Choisir et protéger un contacteur

Choisir un contacteur au catalogue

Un catalogue donne, pour chaque contacteur, plusieurs intensités selon la catégorie d'emploi (chapitre 2). Par exemple, pour un même modèle :

• AC-3, 400 V : 25 A, soit un moteur d'environ 11 kW ;
• AC-1 : 40 A, pour du chauffage.

Exemple : un moteur de 11 kW, In = 21 A (voir l'Aller plus loin du moteur asynchrone). On choisit le contacteur sur la ligne AC-3 : 25 A convient.
Le piège : pour un moteur de 30 A, lire « 40 A » sur la ligne AC-1 et retenir ce modèle serait une erreur. En AC-3, il n'accepte que 25 A : ses contacts s'useraient très vite.

La durée de vie électrique

Un contacteur a deux durées de vie :

• mécanique, à vide : souvent une dizaine de millions de manœuvres ;
• électrique, en charge : bien moins, car chaque coupure crée un arc qui use les contacts.

En AC-3, le moteur est coupé une fois lancé, sous un courant proche de In : l'arc est modéré. En AC-4, marche par à-coups ou inversion en pleine vitesse, on coupe le courant de démarrage, 6 à 7 In : les contacts s'usent bien plus viteSouvent dix fois moins de manœuvres, voire moins : les catalogues donnent des courbes de durée de vie en fonction du courant coupé.. Pour ces usages, on surdimensionne le contacteur.

La bobine : appel, maintien et spire de déphasage

Appel et maintien : en alternatif, contacteur ouvert, le circuit magnétique présente un grand entrefer. La bobine a peu d'inductance, donc peu de réactance : elle appelle un fort courant. Une fois fermée, le circuit magnétique est clos, la réactance grimpe et le courant chute.

• Exemple courant : environ 70 VA à l'appel, 7 VA au maintien, soit un rapport de dix ;
• d'où le transformateur de commande choisi sur la pointe d'appel (voir l'Aller plus loin des transformateurs).

La spire de déphasage

Un courant alternatif passe par zéro cent fois par seconde. À chacun de ces instants, le flux s'annule et la force qui maintient le contacteur fermé aussi : l'armature vibrerait.
Pour l'éviter, une partie du noyau est entourée d'une spire en court-circuit, la bague de déphasage. Elle crée un second flux, décalé dans le temps : quand le premier passe par zéro, le second maintient l'armature. C'est le même principe que la spire de Frager des petits moteurs (voir le cours sur le moteur asynchrone).

• Un contacteur qui bourdonne fort : bague de déphasage cassée, poussière ou rouille entre les pôles, ou tension de commande trop basse.
• En continu, pas de passage par zéro : pas de bague, mais pas non plus de réactance pour limiter le courant. Les bobines continues ont souvent un double enroulement, ou une électronique, qui réduit le courant une fois le contacteur fermé.

Les bobines électroniques « larges plages » acceptent par exemple 24 à 60 V, en alternatif comme en continu : moins de références en stock, et moins d'erreurs.

Antiparasiter la bobine

À la coupure de la commande, la bobine s'oppose à la disparition de son courant (auto-induction) : elle produit une surtension, de plusieurs centaines de volts pour une bobine 24 V. Elle perturbe l'électronique voisine, use les contacts du bouton ou la sortie de l'automate qui la commande.

Module	Pour	Surtension	Retombée du contacteur
diode de roue libre	continu	presque nulle	nettement ralentie
diode + diode Zener, ou diode Transil	continu	limitée	peu ralentie
varistance	alternatif ou continu	écrêtée	peu ralentie
circuit RC	alternatif	amortie	légèrement ralentie

• Sur une sortie d'automate à transistor, un module d'antiparasitage est indispensable (cours sur l'automate programmable).
• La diode de roue libre se câble en inverse, cathode au + : montée à l'envers, elle met la commande en court-circuit.
• Si la retombée doit être rapide, par exemple un arrêt de sécurité, éviter la diode seule.

Contacts : couper du continu, commuter un signal

Couper du continu est bien plus difficile que couper de l'alternatif. En alternatif, l'arc s'éteint de lui-même au passage par zéro du courant, cent fois par seconde. En continu, il n'y a jamais de zéro : l'arc peut s'entretenir et détruire le contact.

• Un contacteur ou un relais n'accepte en continu qu'une tension bien plus faible qu'en alternatif, pour le même courant : lire la fiche en DC ;
• pour couper une tension continue élevée, on met plusieurs pôles en série : l'arc se partage entre plusieurs coupures. C'est courant en photovoltaïque (cours en bas de page) ;
• les appareils prévus pour le continu sont souvent polarisés : leurs aimants de soufflage chassent l'arc dans un sens. Branchés à l'envers, ils coupent mal.

Commuter un petit signal

L'inverse est aussi un piège. Un contact de puissance, en alliage d'argent, a besoin d'un courant minimal pour percer la fine couche d'oxyde qui se forme à sa surface. Sous quelques milliampères, il finit par ne plus conduire, sans que rien ne soit visible.

• Pour une entrée d'automate ou un signal de mesure, choisir des contacts dorés, prévus pour les faibles courants ;
• mais un contact doré ayant déjà coupé une forte charge a perdu sa dorure : il ne vaut plus mieux qu'un contact ordinaire.

Les courants minimaux et maximaux figurent sur la fiche technique du relais.

Le relais statique

Le relais statique, ou SSR, remplace le contact mobile par des semi-conducteurs : des thyristors ou un triac en alternatif, des transistors en continu. La commande agit à travers un optocoupleur : l'isolement galvanique est conservé.

• aucune usure : il supporte des millions de manœuvres, idéal pour réguler un chauffage en l'allumant et l'éteignant sans cesse ;
• silencieux, rapide, et souvent à commutation au zéro de tension, qui limite les parasites.

Ses contreparties :

• Il chauffe : il garde une chute de tension d'environ 1 à 1,5 V une fois passant. Sous 20 A : environ 1,2 × 20 ≈ 24 W, à évacuer par un dissipateur.
• Il fuit : ouvert, il laisse passer quelques milliampères. Une lampe LED peut rester faiblement allumée, et le circuit n'est pas isolé : jamais de consignation sur un relais statique.
• Il meurt fermé : un semi-conducteur claqué reste le plus souvent en court-circuit. Une sécurité indépendante, thermostat ou contacteur en amont, doit pouvoir couper le chauffage.

Contacts miroirs et relais de sécurité

Un contact de puissance peut se souder (chapitre 2) : la bobine retombe, mais le moteur continue d'être alimenté. Pour une fonction de sécurité, comme un arrêt d'urgence, il faut le savoir.

• Un contact miroir est un contact auxiliaire NF lié mécaniquement aux contacts de puissance : il ne peut pas être fermé si l'un d'eux est resté soudé. Le circuit de sécurité le surveille avant chaque redémarrage.
• Les relais à contacts guidés appliquent le même principe : NO et NF ne peuvent jamais être fermés en même temps.

Un module de sécurité surveille ainsi l'arrêt d'urgence et les contacteurs qu'il commande, souvent deux en série : si l'un se soude, l'autre coupe, et le module refuse de redémarrer tant que le défaut n'est pas levé.

• L'inter-verrouillage mécanique de l'inversion de sens relève du même esprit (cours sur les démarrages moteur) : ne jamais confier la sécurité à un seul contact.