Appareillage électrique de raccordement et de commande (partie 4/4)

## Relais auxiliaire ### Introduction Dans le domaine de l'électricité et de l'automatisation, il est souvent nécessaire de contrôler plusieurs circuits ou de déclencher des actions complexes à partir d'un seul signal. C'est là qu'intervient l'appareillage électrique de raccordement et de commande. Parmi ces composants essentiels, le relais auxiliaire joue un rôle clé. Cette leçon vous introduira à cet appareil électromécanique, expliquera son fonctionnement, sa structure, sa symbolisation et ses applications courantes dans les installations électriques. ### Concepts Clés #### Qu'est-ce qu'un relais auxiliaire ? Un **relais auxiliaire** est un appareil électromécanique conçu pour multiplier les contacts d'un circuit de commande et pour réaliser des fonctions logiques. Contrairement à un contacteur de puissance, un relais auxiliaire n'est pas destiné à couper de forts courants de puissance, mais plutôt à manipuler des signaux de faible et moyenne puissance. Son rôle principal est de : * **Multiplier les contacts :** À partir d'un seul signal de commande, il peut actionner plusieurs contacts indépendants. * **Isoler des circuits :** Il permet de séparer galvaniquement le circuit de commande du ou des circuits qu'il contrôle. * **Réaliser des fonctions logiques :** Il est la base de nombreuses logiques d'automatisme (interverrouillage, séquencement). #### Structure interne d'un relais auxiliaire Un relais auxiliaire est composé de deux parties principales : ##### 1. La bobine (ou circuit de commande) * C'est un enroulement de fil de cuivre autour d'un noyau ferromagnétique. * Lorsque la bobine est alimentée par une tension électrique (continue ou alternative), elle crée un **champ magnétique**. * Les bornes d'alimentation de la bobine sont généralement désignées par **A1** et **A2**. ##### 2. Les contacts (ou circuit de puissance/signal) * Ce sont des interrupteurs mécaniques qui changent d'état sous l'influence du champ magnétique créé par la bobine. * Ils sont généralement classés en trois types : * **Contact Normalement Ouvert (NO ou NA - Normally Open) :** Il est ouvert (ne laisse pas passer le courant) lorsque la bobine n'est pas sous tension. Il se ferme quand la bobine est alimentée. * **Contact Normalement Fermé (NF ou NC - Normally Closed) :** Il est fermé (laisse passer le courant) lorsque la bobine n'est pas sous tension. Il s'ouvre quand la bobine est alimentée. * **Contact Inverseur (RT - Relais à Trois Bornes) :** Il possède un point commun qui est connecté à un contact NF au repos, et qui bascule vers un contact NO lorsque la bobine est alimentée. #### Principe de fonctionnement Le fonctionnement d'un relais auxiliaire est basé sur l'électromagnétisme : 1. **Mise sous tension de la bobine :** Lorsqu'un courant électrique traverse la bobine, celle-ci génère un champ magnétique. L'intensité de ce champ est proportionnelle au courant (et au nombre de spires de la bobine). 2. **Attraction de l'armature :** Le champ magnétique attire une pièce métallique mobile appelée **armature**. 3. **Actionnement des contacts :** Le mouvement de l'armature provoque le changement d'état des contacts mécaniques qui y sont liés. Les contacts NO se ferment et les contacts NF s'ouvrent. 4. **Mise hors tension de la bobine :** Lorsque le courant est coupé dans la bobine, le champ magnétique disparaît. Un ressort de rappel ramène l'armature à sa position initiale, et les contacts reprennent leur état de repos (NO redevient ouvert, NF redevient fermé). #### Symbolisation des relais auxiliaires En électricité, les relais auxiliaires sont représentés par des symboles spécifiques sur les schémas : * **Bobine :** Elle est généralement représentée par un carré ou un rectangle avec les bornes A1 et A2. * **Contacts :** Ils sont représentés séparément dans la partie commande ou puissance du schéma, mais sont associés à la bobine qui les commande par une même lettre et un numéro (par exemple, **KA1** pour la bobine et **KA1.1**, **KA1.2** pour ses contacts). * \( \begin{array}{l}\text{Contact NO : } \stackrel{\text{}}{----/----} \\ \text{Contact NF : } \stackrel{\text{}}{----\!\!\!