le circuit de commande ne sera plus alimenté. 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. 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. Il est préférable de déterminer la position qui sera le plus souvent utilisée pour le choix de la position repos d’un contacteur, ceci afin de limiter le temps ou la bobine sera sous tension (meilleure longévité et consommation électrique plus faible). • 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 donc NC) laisse passer le courant lorsqu’il est au repos. Lorsque la bobine sera alimentée, le contact va s’ouvrir et donc ne laissera plus 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. • Un dessin sur le contacteur permet souvent d’identifier s’il s’agit d’un contacteur normalement fermé (NC) ou normalement ouvert (NO).
- 8. Les possibilités de coupure ou fermeture • On parle de contacteur unipolaire, lorsqu’un seul circuit est commandé, en général une Phase, le Neutre n’étant pas coupé. 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. • Il existe aussi des contacteurs à clé, donc 1 NO, qui permettent de fermer un circuit comme par exemple pour le démarrage d’une voiture. Avec un inverseur, ils peuvent également permettre de commander la montée et la descente d’un volet roulant.
- 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 (2A en général). 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 4 circuits (2 NO et 2 NC). 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. 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 températures excessives 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. C’est aussi le principe du télérupteur. 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. 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 (Closed) Alimentation 230V Un relais à contacts inversés 1F(NO) 1O(NC) 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 (bois, gaz ou fuel), et si possible de façon automatique, ce que le contacteur va permettre de faire. Chaudière gaz Relais gestion tarifaire PAC Contacteur 1F 1O
- 12. Contacteur inverseur de source 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 Enedis Générateur ou Onduleur vers Installation domestique
- 13. Contacteur 2 x 2 contacts inversés Exemple d’application Alimentation 230V Circuit 2Circuit 1 Contact NO (à fermeture) du programmateur Alimentation 230V avec protection 6 ou10A Réglage du programmateur pour fermeture du contact NO sur plages horaires spécifiques Contacteur 4P 2NO (R2 et R4) 2NC (2 et 4) Dans cet exemple, le contacteur sera piloté par une horloge électronique. Celle-ci permettra de déterminer des plages horaires précises pour faire fonctionner deux circuits électriques en alternance. Cela peut-être très utile lorsque l’alimentation est de puissance réduite, et qu’un équipement peut ne fonctionner qu’à certaines heures par exemple. Le prix des horloges électroniques a beaucoup baissé, c’est souvent une alternative peu coûteuse dans une installation où certains appareils ne peuvent pas fonctionner en même temps.
- 14. 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…
- 15. Relais de contrôle d’intensité 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.
- 16. Relais de contrôle de température Exemple d’application Utilisation d’un module relais contrôle de température pour actionner le circulateur d’un circuit de chauffage central Alimentation 230V Réglage de la température de déclenchement Dans une installation de chauffage central, un circulateur fonctionne au minimum 50% du temps avec de l’eau froide, c’est-à-dire qu’il consomme de l’électricité pour rien. Au total, cela peut représenter jusqu’à une centaine d’Euros par an, voire beaucoup plus pour un modèle ancien. Le relais de contrôle de température va permettre d’actionner un contacteur NC pour déconnecter le circulateur lorsque la température d’eau en sortie de chaudière ou PAC descend en dessous de 30 degrés. On trouve de modules relais de contrôle de température en 12V pour quelques euros sur internet, il faudra les alimenter avec un petit transformateur 230V également très bon marché. Au total moins de 10 Euros. Le coût le plus élevé est celui du contacteur (20 à 50 Euros selon la marque et les modèles). Circulateur Contacteur NC (normalement fermé) Protection 10A Relais contrôle de température (Alimentation 12V DC) Contact Ouvert si température >= 30°C Fermé si < 30°C Lorsque l’eau refroidit en dessous de 30°, le relais ferme le contact Le circuit de commande du contacteur est alimenté, il coupe l’alimentation du circulateur qui s’arrête. _ +
- 17. Relais de contrôle de niveau 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 Un réservoir d’eau va être 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 moteur 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
- 18. 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
- 19. 1 2 3 NPh Ph Chargeur Contacteur 1NO 1NC Contacteur 1NO 1NC Relais surveillance de tension Bobine 24V Ce montage correspond à une demande qui m’a été faite par une personne habitant un pays où l’approvisionnement en électricité est limité. Une seule phase est alimentée à un instant t mais de façon aléatoire, ce qui complique beaucoup la vie des utilisateurs du réseau. Une solution possible est de considérer que l’on a en aval du réseau une installation monophasée, ce qui correspond à peu près à la réalité. Deux relais de surveillance de tension en 24 Volts alimentés à partir d’une batterie du même voltage sont installés, qui se recharge depuis l’installation monophasée en aval, censée être constamment alimentée. Pour les habitants, cela veut dire qu’une partie de leur installation va être alimentée, mais qu’ils ne peuvent pas prévoir laquelle, ce qui est particulièrement problématique pour les réfrigérateurs et congélateurs, qui ne sont pas alimentés en continu. Les relais de surveillance de tension vont détecter si les phases 1 et 2 en amont sont alimentées ou non. Si la phase 1 n’est pas alimentée, le relais R1 va déclencher le contacteur C1, et couper le circuit de la Phase 1 vers l’aval, en rétablissant le circuit de la Phase 2 vers l’aval. Si les phases 1 et 2 ne sont pas alimentées, le relais R2 va le détecter et déclencher le contacteur C2, coupant le circuit des Phases 1 et 2, et rétablir le circuit de la Phase 3. R1 R2 C1 C2 N Le circuit aval de ce montage pourra alimenter une installation en monophasé de façon constante, même si elle ne disposera que d’un tiers de la puissance théorique donnée par le réseau triphasé. A noter que ce montage n’a aucun intérêt si l’alimentation en triphasé est équilibrée comme c’est le cas en France. Relais de surveillance de tension Exemple d’application Réseau triphasé Installation monophasée
- 20. Relais et domotique • La domotique utilise des automatismes dont la plupart nécessitent l’emploi de relais ou contacteurs. • Depuis une quinzaine d’années, on trouve sur le marché des contacteurs ou relais « intelligents », c’est-à-dire qu’ils peuvent être pilotés par algorithme et commandés depuis un micro-ordinateur ou un smartphone (plus récent). • A titre d’exemple, j’utilise depuis une douzaine d’années un relais Elkom qui permet de gérer une série de contacts NO et NC, accessible par un programme sur PC ou sur smartphone avec Android. • Il me permet de gérer à distance le chauffage, certains appareils, et aussi de contrôler l’installation électrique. • Ce type de relais n’est pas prévu pour gérer des circuits de puissance, donc il est nécessaire d’utiliser des contacteurs de puissance connectés aux contacts du relais. • Les box domotiques qui ont fait leur apparition il y a quelques années sont une évolution de ces relais intelligents avec des caractéristiques supplémentaires: o Possibilité d’interagir avec des modules distants sans câblage par radiofréquence (433 mhz, 868 mhz), ou Wifi (volets roulants, portail, éclairage, alarme, arrosage, etc…) o Connection à une box internet et au cloud o Gestion de caméras de surveillance o Interface logiciel amélioré, scripts d’exécution, etc…
- 21. 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: [email protected]