Electronique > Réalisations > Délesteur 001

Dernière mise à jour : 17/07/2011

Présentation

Cette réalisation permet de façon entièrement automatique de couper l'alimentation secteur d'un appareil quand un autre est mis en service, et donc d'en rendre un prioritaire sur l'autre.

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J'ai conçu ce système car j'en avais marre de devoir réenclancher le disjoncteur de la cuisine qui sautait à chaque fois que le réfrigérateur et le four électrique entraient simultanément en fonction. Je pouvais certes débrancher le réfrigérateur le temps de faire fonctionner le four, mais je considérais trop grand le risque d'oubli de rebrancher le premier après usage du second. Dans le principe, on se trouve avec un fonctionnement inverse de celui du système de prise secteur asservie qui permet de mettre en fonction un appareil quand un autre est mis en service (exemple prise secteur asservie 001). Dans le texte qui suit il sera fait allusion à un appareil maître et à un appareil esclave. Pour mon application personnelle, l'appareil maître (prioritaire) est le four et l'appareil esclave est le réfrigérateur. Quand le four est mis en route, l'alimentation du réfrigérateur est automatiquement coupée ce qui évite les pénibles disjonctions. Et quand le four s'arrête, l'alimentation du réfrigérateur est automatiquement rétablie. Ce délesteur a été conçu pour fonctionner avec un appareil maître consommant au moins 600 W mais un ajustement en plus ou en moins est tout à fait possible, ce point sera discuté en détail.

Avertissements

Ce montage fonctionne directement sur le secteur 230 V, merci de penser aux précautions habituelles. A lire impérativement !

Schéma

Si ce montage vous semble complexe, c'est tout simplement parce que ce n'est pas le bon jour pour vous y pencher. Si tel est le cas, revenez demain, ça ira mieux.

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Contrainte principale
Le circuit de délestage doit réagir rapidement, plus rapidement en tout cas que le disjoncteur du tableau de distribution électrique du logement. Sinon évidement son intérêt serait plus que discutable. J'avais au départ eu l'idée de baser le circuit de détection sur celui employé pour la prise secteur asservie 001, en remplaçant l'optocoupleur par un relais électromécanique de puissance. Et c'est finalement ce que j'ai fait.

Alimentation secteur
Elle est tout ce qu'il y a de plus traditionnel et pour votre plus grande joie elle est simplifiée au maximum :
- un transformateur TR1 de faible puissance (donc peu volumineux et pas cher) qui abaisse la tension du secteur 230 Vac en une tension de 9 Vac;
- un redressement double alternance assuré par les quatre diodes D6 à D9 de type 1N4007 (des diodes 1N4004 conviennent aussi);
- un filtrage sommaire mais largement suffisant assuré par le condensateur C2 dont la valeur doit être comprise entre 1000 uF et 2200 uF.
La tension continue obtenue après redressement et filtrage est voisine de 12 V, tension correspondant grosso-modo à la tension crête des 9 V efficaces présents au secondaire du transformateur TR1 et après chute de tension dans les diodes de redressement D6 à D9 (détails développés à la page alimentation secteur). Aucune régulation d'alimentation n'est prévue car aucun des organes utilisant la basse tension de 12 Vdc (notée V+ sur le schéma) n'est vraiment sensible. On ne trouve en effet que le relais RL1 qui profite de cette tension, et la bobine de ce dernier peut sans problème accépter une tension tournant autour de 12 V. Les tensions limites inférieure et supérieure requises pour le faire coller dépendent du relais utilisé, voir sa fiche technique personnelle (choix du relais discuté plus loin). Ne soyez pas surpris si un relais spécifié pour une tension de commande de 12 V colle déjà à 11 V et décolle à 9 V.