|----} \end{array} \) * Un contact inverseur combine les deux (un point commun qui bascule). #### Applications courantes Les relais auxiliaires sont omniprésents dans l'industrie et les bâtiments : * **Logique de commande :** Création de séquences, d'interverrouillages (empêcher deux actions de se produire simultanément). * **Multiplication de signaux :** Un seul signal d'entrée peut commander plusieurs sorties différentes (ex: allumer plusieurs voyants, démarrer plusieurs moteurs simultanément). * **Commande à distance :** Permet de commander un appareil ou un circuit situé loin du point de commande. * **Interface :** Adaptation de niveaux de tension ou de puissance entre deux circuits. ### Vocabulaire * **Relais auxiliaire :** Appareil électromécanique doté d'une bobine et de contacts, utilisé pour la logique de commande et la multiplication de contacts. * **Bobine :** Enroulement de fil qui, lorsqu'il est parcouru par un courant électrique, génère un champ magnétique. * **Contact :** Élément mobile ou fixe d'un circuit électrique qui permet d'établir ou d'interrompre un courant. * **Normalement Ouvert (NO / NA) :** Se dit d'un contact qui est ouvert au repos (sans alimentation de la bobine). * **Normalement Fermé (NF / NC) :** Se dit d'un contact qui est fermé au repos (sans alimentation de la bobine). * **Armature :** Partie mobile d'un relais ou d'un contacteur, attirée par le champ magnétique de la bobine. * **Circuit de commande :** Partie du schéma électrique qui regroupe les éléments commandant la bobine du relais (boutons, capteurs). * **Circuit de puissance/signal :** Partie du schéma électrique où les contacts du relais agissent pour commander des charges (lampes, moteurs, autres relais). ### Exemples pratiques #### Exemple 1 : Démarrage simple avec signalisation Un bouton-poussoir (BP1) est utilisé pour démarrer un moteur M. On souhaite également qu'un voyant lumineux (VL1) s'allume pour indiquer que le moteur est en marche. * Lorsque BP1 est pressé, il alimente la bobine du relais auxiliaire **KA1**. * **KA1** s'excite, et ses contacts changent d'état. * Un contact NO de **KA1** se ferme pour alimenter le moteur M (et peut s'auto-maintenir si c'est un démarrage classique). * Un autre contact NO de **KA1** se ferme pour allumer le voyant VL1. #### Exemple 2 : Verrouillage de sécurité Deux moteurs (M1 et M2) ne doivent jamais fonctionner en même temps pour des raisons de sécurité. On utilise des relais auxiliaires **KA1** (pour M1) et **KA2** (pour M2) pour créer un interverrouillage. * La commande de **KA1** intègre un contact NF de **KA2**. * La commande de **KA2** intègre un contact NF de **KA1**. * Si M1 est en marche (bobine **KA1** excitée), le contact NF de **KA1** dans le circuit de commande de M2 est ouvert. Il est donc impossible d'alimenter **KA2** et donc de démarrer M2. * Le même principe s'applique en sens inverse pour M1 si M2 est en marche. ### Exercices 1. Quelle est la principale différence entre un relais auxiliaire et un contacteur de puissance en termes d'application ? 2. Décrivez, avec vos propres mots, le principe de fonctionnement d'un relais auxiliaire lorsqu'il est alimenté, puis lorsqu'il est mis hors tension. 3. Dessinez le symbole normalisé d'une bobine de relais et d'un contact Normalement Fermé (NF). 4. Un relais auxiliaire possède une bobine alimentée en 24V DC. Si cette bobine est alimentée, que se passe-t-il pour un contact NO et un contact NF du relais ? Justifiez votre réponse. ### Devoir à la maison 1. Recherchez et décrivez deux applications concrètes de relais auxiliaires que vous pourriez trouver dans votre environnement quotidien (par exemple, dans les systèmes de portail automatique, les tableaux électriques d'une maison, les ascenseurs). Expliquez brièvement comment le relais est utilisé dans chaque cas. 2. Dessinez un schéma électrique simple (en utilisant les symboles appris) où un bouton-poussoir (NO) commande l'allumage simultané de trois lampes (L1, L2, L3) via un seul relais auxiliaire. Indiquez la bobine du relais et tous ses contacts. 3. Expliquez pourquoi il est préférable d'utiliser un relais auxiliaire pour commander plusieurs charges de faible puissance, plutôt que de brancher ces charges directement sur les contacts d'un seul interrupteur. ### Résumé Le relais auxiliaire est un composant fondamental dans les systèmes de commande électrique. Il agit comme un multiplicateur de contacts, permettant à un seul signal d'actionner simultanément plusieurs circuits différents. Son principe de fonctionnement repose sur l'électromagnétisme : une bobine alimentée crée un champ magnétique qui actionne des contacts mobiles. Comprendre le rôle et le fonctionnement des relais auxiliaires est essentiel pour concevoir et dépanner des systèmes d'automatisation et des installations électriques sûres et efficaces. ## Contacts instantanés et temporisés ### Introduction Dans le monde de l'électricité et de l'automatisation, la manière dont les circuits s'ouvrent et se ferment est fondamentale. Souvent, nous avons besoin qu'un contact réagisse immédiatement, mais parfois, un délai est nécessaire pour assurer le bon