Cette matière concerne la conception de montages électriques en domaine domestique et
industriel : analyse, principe de fonctionnement, schématisation des circuits électriques, apprendre
les différents types d’appareillages de protection et de commande ainsi que le dimensionnement de
l’appareillage électrique pour tous types d’application. Elle permet aussi à l’étudiant de mettre en
pratique les connaissances acquises durant sa formation en réalisant des circuits électriques et les
appliquer aux circuits d’éclairage et commande des moteurs électriques.
Le cours traite quatre chapitres :
Chapitre I: Appareillage électrique
Chapitre II: Élaboration des schémas électriques
Chapitre III: Circuits d’éclairage
Chapitre IV: Trois modes de commande d'un moteur électrique
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Sommaire
Chapitre I: Appareillage électrique
I.1 Les interrupteurs ………………………………………………………………………………………………...04
I.2 Les commutateurs ………………………………………………………………………………………………08
I.3 Le sectionneur ………………………………………………………………………………………...……….…08
I.4 Le contacteur……………………………………………………………………………………………………....10
II.1 Symboles normalisés de l'appareillage électrique……………………………………..…………42
II.2 Classification des schémas selon le mode de représentation………………………..………45
II.3 Les schémas électriques domaine domestique …………………………………………..……….46
II.4 Les schémas électriques dans le domaine industriel ………………………………….……….48
Chapitre III. Circuits d’éclairage
III.1. Montage simple allumage………………………………………………………………………………...52
III.2.Montage double allumage………………………………………………………………………….……...53
III.3.Montage va et vient………………………………………………………………………………………….55
III.4.Allumage par télérupteur………………………………………………………………………….………58
III.5. Allumage par minuterie…………………………………………………………………………………...60
III.5.1. Principe d’une minuterie avec effet ………………………………………………..…………….60
III.5.2. Principe d’une minuterie sans effet…………………………………………………..…………..61
Chapitre IV. Trois modes de commande d'un moteur électrique
IV.1. Démarrage direct à un seul sens de rotation………………………………………….…………..62
IV.2. Démarrage direct moteur avec double sens de rotation……………………………….…….65
IV.3. Démarrage étoile triangle…………………………………………………………………….…………..67
Chapitre I: Appareillage électrique
1. Les interrupteurs
Définition : L’interrupteur électrique est un organe physique qui permet de commander un circuit
électrique, permettant d'interrompre ou d'autoriser le passage de courant. Il est symbolisé dans la
norme NE par la lettre S.
Figure I.1:Symbole standard d’un interrupteur
(a) Etat ouvert (b) état fermé
Il existe plusieurs types des interrupteurs :
Interrupteur à bouton poussoir
L'interrupteur à bouton poussoir est un dispositif à action momentané ou fugitif qui sert à
envoyer une impulsion électrique en ouvrant ou fermant un circuit. L'appui d'un bouton entraine une
modification de l'état du contact.
Figure I.3 : Etats des interrupteurs commutateurs,
S3 interrupteurs rotatif à clef, S4 commutateur rotatif et S5 Bouton d'arrêt d'urgence coup de poing.
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Les interrupteurs sont repérés dans les schémas électriques par le numéro 1et 2 pour l’état fermé et 3 et 4 pour l’état ouvert comme illustré à la figure I.4, ainsi le diagramme de
fonctionnement des boutons poussoirs est démontré à la figure I.2.
Figure I.4: Diagramme de fonctionnement des interrupteurs
Interrupteur à levier
Les interrupteurs à levier comptent parmi les composants électriques les plus basiques et les plus
courants. Le levier de commande dépasse sur la face avant d'un support qui peut être un tableau de
bord, sur lequel est fréquemment fixé l'interrupteur par un dispositif d'écrou.
Figure I.5 : Interrupteur à levier
Interrupteur à bascule
Les interrupteurs à bascule sont les plus courants. Ils ont un fonctionnement identique au levier,
le bouton basculeur n'étant qu'un levier à plat. Ils sont limités à trois états, fréquemment deux états
sont utilisés (marche/arrêt). Leur position n'est pas forcément facile à visualiser rapidement, sauf
lorsque leur ergonomie est spécifiquement étudiée, comme par exemple dans les équipements
d'automobile. Ce type d'interrupteur est le plus souvent le plus fiable, car la mécanique du basculeur
est spécifiquement adaptée à la commutation électrique : en associant le travail de l'opérateur à
l'action d'un dispositif de ressort particulièrement simple, il assure des transitions électriques et
mécaniques franches et fiables.
Figure I.6 : Interrupteur à bascule
•Interrupteur à glissière
Un interrupteur à glissière possède l'avantage de pouvoir offrir plus de trois positions stables,
avec en prime un repère visuel de sa position. Par contre, il est quelquefois mal aisé à manipuler, il
requiert le plus souvent une bonne attention et un certain doigté pour être actionné.
