Electronique > Réalisations > Alimentations > Disjoncteur 002
Dernière mise à jour : 12/05/2013Présentation
Ce disjoncteur électronique est prévu pour un fonctionnement en "basse" tension alternative 230 Vac, et se déclenche lors d'une surintensité de valeur prédéfinie, de valeur comprise entre 1 A et 5 A (en trois plages distinctes de 1 à 2 A, 2 à 3 A et 3 à 5 A). Il se base sur la mesure de la tension développée aux bornes d'une résistance shunt câblée en série entre source de tension et appareil à protéger. Son entrée en action peut être immédiate ou légèrement temporisée (quelques dizaines de ms). Le réarmement est manuel et se fait via appui sur un petit bouton poussoir. Pour un usage en basse tension continue (quelques volts), voir page Disjoncteur 001.Avertissements
Montage relié au secteur 230 V, merci de passer par cette voie avant de retomber ici.Le montage proposé ici est simple et ne répondra peut-être pas à toutes situations. Il est possible de remplacer la résistance chutrice (shunt) par un transformateur de courant (peut-être pourriez-vous réfléchir à l'emploi d'un "bon" transfo d'alim classique détourné de son objectif principal ?). L'idée ici est de présenter une idée, à vous de développer le cas échéant.
Schéma
Le schéma suivant représente la totalité du disjoncteur.
Une minuscule partie électronique avec relais 12 V impose l'emploi d'une alimentation réduite (très basse puissance) de 12 V, nous en reparlerons.
Remarques :
- le symbole du bouton poussoir SW1 sur ce schéma n'est pas conforme car il correspond à un poussoir de type "fermé sur appui" alors que celui qui est nécessaire est de type "ouvert sur appui".
- les deux fils nommés Phase et Neutre sur le connecteur J1 peuvent être inversés (la source est alternative).
Principe général de fonctionnement
Le montage s'intercale (se branche en série) entre le montage à protéger et sa source de tension. Une résistance de faible valeur (shunt) située dans la ligne d'alimentation permet de développer une tension qui est proportionnelle au courant qui y circule (classique loi d'ohm). Cette résistance shunt est R1 et sa valeur doit être définie en fonction du courant nominal et du seuil de disjonction désiré. Quand la tension développée aux bornes de la résistance de mesure (shunt) dépasse un seuil prédéfini, le montage coupe automatiquement l'alimentation et cette dernière ne peut être rétablie que de façon manuelle, par appui sur un bouton poussoir.Mesure du courant
La mesure du courant s'effectue grâce à la résistance R1, de faible valeur en regard du courant qui y circule. Plus le courant nominal du circuit à protéger (charge) est élevé et plus cette résistance doit être faible pour limiter le risque de perturber son fonctionnement. La valeur de la résistance R1 doit être adaptée à la consommation de la charge (circuit alimenté à protéger). Sur le schéma, la valeur de R1 est de 0,47 ohm et permet de travailler sur une plage de 3 à 5 A. Voici quelques valeurs à titre d'exemple pour d'autres plages de fonctionnement :- Calibre 1 à 2 A : R1 = 1,5 ohm (P dissipée max = 2,8 W, prendre un modèle 4 W min)
- Calibre 2 à 3 A : R1 = 0,68 ohm (P dissipée max = 4,2 W, prendre un modèle 6 W min)
- Calibre 3 à 5 A : R1 = 0,47 ohm (P dissipée max = 7 W, prendre un modèle 10 W min)
U = R * I = 0,68 (ohm) * 2 (A) = 1,4 V environ.
Cette tension, une fois rabotée de 0,5 V ou 0,6 V par D1, est tout juste suffisante pour faire conduire le transistor Q1. A condition que le potentiomètre soit en position maximale, c'est-à-dire avec le curseur du côté de la cathode de D1. Si le curseur du potentiomètre est plus proche de la masse, il faudra une tension plus élevée, et donc un courant consommé (par la charge) de valeur plus élevée. Vous l'avez compris, RV1 permet de régler le seuil de disjonction.
