Comprendre les interrupteurs électriques : types, fonctions et applications

Bien que les interrupteurs soient fondamentaux aux systèmes électriques, une compréhension approfondie de leurs types est essentielle pour les chapitres qui suivent — ceux qui examinent la logique numérique à base d'interrupteurs mécaniques de la technologie antérieure.

Étudier les circuits pilotés par interrupteurs aux côtés des portes logiques à semi-conducteurs simplifie les deux concepts et pose les bases pour maîtriser l'algèbre de Boole, l'épine dorsale mathématique de la logique numérique.

Qu'est-ce qu'un interrupteur électrique ?

Un interrupteur électrique est un dispositif qui interrompt ou complète le flux d'électrons dans un circuit. Il se comporte comme un élément binaire — soit complètement « fermé » (marche) soit complètement « ouvert » (arrêt). Le chapitre explore les diverses catégories d'interrupteurs qui existent aujourd'hui.

Apprenez les différents types d'interrupteurs

Les interrupteurs les plus simples consistent en deux conducteurs rapprochés par un mécanisme d'actionnement. Des interrupteurs plus sophistiqués incorporent un circuit électronique qui répond à des stimuli physiques tels que la lumière ou les champs magnétiques.

Quelle que soit la complexité, un interrupteur présente finalement deux bornes de connexion qui sont soit jointes par un contact interne, soit laissées séparées.

Les interrupteurs conçus pour l'opération manuelle sont connus comme interrupteurs manuels, et ils existent en plusieurs variantes courantes :

Interrupteurs à bascule

Les interrupteurs à bascule sont actionnés par un levier qui peut être positionné dans l'une de deux ou plusieurs positions discrètes. Un interrupteur domestique classique en est un exemple typique.

La plupart des interrupteurs à bascule maintiennent leur levier dans toute position sélectionnée ; d'autres incorporent un ressort qui ramène le levier à une position « normale » par défaut, permettant une opération momentanée.

Interrupteurs poussoirs

Les interrupteurs poussoirs sont des dispositifs à deux positions actionnés en appuyant et relâchant un bouton. La plupart incluent un ressort qui restaure le bouton à sa position « sortie » pour une opération momentanée.

Certains poussoirs se verrouillent marche/arrêt à chaque pression, tandis que d'autres restent enfoncés jusqu'à relâchement manuel. Ces derniers comportent souvent un bouton en forme de champignon pour une action poussoir-tirer ergonomique.

Interrupteurs sélecteurs

Les interrupteurs sélecteurs utilisent un bouton rotatif ou un levier pour choisir l'une de plusieurs positions. Comme les interrupteurs à bascule, ils peuvent soit rester dans la position choisie, soit employer un rappel à ressort pour une utilisation momentanée.

Interrupteurs à joystick

Un interrupteur à joystick est actionné par un levier qui peut bouger sur plusieurs axes. Un ou plusieurs contacts internes s'ouvrent ou se ferment selon la direction du levier — et parfois selon la distance parcourue.

La notation cercle-et-point dans le symbole de l'interrupteur indique le mouvement de levier requis. Les interrupteurs à joystick manuels sont largement utilisés pour le contrôle de grues et de robots.

Certains interrupteurs sont spécifiquement conçus pour être actionnés par le mouvement d'une machine plutôt que par la main humaine. Ceux-ci sont appelés interrupteurs de fin de course car ils sont utilisés pour arrêter une machine quand un composant atteint une limite prédéterminée.

Interrupteurs de fin de course

Les interrupteurs de fin de course ressemblent beaucoup à des interrupteurs à bascule ou sélecteurs manuels robustes, mais leurs leviers sont entraînés par une pièce de machine. Un petit roulement à billes sur le bout du levier protège contre l'usure due aux contacts répétés.

Interrupteurs de proximité

Les interrupteurs de proximité détectent l'approche d'une pièce métallique via des champs magnétiques ou électromagnétiques à haute fréquence.