Mesure du courant consommé par l'appareil maître
Pour la mesure du courant consommé par l'appareil maître, c'est la résistance R1 qui est mise à contribution. Sa valeur est faible car il convient de limiter la chute de tension qu'elle introduit, mais comme le courant qui y circule quand l'appareil maître est actif est assez important, on dispose rapidement d'une chute de tension suffisante pour activer un petit transistor (chute de tension requise de 0,7 V au minimum). La tension récupérée aux bornes de R1 est alternative et le transistor Q1 requiert une tension de commande continue. Qu'à cela ne tienne, il suffit d'ajouter deux composants, à savoir D5 et C5 qui assurent la "conversion" par redressement et filtrage (ça sent le déjà vu). La diode D5 prélève une tension "parasite" de 0,7 V (s'il s'agit d'une 1N4148) ou de 0,5 V (s'il s'agit d'une BAT85) ? Peu importe, il nous faudra un peu plus de tension au bornes de R1 pour que le système fonctionne toujours correctement. A vue de nez, un courant efficace de 5 A (environ 1100 W) circulant dans R1 provoque une chute de tension de :
U = R * I
U = 0,47 (ohm) * 5 (A) = 2,35 V.
Tant qu'on y est, calculons la puissance que dissiperait R1 dans une telle situation :
P = U * I
P = 2,35 (V) * 5 (A) = 11,75 W
En pratique il faudrait utiliser pour R1 deux résistances de 1 ohm / 6 W câblées en parallèle, résultant en équivalent à une résistance unique de 0,5 ohms / 12 W. Le fait d'utiliser deux résistances au lieu d'une seule facilite la dissipation des calories car il ne faut pas le prendre à la légère, ces résistances chauffent. La marge est amplement suffisante côté dissipation thermique et côté chute de tension. Si la valeur du courant estimé maximal est de 5 A (puissance appareil maître de 1,1 kW environ, les calculs précédents sont basés sur cette valeur), le circuit pourra encore fonctionner avec un courant de 2,5 A (puissance appareil maître de 575 W) :
U = R * I
U = 0,47 (ohm) * 2,5 (A) = 1,2 V.
Pour ma part j'ai choisi des résistances de 5 W mais j'aurais pu aller en dessous.

Remarques
- Le mathématicien scrupuleux des valeurs justes trouvera sans doute à redire sur la façon dont je présente les choses. Il est vrai que ça ne fait pas très sérieux de présenter des formules où R1 prend la valeur de 0,47 ohms, puis de conclure en disant que ladite résistance fera finalement 0,5 ohms. Quel manque de rigueur ! Je rappelle que ma façon de voir les choses impose toujours d'avoir à l'esprit un ordre de grandeur. Selon le transistor Q1 utilisé (qu'il s'agisse du 2N2222 préconisé ou d'un autre NPN basse puissance qui fera aussi bien l'affaire) et le modèle adopté pour D5, le seuil exact de déclanchement du transistor ne peut être prévu avec une absolue certitude. Si on ne peut prévoir précisement la valeur exacte, on peut dire en revanche que la fourchette de valeurs sur R1 sera comprise entre 1,2 V et 1,6 V. C'est cela qui est important : savoir qu'il faut avoir une valeur voisine de 1,4 V (addition chute tension dans diode D5 avec chute tension jonction base émetteur de Q1) et non pas 100 mV ou 10 V. De surcroit, la consommation de l'appareil maître est déterminante dans le fonctionnement du circuit. Si votre appareil maître consomme peu (par exemple 100 W ou 200 W), il vous faudra augmenter la valeur de R1 à quelques ohms. Et s'il consomme plus... je vous laisse à votre esprit naturellement déducteur.
- Encore plus scrupuleux des valeurs justes sera celui qui me fera remarquer qu'il ne faut pas confondre valeur efficace avec valeur crête. Dans les formules précédentes, j'utilisais à bon escient la valeur efficace de la tension présente aux bornes de R1, afin d'être sûr que la tension efficace après redressement et filtrage serait suffisante pour les petits besoins du transistors Q1. Le principal est que vous le sachiez.