Choix de la résistance shunt
Quelques valeurs vous ont été proposées ci-avant pour la résistance R1, mais libre à vous de l'adapter précisement à vos besoins. N'oubliez pas que cette résistance peut chauffer et qu'un modèle de puissance est indispensable. Les valeurs de puissance que j'ai proposées permettent le passage du courant max des plages indiquées, notez toutefois que la résistance doit être correctement positionnée pour un refroidissement correct. Vous devez en particulier vous assurer qu'elle n'est pas "collée" au circuit imprimé, il faut la surélever pour que l'air puisse passer en dessous (convection naturelle). Autre point à préciser : j'ai fait le calcul de la puissance max dissipée en utilisant les valeurs de tension crête, ce qui signifie qu'en fait elle est un peu surévaluée. Mais une petite marge de sécurité ne peut pas faire de mal.Action directe / retardée
Avec la valeur donnée ici à C1 (470 uF), la crête de courant est (quasiment) tout de suite vue par le transistor Q1 et la disjonction est immédiate. En augmentant la valeur de C1, un petit retard peut être ajouté pour qu'une crête passagère (sur quelques alternances seulement du 50 Hz) ne soit pas systématiquement vue comme une surcharge dangereuse. Par exemple avec 4700 uF, un retard de quelques centaines de ms est possible. Bien sûr il serait possible d'utiliser un condensateur de plus faible valeur pour obtenir un retard plus élevé, mais en ajoutant quelques composants supplémentaires (un monostable ou autre circuit électronique adapté). Ici, la simplicité est de mise.Disjonction
Elle est assuré par le relais RL1 et par le transistor bipolaire Q1 de type 2N1711 (bien d'autres modèles NPN basse puissance peuvent convenir - au moins un bon millier, sans plaisanter). Tout comme pour le disjoncteur 001, il faut que le montage soit stable et ne bascule pas indéfiniment du mode "passant" au mode "coupé" lors d'une cause de surintensité permanente. Pour cela le relais, une fois activé par Q1, s'auto-alimente par le biais d'un de ses jeux de contacts mécaniques. Une action manuelle de la part de l'utilisateur est requise pour réarmer l'ensemble, via le bouton poussoir SW1 qui est un modèle "fermé au repos, momentané" et dont le contact s'ouvre quand on appuie dessus. Si la cause de la surintensité n'a pas disparue, le réarmement manuel provoque aussi sec une nouvelle disjonction. La LED rouge D3 indique en s'allumant que le disjoncteur est entré en action. Vous pouvez si vous le désirez, ajouter une résistance de 1 kO et une LED verte entre l'autre contact de l'inverseur du relais et le +12 V disponible après le poussoir SW1. Cette LED verte s'allumera quand le relais sera au repos, c'est à dire en condition normale de fonctionnement.Choix du relais
Comme le courant absorbé par le circuit à protéger circule dans les contacts du relais, ce dernier doit être choisi en conséquence. Je préconise un modèle dont les contacts mécaniques supportent un courant permanent de 8 A minimum, mais si la charge n'absorbe pas un courant élevé, vous pouvez vous contenter d'un modèle plus modeste, de 1 A ou 2 A par exemple. Notez qu'en fonctionnement normal le relais n'est pas activé, il ne l'est qu'en cas de disjonction.Alimentation du montage
Le relais qui assure la coupure d'énergie demande une certaine tension pour fonctionner, ici modèle 12 V donc tension 12 V requise. Vu qu'en plus de ce relais on n'a qu'une LED à alimenter, un petit transfo de 3 VA sera largement suffisant. Notre alimentation se résume ainsi à un petit transfo 9 V / 3 VA (TR1), suivi d'une diode de redressement (D4) et d'un condensateur de filtrage (C2). Vue le type de circuit et la consommation requise ici, point besoin d'un redressement double alternance. Hum, je vois la question qui vous brûle les lèvres : pourquoi un transfo de secondaire 9 V alors que le relais RL1 est un modèle 12 V ? Pour répondre à cette interrogation tout à fait légitime, rappelons que la tension secondaire de 9 V issue du transfo est efficace (RMS) et que la tension crête correspondante est de 9 * 1,41 = 12,6 V (plus d'infos). Si on tient compte de la chute de tension dans la diode D4 qui est de 0,6 V environ, on obtient 12 V. Le hasard fait tout de même bien les choses !Procédure de réglage
On peut y aller au pif en se mettant un peu au-delà de la limite de la disjonction, ou suivre la procédure plus rigoureuse (et pas indispensable) qui suit.- Mettre le potentiomètre RV1 en position minimale (curseur côté émetteur de Q1);
- Remplacer temporairement l'appareil à protéger par une charge résistive pure dont la valeur implique un courant égal ou proche de la valeur du seuil de disjonction (cette résistance peut être une combinaison de plusieurs pour aboutir à la valeur recherchée). Pour une valeur de courant élevée, attention à la puissance dissipée (ça peut chauffer).
- Mettre le tout sous tension.
- Ajuster RV1 doucement jusqu'à ce que ça disjoncte, puis revenir un peu en arrière.
- Réarmer en appuyant sur SW1 et vérifier que tout repart bien.
- Remplacer la résistance de charge par le circuit utile et vérifier que ça ne disjoncte pas en le mettant en circuit. Dans le cas contraire, relever un peu le seuil de disjonction en positionnant le curseur de RV1 un peu plus proche de sa position minimale.
Prototype
Non réalisé par mes soins, mais assemblé avec succès par Hubert D., que je remercie chaleureusement pour ses retours.
Circuit imprimé
Non réalisé.Historique
12/05/2013- Ajout photo prototype de Hubert D. que je remercie.
24/02/2013
- Première mise à disposition.