fonctionnement d'un système. Cette leçon va explorer les deux principaux types de contacts que l'on rencontre dans les installations électriques : les contacts instantanés et les contacts temporisés. Nous découvrirons leurs principes de fonctionnement, leurs symbolisations et leurs applications pratiques. ### Concepts Clés #### Qu'est-ce qu'un contact électrique ? Un contact électrique est un dispositif qui permet d'établir ou d'interrompre le passage du courant dans un circuit. Il existe deux états principaux pour un contact : * **Ouvert (O) :** Le courant ne peut pas passer. * **Fermé (F) :** Le courant peut passer. Traditionnellement, on distingue les contacts selon leur état de repos (hors tension) : * **Normalement Ouvert (NO) :** Le contact est ouvert au repos. Il se ferme lorsqu'il est actionné. * **Normalement Fermé (NF) :** Le contact est fermé au repos. Il s'ouvre lorsqu'il est actionné. #### Les contacts instantanés ##### Définition Un contact instantané est un contact dont l'état change **immédiatement** ou presque immédiatement dès qu'il est actionné (mise sous tension ou hors tension de son organe de commande). ##### Fonctionnement Lorsque l'ordre de commande est donné (par exemple, appui sur un bouton-poussoir ou activation d'un relais), le contact instantané change d'état sans délai perceptible. Dès que l'ordre est relâché, il revient à son état de repos tout aussi rapidement. ##### Symbolisation * **Contact NO instantané :** Représenté par deux points non connectés au repos. * **Contact NF instantané :** Représenté par deux points connectés au repos. ##### Applications typiques Les contacts instantanés sont partout. On les trouve dans : * Les boutons-poussoirs. * Les interrupteurs simples. * Les contacts de puissance des contacteurs. * Les contacts auxiliaires des relais non temporisés. #### Les contacts temporisés ##### Définition et principe de la temporisation Un contact temporisé est un contact qui change d'état avec un certain **délai** après que son organe de commande ait été actionné ou désactivé. Ce délai est appelé ## Capteurs ### Introduction Bienvenue à cette leçon sur les capteurs ! Dans le monde de la technologie moderne, les machines et les systèmes automatisés sont partout, des portes automatiques aux robots industriels, en passant par nos smartphones. Pour que ces systèmes puissent interagir avec leur environnement et prendre des décisions, ils ont besoin de « sentir » ce qui se passe autour d'eux. C'est le rôle des capteurs. Un capteur est un élément fondamental qui permet à un système technique de percevoir une grandeur physique de son environnement et de la transformer en un signal électrique exploitable. Dans cette leçon, nous allons explorer ce que sont les capteurs, comment ils fonctionnent, leurs différents types et leurs applications. ### Concepts Clés #### Qu'est-ce qu'un capteur ? Un **capteur** est un dispositif qui détecte et mesure une grandeur physique (comme la température, la lumière, la pression, la distance, le mouvement) et la convertit en un signal électrique. Ce signal électrique peut ensuite être interprété par un système de commande (comme un microcontrôleur ou un automate programmable) pour déclencher une action. * **Grandeur physique d'entrée** : Ce que le capteur mesure (ex: température de l'air, intensité lumineuse). * **Signal de sortie** : Le signal électrique produit par le capteur (ex: une tension, un courant, une variation de résistance, un signal numérique). #### Principes de fonctionnement des capteurs Il existe de nombreux types de capteurs, chacun utilisant un principe physique différent pour fonctionner. Voici quelques exemples courants : ##### Capteurs de proximité Ces capteurs détectent la présence ou l'absence d'un objet sans contact physique. * **Capteurs inductifs** : Détectent uniquement les objets métalliques en créant un champ magnétique. La présence d'un métal modifie ce champ, ce qui est détecté par le capteur. * **Capteurs capacitifs** : Détectent tout type de matériau (métal, plastique, liquide, bois) en mesurant la variation d'un champ électrique. La présence d'un objet modifie la capacité du capteur. * **Capteurs optiques (ou photoélectriques)** : Utilisent un émetteur de lumière (LED, laser) et un récepteur de lumière (phototransistor, photodiode). L'interruption ou la réflexion du faisceau lumineux indique la présence d'un objet. * **Barrage** : L'émetteur et le récepteur sont face à face. L'objet coupe le faisceau. * **Réflexe** : L'émetteur et le récepteur sont dans le même boîtier, et un réflecteur renvoie le faisceau. L'objet coupe le faisceau avant qu'il n'atteigne le réflecteur. * **Proximité direct (réflexion