Adaptation valeur R1 selon puissance appareil maître
Le texte qui précède indique déjà partiellement comment faire mais je vais vous simplifier la tâche en donnant quelques valeurs type valables pour une tension secteur de 230 V. La valeur de la résistance R1 est calculée de telle sorte que la chute de tension à ses bornes soit de 1,4 V crête à crête à la puissance indiquée et correspond à la valeur maximale qu'elle doit avoir (si valeur non normalisée, prendre la valeur directement au-dessous ou trouver une combinaison adéquate de deux résistances en parallèle). La puissance indiquée que doit pouvoir dissiper la résistance R1 correspond à une valeur minimale.
- Puissance appareil maître 100 W (0,43 A) : résistance R1 = 1,4 / 0,43 = 3,25 ohms / 1 W
- Puissance appareil maître 200 W (0,87 A) : résistance R1 = 1,4 / 0,87 = 1,60 ohm / 2 W
- Puissance appareil maître 300 W (1,30 A) : résistance R1 = 1,4 / 1,30 = 1, 07 ohm / 2 W
- Puissance appareil maître 400 W (1,74 A) : résistance R1 = 1,4 / 1,74 = 0,80 ohm / 3 W
- Puissance appareil maître 500 W (2,17 A) : résistance R1 = 1,4 / 2,17 = 0,64 ohm / 4 W
- Puissance appareil maître 600 W (2,60 A) : résistance R1 = 1,4 / 2,60 = 0,54 ohm / 4 W
- Puissance appareil maître 700 W (3,04 A) : résistance R1 = 1,4 / 3,04 = 0,46 ohm / 5 W
- Puissance appareil maître 800 W (3,48 A) : résistance R1 = 1,4 / 3,48 = 0,40 ohm / 5 W
- Puissance appareil maître 900 W (3,91 A) : résistance R1 = 1,4 / 3,91 = 0,36 ohm / 6 W
- Puissance appareil maître 1000 W (4,35 A) : résistance R1 = 1,4 / 4,35 = 0,32 ohm / 7 W
- Puissance appareil maître 1100 W (4,78 A) : résistance R1 = 1,4 / 4,78 = 0,29 ohm / 7 W
- Puissance appareil maître 1200 W (5,21 A) : résistance R1 = 1,4 / 5,21 = 0,27 ohm / 8 W

Commande de l'appareil esclave
Le type de relais utilisé ici possède une bobine de commande qui nécessite un courant assez élevé (quelques bonnes dizaines de mA, tout est relatif). L'alimentation sans transformateur qui était suffisante pour la LED et l'optocoupleur de la prise asservie 001 risquant d'être un peu limite pour le relais, j'ai préféré la remplacer par un traditionnel transformateur d'alimentation associé à son quintet de composants. Chose pas vraiment compliquée allez-vous me dire, et c'est bien vrai. D'ailleurs on en a parlé dans un paragraphe précédent, vous en souvenez-vous ? Si non, revenez demain et reprenez au début. Le relais est en position de repos quand le courant demandé par l'appareil maître n'est pas à son maximum (courant nul ou courant de veille) et passe en position travail (il colle) quand le courant demandé par l'appareil maître est à sa valeur nominale. Relais au repos, la prise esclave PL3 délivre la tension secteur, tension qui est coupée dès que le relais colle puisque les contacts utilisés sont point commun (COM pour commun) et contact repos (R pour Repos, NF pour Normalement Fermé ou NC pour Normalement Connecté) - pour plus de détails sur les contacts du relais, voir page relais. On a bien coupure de l'appareil esclave quand l'appareil maître entre en action. Cette façon de faire garantit une durée de vie optimale du relais, qui est l'élément que l'on pourrait qualifier de plus fragile dans l'ensemble de ce montage, même s'il se présente sous une forme physique qui peut en imposer.

Choix du relais
Vous pouvez opter pour un relais électromécanique de puissance standard, inutile de chercher dans le haut de gamme.

Relais em

Mais évitez toutefois le relais de puissance à 1 euro, souvent douteux (je pense à ce qu'on peut parfois trouver sur eBay). Côté commande, la bobine doit présenter une résistivité de 200 ohms ou plus, pour une tension nominale de 12 V. Côté pouvoir de coupure, le relais doit supporter un courant nominal permanent d'au moins 16 A sous une tension alternative de 230 Vac. Si le capôt du relais est transparent et que vous observez une étincelle entre les contacts mécaniques du relais quand ce dernier change d'état, câblez un condensateur de 100 nF / 400 V en série avec une résistance de 100 ohms 1 W, le tout en parallèle sur les contacts de commutation, comme le montre le schéma suivant.

delesteur_001_antiparasite_relais

Les deux composants R2 et C3 absorberont l'éventuelle étincelle et contribueront ainsi à réduire votre peur dans un rapport estimé à 100 (environ 40 dB).

Choix d'un relais statique ?
Vous pouvez opter pour un relais statique si celui-ci est en mesure de commander une charge de nature quelconque (résistive ou selfique).

Relais statique 001

Il ne doit pas être cantonné à la commutation de charges purement résistives, soyez très attentif à ce point et consultez de près sa fiche de caractéristiques techniques fournie par le fabricant (datasheet).

Prototype

Réalisé sur plaque d'expérimentation à pastilles, laquelle supporte la majorité des composants.

Remarques concernant mon proto

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Mesures réalisées
Je suis du genre à y aller doucement quand il s'agit d'un montage relié au secteur.