Les modèles de base utilisent un aimant permanent pour actionner un interrupteur scellé quand une pièce métallique arrive à environ un pouce. Les types plus avancés emploient une bobine alimentée par un courant haute fréquence ; la présence de métal change l'amplitude du courant, déclenchant le circuit.

La variante électronique est montrée par la boîte en forme de losange autour du symbole. Un interrupteur de proximité non-électronique utilise le même symbole qu'un interrupteur de fin de course à levier.

Les interrupteurs de proximité optiques utilisent une source lumineuse et un photodétecteur. Le faisceau est interrompu ou réfléchi par la pièce de machine, permettant à l'interrupteur de détecter la position. Ils sont aussi précieux dans les verrouillages de sécurité pour détecter du personnel dans des zones dangereuses.

Les différents types d'interrupteurs de processus

Dans les milieux industriels, les interrupteurs qui répondent à des variables de processus physiques sont indispensables. Ils peuvent déclencher des alarmes quand les paramètres dérivent ou arrêter l'équipement pour prévenir les dommages.

Interrupteurs de vitesse

Les interrupteurs de vitesse mesurent la rotation d'arbre en utilisant des masses centrifuges ou des capteurs optiques/magnétiques sans contact.

Interrupteurs de pression

Les interrupteurs de pression s'actionnent via un piston, diaphragme ou soufflet qui traduit la pression de gaz ou liquide en force mécanique.

Interrupteurs de température

Un capteur de température courant est la lame bimétallique — une fine feuille de deux métaux avec des taux de dilatation thermique différents. Quand la température change, la lame se courbe, actionnant l'interrupteur.

D'autres designs utilisent une ampoule en laiton remplie de liquide ou gaz liée à un élément de détection de pression. Chauffer l'ampoule dilate le contenu, augmentant la pression et déclenchant l'interrupteur.

Interrupteur de niveau de liquide

Les interrupteurs de niveau de liquide peuvent utiliser un élément flottant qui contacte un interrupteur quand le liquide monte à une hauteur prédéfinie. Si le liquide conduit l'électricité, une paire de sondes peut combler l'écart, et un relais est déclenché par le faible courant qui circule.

La détection de niveau pour solides — comme le grain ou l'alimentation — emploie souvent une roue à aubes ou un capteur à fourche vibrante qui détecte l'absence de mouvement quand la cuve atteint le niveau défini.

Interrupteur de débit de liquide

Un interrupteur de débit installé dans une tuyau surveille le débit par une pale ou aube entraînée par le fluide. D'autres variantes sont des interrupteurs à pression différentielle qui détectent la chute de pression à travers une restriction intégrée.

Interrupteur de niveau nucléaire

Un interrupteur de niveau nucléaire consiste en une source radioactive faible et un détecteur positionnés à travers le diamètre du récipient. Alors que le matériau s'accumule au-dessus de la source, l'atténuation du rayonnement réduit le signal du détecteur, déclenchant un relais pour indiquer le niveau.

Puisque la source et le détecteur sont externes au récipient, aucune intrusion physique n'est requise, et le rayonnement utilisé est sûr pour le personnel.

Tous les interrupteurs ont de multiples applications

Il y a rarement un interrupteur « parfait » unique pour un travail ; chaque type offre des compromis en durabilité, temps de réponse et adéquation à l'environnement. Choisir le bon interrupteur est la clé d'un fonctionnement fiable.

RÉVISION :

• Un interrupteur est un dispositif électrique, généralement électromécanique, utilisé pour contrôler la continuité entre deux points.
• Les interrupteurs manuels sont actionnés par le toucher humain.
• Les interrupteurs de fin de course sont actionnés par le mouvement d'une machine.
• Les interrupteurs de processus sont actionnés par des changements dans quelque variable physique (température, niveau, débit, etc.).

FICHES D'EXERCICES ASSOCIÉES :

• Fiche d'exercices sur les interrupteurs