Modifier le modèle de contact

Un interrupteur peut être construit avec n'importe quel mécanisme mettant deux conducteurs en contact l'un avec l'autre de manière contrôlée.

Cela peut être aussi simple que de permettre à deux fils de cuivre de se toucher par le mouvement d'un levier, ou en poussant directement deux bandes métalliques en contact.

Cependant, une bonne conception d'interrupteur doit être robuste et fiable, et éviter de présenter à l'opérateur la possibilité d'un choc électrique. Par conséquent, les conceptions de commutateurs industriels sont rarement aussi grossières.

Les parties conductrices d'un interrupteur utilisées pour établir et couper la connexion électrique sont appelées contacts .

Les contacts sont généralement en argent ou en alliage argent-cadmium, dont les propriétés conductrices ne sont pas significativement compromises par la corrosion ou l'oxydation de la surface.

Les contacts en or présentent la meilleure résistance à la corrosion, mais ont une capacité de transport de courant limitée et peuvent « se souder à froid » s'ils sont réunis avec une force mécanique élevée.

Quel que soit le métal choisi, les contacts de l'interrupteur sont guidés par un mécanisme assurant un contact carré et régulier, pour une fiabilité maximale et une résistance minimale.

Facteurs limitatifs pour l'intensité de contact du commutateur

De tels contacts peuvent être construits pour gérer des quantités extrêmement importantes de courant électrique, jusqu'à des milliers d'ampères dans certains cas.

Les facteurs limitatifs pour l'intensité admissible des contacts de commutation sont les suivants :

• Chaleur générée par le courant à travers les contacts métalliques (lorsqu'ils sont fermés).
• Des étincelles se produisent lorsque les contacts sont ouverts ou fermés.
• La tension à travers les contacts de commutation ouverts (potentiel de courant sautant à travers l'espace).

Un inconvénient majeur des contacts de commutation standard est l'exposition des contacts à l'atmosphère environnante.

Dans un environnement de salle de contrôle agréable et propre, ce n'est généralement pas un problème. Cependant, la plupart des environnements industriels ne sont pas aussi bénins.

La présence de produits chimiques corrosifs dans l'air peut entraîner une détérioration et une défaillance prématurée des contacts.

Encore plus gênant est la possibilité d'étincelles de contact régulier provoquant l'inflammation de produits chimiques inflammables ou explosifs.

Interrupteurs à contact scellé

Lorsque de telles préoccupations environnementales existent, d'autres types de contacts peuvent être envisagés pour les petits commutateurs.

Ces autres types de contacts sont étanches au contact avec l'air extérieur et ne souffrent donc pas des mêmes problèmes d'exposition que les contacts standards.

Interrupteur Mercure

Un type courant d'interrupteur à contact scellé est l'interrupteur à mercure. Le mercure est un élément métallique, liquide à température ambiante.

Étant un métal, il possède d'excellentes propriétés conductrices. Étant un liquide, il peut être mis en contact avec des sondes métalliques (pour fermer un circuit) à l'intérieur d'une chambre étanche simplement en inclinant la chambre de sorte que les sondes soient au fond.

De nombreux interrupteurs industriels utilisent de petits tubes de verre contenant du mercure qui sont inclinés dans un sens pour fermer le contact et inclinés dans un autre pour s'ouvrir.

Mis à part les problèmes de rupture de tube et de déversement de mercure (qui est un matériau toxique), et la sensibilité aux vibrations, ces appareils sont une excellente alternative aux contacts d'interrupteur à ciel ouvert partout où les problèmes d'exposition environnementale sont une préoccupation.

Ici, un interrupteur à mercure (souvent appelé tilt interrupteur) est montré en position ouverte, où le mercure est hors de contact avec les deux contacts métalliques à l'autre extrémité de l'ampoule en verre :

Ici, le même interrupteur est représenté en position fermée. La gravité maintient maintenant le mercure liquide en contact avec les deux contacts métalliques, assurant la continuité électrique de l'un à l'autre :

Les contacts de commutateur au mercure ne sont pas pratiques à construire dans de grandes tailles, et vous trouverez donc généralement de tels contacts évalués à pas plus de quelques ampères et pas plus de 120 volts.

Il y a bien sûr des exceptions, mais ce sont des limites communes.

Commutateur Reed magnétique

Un autre type d'interrupteur à contact scellé est l'interrupteur à lames magnétiques. Comme l'interrupteur à mercure, les contacts d'un interrupteur à lames sont situés à l'intérieur d'un tube scellé.

Contrairement à l'interrupteur à mercure qui utilise du métal liquide comme moyen de contact, l'interrupteur à lames est simplement une paire de bandes métalliques magnétiques très minces (d'où le nom « reed ») qui sont mises en contact les unes avec les autres en appliquant un champ magnétique puissant. à l'extérieur du tube scellé.

La source du champ magnétique dans ce type d'interrupteur est généralement un aimant permanent, rapproché ou éloigné du tube par le mécanisme d'actionnement. En raison de la petite taille des lames, ce type de contact est généralement évalué à des courants et des tensions inférieurs à ceux d'un interrupteur à mercure moyen.

Cependant, les interrupteurs à lames gèrent généralement mieux les vibrations que les contacts au mercure, car il n'y a pas de liquide à l'intérieur du tube pour éclabousser.

Circuit « Snubber »

Il est courant de trouver que la tension nominale des contacts de commutateur à usage général et les intensités nominales sont supérieures sur un commutateur ou un relais donné si l'alimentation électrique commutée est en courant alternatif au lieu de courant continu. La raison en est la tendance à l'auto-extinction d'un arc à courant alternatif à travers un entrefer.