La petite chose à laquelle je n'avais pas pensée...
L'essai avec le relais statique s'est révélé concluant mais... ce dernier ne posséde pas de contact repos ! Pour l'utiliser il fallait donc inverser la polarité de la commande, à savoir relais activé en absence de consommation de l'appareil maître. Pas dur à faire car il suffit d'un transistor NPN additionnel monté en émetteur commun pour faire office d'inverseur d'état logique, ce que j'ai fait (avec commutation possible entre état normal et inversé avec un cavalier amovible). L'inconvénient est qu'alors le relais fonctionne la majorité du temps, c'est l'inverse de ce que je voulais obtenir au départ. J'avoue en toute honnêteté que je n'y avais pas du tout pensé au moment de câbler la bête. Bref je continue de conseiller le relais électromécanique mais faites comme bon vous semble.

Mise en boîte
Prévue dans un boîtier intégralement en plastique, pour des raisons de sécurité. Les deux voyants "Présence alim" et "Activation relais" sont déportés sur la face avant, il faut bien qu'ils servent à quelque chose. Au niveau connectique secteur, je ne me suis pas embêté et ai utilisé des gros câbles avec prise de terre qui supportent 16 A, un côté du câble directement relié à la platine délesteur et l'autre côté du câble aboutissant sur des connecteurs mâle et femelle de dimensions là aussi correcte pour l'usage qu'on en fait (prises 16 A avec borne de terre).

Procédure de réglage

Oscilloscope non requis mais multimètre conseillé bien que non obligatoire (si vous n'en possédez pas encore, sachez qu'on en trouve facilement entre 5 et 10 euros, bien suffisant pour commencer).

Le montage étant relié directement au secteur, une grande prudence de votre part est demandée pendant le réglage du système et lors de tout relevé de tension. Le réglage de l'unique potentiomètre (ajustable RV1) doit impérativement se faire à l'aide d'un tournevis isolé (manche tournevis en plastique).


Procédure de réglage
1 - Délesteur hors tension, positionnez le curseur du potentiomètre ajustable RV1 en position minimale, c'est à dire curseur côté masse / neutre.
2 - Brancher l'appareil maître sur la prise femelle PL2. Cet appareil maître doit consommer son courant nominal maximal pendant cette étape de la procédure. Si cela pose un problème (cause forte impatience ou construction pour un copain), branchez un convecteur 1000 W ou plusieurs lampes à incandescence en parallèle sur PL2 avec une multiprise secteur (la puissance totale devant être de plusieurs centaines de Watts, pas la peine de rester à côté si vous êtes déjà assez bronzé).
3 - Mettre sous tension le délesteur tout en étant prêt à arrêter le tout en cas de surchauffe ou présence fumée. Si votre câblage est conforme au schéma le risque est très faible, mais jamais non nul.
4 - Mesurez la tension présente aux bornes de R1 (voltmètre en calibre 2 V alternatif). Elle doit être de quelques centaine de mV, disons environ 200 mV pour une charge de 100 W, d'environ 600 mV pour une charge de 300 W et d'environ 1,2 V pour une charge de 600 W. Vous l'avez compris, la suite des opérations ne peut se faire que si la charge est d'au moins 600 W... on vous avait prévenu !
5 - La charge câblée sur PL2 étant d'au moins 600 W (tension aux bornes de R1 de 1,2 V au moins), tournez l'axe du potentiomètre ajustable RV1 avec votre tournevis isolé jusqu'à ce que le relais RL1 colle.
6 - Eteignez l'appareil maître branché sur PL2 et constatez le décollage du relais RL1. Le décollage peut prendre jusqu'à une seconde, temps requis pour une décharge suffisante du condensateur C1. Ce retard n'est absolument pas pénalisant, l'important est que le relais colle très rapidement.

Conseil de sage
N'ayant inséré aucune résistance de limitation de courant entre curseur de RV1 et base de Q1, je vous conseille plus que vivement de ne pas mettre le curseur de RV1 à fond et de vous contenter de la position à partir de laquelle le transistor Q1 entre en action. A ce moment en effet, c'est la portion de piste résistive du potentiomètre entre curseur et extrémité "haute" qui fait office de limitation de courant. Et plus on monte au niveau curseur et plus la valeur de cette résistance diminue... Si cette façon de faire vous agace ou vous fait peur, ajoutez une résistance de 1 kO entre curseur de RV1 et base de Q1. Vous serez ainsi ravi d'avoir contribué de façon active à l'élaboration d'un système et serez fier d'annoncer à votre entourage que vous savez faire mieux qu'un certain Monsieur Sonelec.