diffuse)** : L'objet réfléchit directement le faisceau vers le récepteur. ##### Capteurs de température Ces capteurs mesurent la chaleur ou le froid d'un environnement. * **Thermistance (CTN/CTP)** : Sa résistance électrique varie fortement avec la température. * **CTN (Coefficient de Température Négatif)** : La résistance diminue lorsque la température augmente. * **CTP (Coefficient de Température Positif)** : La résistance augmente lorsque la température augmente. * **Sonde PT100/PT1000** : Des résistances en platine dont la résistance varie de manière presque linéaire avec la température. Par exemple, une PT100 a une résistance de 100 ohms à 0 °C. * **Thermocouple** : Produit une petite tension électrique proportionnelle à la différence de température entre deux points de jonction de métaux différents (effet Seebeck). ##### Capteurs de lumière Ces capteurs mesurent l'intensité lumineuse. * **Photorésistance (LDR - Light Dependent Resistor)** : Sa résistance diminue lorsque l'intensité lumineuse augmente. * **Photodiode/Phototransistor** : Génère un courant électrique ou une tension proportionnelle à l'intensité lumineuse reçue. ##### Capteurs de pression Mesurent la force exercée par unité de surface. * Utilisent souvent des membranes déformables qui, sous l'effet de la pression, modifient une grandeur électrique (résistance, capacité). #### Caractéristiques importantes d'un capteur Pour choisir le bon capteur, il faut connaître ses caractéristiques : * **Étendue de mesure (ou plage de mesure)** : L'intervalle des valeurs de la grandeur physique que le capteur est capable de mesurer (par exemple, de 0 °C à 100 °C). * **Sensibilité** : C'est le rapport entre la variation du signal de sortie et la variation correspondante de la grandeur physique d'entrée. Elle indique l'ampleur de la réponse du capteur à un changement. Par exemple, un capteur de température avec une sensibilité de \( 10 mV/°C \) produira un changement de \( 10 mV \) pour chaque degré Celsius de changement de température. * **Précision** : L'aptitude du capteur à donner des mesures proches de la valeur réelle de la grandeur physique mesurée. * **Fidélité** : L'aptitude du capteur à donner la même indication pour une même valeur de la grandeur mesurée, répétée dans les mêmes conditions. * **Temps de réponse** : Le temps nécessaire au capteur pour que son signal de sortie atteigne une valeur stable après un changement de la grandeur d'entrée. ### Vocabulaire * **Capteur** : Dispositif qui convertit une grandeur physique en un signal électrique. * **Grandeur physique** : Propriété mesurable du monde réel (température, pression, lumière, etc.). * **Signal électrique** : Information transportée par un courant ou une tension électrique, interprétable par un système électronique. * **Automatisme** : Système qui exécute des tâches sans intervention humaine continue, souvent grâce à des capteurs et des actionneurs. * **Actionneur** : Dispositif qui convertit un signal électrique en une action physique (ex: moteur, lampe, vanne). * **Détecteur** : Capteur dont la sortie est binaire (tout ou rien), indiquant la présence ou l'absence d'un événement (ex: détecteur de fumée). ### Exemples d'applications * **Détecteur de fumée** : Utilise un capteur optique (ou ionique) pour détecter la présence de particules de fumée et déclencher une alarme. * **Thermostat de chauffage** : Contient un capteur de température pour mesurer la chaleur ambiante et réguler le système de chauffage pour maintenir une température désirée. * **Portes automatiques de supermarché** : Utilisent des capteurs de proximité (souvent optiques ou à radar/ultrason) pour détecter la présence d'une personne et ouvrir les portes. * **Éclairage public automatique** : Utilise un capteur de lumière (photorésistance ou photodiode) pour allumer les lampadaires lorsque la luminosité ambiante diminue (le soir ou par temps couvert). * **Smartphone** : Intègre une multitude de capteurs : accéléromètre (mouvement), gyroscope (orientation), capteur de lumière ambiante (luminosité écran), capteur d'empreintes digitales (sécurité), capteur de proximité (éteint l'écran pendant les appels). ### Exercices 1. Définissez ce qu'est un capteur et expliquez son rôle dans un système automatisé. 2. Citez trois grandeurs physiques différentes qu'un capteur peut mesurer et donnez un exemple de capteur pour chacune. 3. Quelle est la différence principale entre un capteur inductif et un capteur capacitif ? 4. Expliquez la notion de « sensibilité » d'un capteur. Pourquoi est-ce une caractéristique importante à prendre en compte ? 5. Donnez un exemple de situation où l'utilisation d'un capteur optique de type