Étant donné que le courant de la ligne électrique à 60 Hz s'arrête et inverse la direction 120 fois par seconde, il existe de nombreuses possibilités pour l'air ionisé d'un arc de perdre suffisamment de température pour arrêter de conduire le courant, au point où l'arc ne redémarrera pas au prochain pic de tension. .

Le courant continu, d'autre part, est un flux continu et ininterrompu d'électrons qui a tendance à mieux maintenir un arc à travers un entrefer.

Par conséquent, les contacts de commutation de toute nature subissent plus d'usure lors de la commutation d'une valeur donnée de courant continu que pour la même valeur de courant alternatif.

Le problème de la commutation CC est exagéré lorsque la charge a une quantité importante d'inductance, car il y aura des tensions très élevées générées à travers les contacts de l'interrupteur lorsque le circuit est ouvert (l'inducteur fait de son mieux pour maintenir le courant du circuit à la même amplitude que lorsque l'interrupteur était fermé).

Avec AC et DC, l'arc de contact peut être minimisé avec l'ajout d'un circuit « snubber » (un condensateur et une résistance câblés en série) en parallèle avec le contact, comme ceci :

Une augmentation soudaine de la tension aux bornes du contact de l'interrupteur causée par l'ouverture du contact sera tempérée par l'action de charge du condensateur (le condensateur s'opposant à l'augmentation de la tension en tirant du courant).

La résistance limite la quantité de courant que le condensateur déchargera à travers le contact lorsqu'il se referme. Si la résistance n'était pas là, le condensateur pourrait en fait rendre l'arc pendant la fermeture du contact pire que l'arc pendant l'ouverture du contact sans condensateur !

Bien que cet ajout au circuit aide à atténuer les arcs de contact, il n'est pas sans inconvénient :une considération primordiale est la possibilité d'une combinaison condensateur/résistance défaillante (court-circuitée) fournissant un chemin pour que les électrons circulent à travers le circuit à tout moment, même lorsque le le contact est ouvert et le courant n'est pas souhaité.

Le risque de cette défaillance et la gravité des conséquences qui en résultent doivent être pris en compte par rapport à l'usure accrue des contacts (et à la défaillance inévitable des contacts) sans le circuit d'amortissement.

L'utilisation d'amortisseurs dans les circuits de commutation CC n'a rien de nouveau :les constructeurs automobiles le font depuis des années sur les systèmes d'allumage des moteurs, en minimisant les arcs électriques à travers les « points » de contact de l'interrupteur dans le distributeur avec un petit condensateur appelé condenseur .

Comme n'importe quel mécanicien peut vous le dire, la durée de vie des "points" du distributeur est directement liée au bon fonctionnement du condenseur.

Courant de mouillage

Avec toute cette discussion concernant la réduction de l'arc électrique des contacts des interrupteurs, on pourrait être amené à penser que moins de courant est toujours mieux pour un interrupteur mécanique.

Cependant, ce n'est pas nécessairement le cas. Il a été constaté qu'une petite quantité d'arcs périodiques peut en fait être bonne pour les contacts du commutateur, car elle maintient les faces de contact exemptes de petites quantités de saleté et de corrosion.

Si un contact d'interrupteur mécanique est actionné avec trop peu de courant, les contacts auront tendance à accumuler une résistance excessive et peuvent tomber en panne prématurément !

Cette quantité minimale de courant électrique nécessaire pour maintenir un contact d'interrupteur mécanique en bonne santé est appelée courant de mouillage .

Normalement, le courant nominal de mouillage d'un commutateur est bien inférieur à son courant nominal maximum et bien inférieur à sa charge de courant de fonctionnement normal dans un système correctement conçu.

Cependant, il existe des applications où un contact de commutateur mécanique peut être nécessaire pour gérer régulièrement des courants inférieurs aux limites de courant de mouillage normales (par exemple, si un commutateur de sélection mécanique doit ouvrir ou fermer une logique numérique ou un circuit électronique analogique où la valeur du courant est extrêmement faible. ).

Dans ces applications, il est fortement recommandé de spécifier des contacts de commutation plaqués or. L'or est un métal « noble » et ne se corrode pas comme les autres métaux le feront.

De tels contacts ont par conséquent des exigences de courant de mouillage extrêmement faibles. Les contacts normaux en argent ou en alliage de cuivre ne fourniront pas un fonctionnement fiable s'ils sont utilisés dans un tel service à faible courant !

RÉVISION :

• Les parties d'un interrupteur responsables de l'établissement et de la coupure de la continuité électrique sont appelées « contacts ». Généralement fabriqués en alliage métallique résistant à la corrosion, les contacts sont faits pour se toucher par un mécanisme qui aide à maintenir un alignement et un espacement appropriés.
• Les interrupteurs au mercure utilisent une masse de mercure liquide comme contact mobile. Scellé dans un tube de verre, l'étincelle du contact au mercure est scellée de l'environnement extérieur, ce qui rend ce type d'interrupteur parfaitement adapté aux atmosphères potentiellement abritant des vapeurs explosives.
• Les interrupteurs à lames sont un autre type de dispositif à contact scellé, le contact étant établi par deux « lames » métalliques minces à l'intérieur d'un tube de verre, réunies par l'influence d'un champ magnétique externe.
• Les contacts du commutateur subissent une plus grande contrainte de commutation CC que CA. Ceci est principalement dû à la nature auto-extinguible d'un arc AC.
• Un réseau résistance-condensateur appelé « amortisseur » peut être connecté en parallèle avec un contact de commutation pour réduire la formation d'arcs de contact.
• Courant de mouillage est la quantité minimale de courant électrique nécessaire à un contact d'interrupteur pour qu'il soit autonettoyant. Normalement, cette valeur est bien en dessous du courant nominal maximum du commutateur.

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Feuille de travail sur les commutateurs