Remarque concernant mon usage du système

Comme je l'ai dit en introduction, l'appareil maître est un four. Il s'agit d'un four micro-onde avec fonction chaleur tournante. La consommation réelle du four peut prendre plusieurs valeurs selon qu'il est en veille (seul l'affichage et le circuit de commande sont actifs), que le ventilateur du fond est en route (chaleur tournante) et que le système de chauffage principal (klystron pour les micro-ondes ou résistances chauffantes pour four traditionnel) est ou non actif. Dans mon cas précis, le seuil de déclanchement du délesteur est ajusté juste au-dessus de l'état de veille. Si le four consomme plus que ce qu'il consomme en mode veille, on considère qu'il est en activité chauffage, quelque soit le mode de cuisson et "thermostat" sélectionné.

Dysfonctionnement ?

Tous les montages faits maison fonctionnent du premier coup, c'est bien connu. Sauf le votre, bien entendu...

Circuit imprimé

Exceptés le relais de puissance et le transformateur TR1, tous les composants prennent place sur un circuit imprimé simple face, y compris R1. Au sujet de ce composant, R1 notée sur le schéma correspond aux deux résistances R1 et R1' sur le circuit imprimé. Il fallait bien que ce montage se distingue des autres par une quelconque anomalie de langage...

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Câblage général

Comme le relais RL1 et le transformateur d'alimentation TR1 sont exclus du circuit imprimé, quelques précisions s'imposent quant au raccordement général. Les indications de câblage qui suivent devrait lever les doutes que vous pourriez avoir (clic dessin pour agrandir).

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Comme vous pouvez le constater, certaines connexions du schéma n'apparaissent pas au niveau du circuit imprimé. C'est le cas par exemple du contact Commun du relais RL1, qui est relié directement sur la borne A de la prise esclave PL3. La liaison est donc assurée en direct par un fil, pas besoin de passer par le circuit imprimé. Bien sûr il en est de même pour l'absence du point de raccordement de la borne A de la prise esclave PL3 qui est reliée au contact Commun du relais RL1... Au final vous devez avoir connecté 11 fils :

N° fil Réf. schéma Point de départ Point d'arrivée
1 Phase Prise secteur 230 V PL1 - Borne A / Phase Point PH sur le CI (Prise secteur - Phase)
2 Neutre Prise secteur 230 V PL1 - Borne B / Neutre Point N sur le CI (Prise secteur - Neutre)
3 Phase Transfo alim - Primaire borne 1 Point TR-P1 sur le CI (Transfo - Primaire borne 1)
4 Neutre Transfo alim - Primaire borne 2 Point TR-P2 sur le CI (Transfo - Primaire borne 2)
5 PL2-A Prise Maître PL2 - Borne A Point M-A sur le CI (Prise Maître - Borne A)
6 PL2-B Prise Maître PL2 - Borne B Point M-B sur le CI (Prise Maître - Borne B)
7 PL3-A Prise Esclave PL3 - Borne A Raccord direct sur relais RL1 - Contact borne Commun
8 PL3-B Prise Esclave PL3 - Borne B Point E-B sur le CI (Prise Esclave - Borne B)
9 V+ Relais RL1 - Bobine borne 1 Point RL-B1 sur le CI (Relais - Bobine Borne 1)
10 Q1-C Relais RL1 - Bobine borne 2 Point RL-B2 sur le CI (Relais - Bobine Borne 2)
7 PL3-A Relais RL1 - Contact borne Commun Raccord direct sur Prise Esclave PL3 - Borne A
11 Phase Relais RL1 - Contact borne Repos Point RL-R sur le CI (Relais - Contact Repos)

Attention ! Certains relais ont une bobine non polarisée que l'on peut brancher dans le sens qu'on veut, d'autres ont une bobine polarisée (avec diode de protection intégrée par exemple). Dans le second cas, la borne "positive" de la bobine du relais doit impérativement être connectée au point RL-B1 sur le circuit imprimé, et la borne "négative" de la bobine du relais au point RL-B2 sur le circuit imprimé. S'il s'agit d'un relais statique (qui je le rappelle doit pouvoir commuter aussi bien des charges résistives que selfiques), il faudra aussi faire attention à la polarité de l'entrée de commande qui est le plus souvent polarisée.