Commuter une charge avec les produits GCE

Introduction

Commuter une charge
Nom			Commuter une charge
Famille			IPX800 V3/V4 EDRT2
Wiki créé le			19/09/2018
Wiki mis à jour le			19/09/2018
Auteur			@Grocrabe

On ne s’en rend pas toujours compte, mais les relais présents dans l’IPX ou le X8R sont parfois soumis à rude épreuve et on peut légitimement penser les utiliser en deçà de leurs limites et néanmoins les mettre en danger.

Griller un relais n’aura pas d’incidence sur l’IPX ou le X8R mais imposera un retour SAV, avec des conséquences sur le fonctionnement de l’installation.

Il est donc intéressant de comprendre comment éviter d’en arriver là.

Les informations ci-après ne sont certainement pas exhaustives mais adaptées à une utilisation domotique classique. Si vous n’avez pas besoin des explications mais que des solutions, vous pouvez passer directement au §3.

Les différentes façons de commuter en domotique

Le relais électro-mécanique

un relais classique est comme un interrupteur, deux contacts métalliques qui se touchent pour laisser passer le courant, sauf que ce n’est pas un doigt qui les rapproche mais un électroaimant.

C’est ce qu’on appelle un contact sec (par opposition aux 1er relais mécaniques où le contact se faisait par du mercure liquide entre 2 électrodes).

Les relais utilisés dans les produits IPX sont commandés par une tension continue de 12V et peuvent commander une tension alternative de 250V sous 10 A. Ils existent sous plusieurs marques Zettler, Omron, Finder, …

Voici (fig1) une photo de ce type de relais, dit miniature ou Sugar Cube, de la série 36 de la marque réputée Finder et dont les caractéristiques nous serviront pour les mises en application.

fig 1 : Carte GCE 2 X 2 Relais 12V pour sortie à collecteur ouvert

Ce type de relais a plusieurs avantages :

• petit, peu bruyant et de faible consommation
• isolation galvanique entre le circuit de commande et le circuit commuté,
• quand le relais est ouvert le circuit est ouvert sans courant de fuite,
• faible coût, quelques euros.

Il a aussi des défauts :

• sa petite taille et consommation font que la bobine n’applique pas une très grande force sur les pastilles des contacts,
• il est lent (par rapport à un circuit électronique),
• il génère quelques rebonds à la fermeture
• il s’use, même en usage normal

Voyons les informations pertinentes que nous pouvons tirer de la fiche technique :

• Courant nominal : 10 A qu’il peut supporter indéfiniment, sous réserve des remarques ci-après sur les différentes charges,
• Courant max : 15 A qu’il peut supporter pendant 0,5 seconde, toutes les 5 secondes. Au delà de 15 A la durée de vie du relais va diminuer.
• Charge nominale en AC1 : 2500 VA. La catégorie d’emploi AC1 correspond à une charge purement résistive (par ex un radiateur).
• Charge nominale en AC15 : 500 VA. La catégorie d’emploi AC15 correspond à une charge selfique, par exemple un moteur. On voit que le courant supporté est divisé par 5.
• Pouvoir de coupure en DC1 30/110/220 : 10/0,3/0,12 A. Cela veut dire que en courant continu on peut couper 10 A sous 30 V, 0,3 A sous 110 V , etc…
  

Première conclusion : 1 relais vendu pour 10 A ne peut pas toujours supporter 10 A.

• Charge mini commutable mW (V/mA) : 500 (5/100). Cela veut dire que si vous voulez un contact fiable il faut que, au moins, 500 mW passent par le contact.
  

Exemple si vous commutez 5 V il faut un courant de 100 mA ou si vous commutez 3,3V un courant de 152 mA.
Cette information est intéressante si vous souhaitez commander une entrée digitale à partir d’un relais en ayant une certitude de contact établi à chaque manoeuvre.

• Matériau des pastilles de contacts standards : AgCdO. Argent-Oxyde de Cadmium. Haute résistance à l’usure avec des charges AC importantes et bonne résistance au collage. Depuis la directive RoHS on le trouve de moins en moins à cause du cadmium. Peut être remplacé par AgSn02 Argent-Oxyde d’étain avec une meilleure résistance au collage en usage normal.
  

Deuxième conclusion : la petite puissance de traction de la bobine, la faible force de rappel du contact mobile, la petite taille et l’alliage des contacts font que ces relais ne sont pas conçus pour de forts courants d’appel, même sur de courtes durées.

Le contacteur de puissance

Un contacteur fonctionne comme un relais mais avec quelques différences :

• tension de bobine en général de 220 V AC,
• un courant commuté de 20 A ou 25 A,
• relais 2 pôles, non inverseur
• une construction plus robuste.

Nous utiliserons les caractéristiques du contacteur 25 A 250 V ref 412501 de chez Legrand pour les comparaisons, voir annexe 2.

La photo ci-après (fig 2) montre déjà une différence fondamentale : la taille : 2 fois plus de puissance, 10 fois la taille.

fig 2 : relais sugar cube 10 A à coté d’un contacteur 20 A

Voyons (fig 3 et fig 4) à l’intérieur ce qui fait vraiment la différence :

fig 3 : contacteur 20 A 250 V

fig 4 : relais 10 A 250V

La bobine : celle du relais consomme 0,36 W, celle du contacteur 2,76 W. Elle est 7 fois plus puissante (d’où le clac entendu au lieu d’un tic pour un relais) ce qui fait que les pastilles sont plaquées plus fortement, réduisant la résistance de contact.

L’espace entre contacts en position ouverte : moins de 1 mm pour un relais, normée à 3 mm pour un contacteur, en fait 6 mm parce que le contact est double, au travers d’un pont. En plus d’un meilleur isolement, la course étant plus longue, la pastille arrive plus vite, réduisant la résistance de contact et surtout, l’arc électrique à l’ouverture des contacts s’éteint plus rapidement, d’où une meilleure tenue sur charge inductive (ils sont conçus pour ça).

Les pastilles de contact : une surface de 1,1 mm2 pour le relais, de 8 mm2 pour le contacteur, soit 7 fois plus grande. Pastilles sans cadmium, alliage AgSn02 pour une meilleure tenue aux arcs. De plus elles sont striées pour s’auto-nettoyer à chaque fermeture.

Le ressort de rappel : un vrai ressort pour le contacteur, la flexion d’une languette pour le relais. Donc une ouverture plus puissante, plus rapide, moins d’arc électrique, moins de collage.

La notice nous dit qu’il peut commuter une charge résistive de 5750 VA ou une charge selfique de 2200 VA. Elle nous alerte aussi sur les puissances d’éclairage maximales à commuter, par exemple, pas plus de 30 Leds de 2 W, soit 60 W, nous y reviendrons en détail au §2.

Conclusion : plus puissant, de construction beaucoup plus solide, mais aussi plus cher, un contacteur est néanmoins plus adapté aux charges selfiques que à celles provoquant un fort appel de courant.