Ce type d'interrupteur était fréquemment utilisé dans les appareils de sonorisation domestiques et
professionnels, où il est désormais remplacé par des interrupteurs électroniques statiques en circuit
intégré, bien plus fiables et nettement moins coûteux.
Figure I.7 : Interrupteur à glissière
Bouton tournant ou interrupteur commutateur rotatif
Les interrupteurs rotatifs, fréquemment nommés commutateurs rotatifs sont commandés par un
axe sur lequel est fixé un bouton qui sert en même temps d'enjoliveur. Ce type d'interrupteur peut
comporter toujours plus de positions stables qu'un interrupteur à glissière et , peut offrir de nombreux
circuits scindés. Sur certains modèles ces deux paramètres peuvent même être modifiés avant
l'installation.
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Figure I.8 : Commutateur rotatif
Interrupteur à Lame Souple
Un Interrupteur à Lame Souple (ILS ou interrupteur reed) est un interrupteur qui établit ou coupe
une connexion électrique selon la présence ou non d'un champ magnétique.
Il est le plus souvent constitué d'une ampoule de verre protectrice contenant une atmosphère non
oxydante (sans oxygène ni vapeur d'eau) et deux contacts souples. Ces contacts sont magnétisables et
élastiques, à base de fer doux par exemple. En présence d'un champ magnétique, les contacts
s'aimantent par influence, et sont attirés l'un par l'autre. Ils se rapprochent et se touchent, établissant
le courant. Quand le champ magnétique cesse, l'aimantation cesse aussi, et l'élasticité des contacts les
écarte, coupant le courant.
Il est fréquemment utilisé comme capteur fin de course pour les vérins, ou en générateur
d'impulsions de comptage : un aimant permanent fixé sur la partie mobile modifie l'état de
l'interrupteur en passant devant, transmettant ainsi une information au dispositif de commande ou au
compteur.
Figure I.9 : Interrupteur à lame souple
2. Les commutateurs
Le commutateur est un interrupteur qui permet de choisir entre plusieurs états actifs d'un appareil
donc il est destiné à couper, à rétablir, à inverser le sens du courant électrique, ainsi que le distribuer
à volonté dans différents circuits. Commutateur universel, commutateur-inverseur, commutateur de
couplage comme il existe des commutateurs à plusieurs pôles.
Figure I.10 : Symbole d'un inverseur
3. Le sectionneur
Le sectionneur est un appareil électromécanique symbolisé par Q permettant de séparer de façon
mécanique, un circuit électrique et son alimentation, tout en assurant physiquement une distance de
sectionnement satisfaisante électriquement afin d’isoler la partie de l’installation en aval du
sectionneur.
L'objectif peut être d'assurer la sécurité des personnes travaillant sur la partie isolée du réseau
électrique ou bien d'éliminer une partie du réseau en dysfonctionnement pour pouvoir en utiliser les
autres parties.
Le sectionneur, à la différence du disjoncteur ou de l'interrupteur, n'a pas de pouvoir de coupure,
ni de fermeture. Il est impératif d'arrêter l'équipement aval pour éviter une ouverture en charge. Dans
le cas contraire de graves brûlures pourraient être provoquées, liées à un arc électrique provoqué par
l'ouverture.
Figure I.11 : Sectionneurs basse tension
(a) Une coupure électrique réellement visible (b) sectionneur porte fusible (c) interrupteur
sectionneur
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Il existe plusieurs types des sectionneurs dans le marche parmi les quels on peut citer deux
grandes catégories :
3.1 Sectionneur basse tension:
Cet appareil est souvent muni de fusibles, il est alors appelé sectionneur porte-fusibles. Certains
sectionneurs comportent aussi des contacts à pré-coupure permettant de couper la commande des
organes de puissance afin d'éviter une manœuvre en charge.
3.2 Sectionneur haute tension:
La fonction principale d'un sectionneur haute tension est de pouvoir séparer
un élément d'un réseau électrique (ligne à haute tension, transformateur, portion de poste
électrique,...) afin de permettre à un opérateur d'effectuer une opération de maintenance sur cet
élément sans risque de choc électrique. On combine souvent les sectionneurs haute tension et basse
tension de forte puissance avec une mise à la terre. Il s'agit d'un organe de sécurité, dont le but est de
fixer le potentiel d'une installation préalablement mise hors tension, pour permettre l'intervention
humaine en toute sécurité sur une installation.
Figure I.12 : Schéma et symbole d’un sectionneur triphasé
Le principe de fonctionnement et conditions d’installation sont résumes dans les points suivants :
S’installe majoritairement en tête d’une installation électrique ;
indiquer sans ambiguïté sa position : on parle parfois de coupure visible
Permet d’isoler un circuit électrique (partie puissance et commande) du réseau d’alimentation
dont il doit couper tout les conducteurs actif sauf le PEN.
Contrairement à l’interrupteur –sectionneur, le sectionneur porte fusible n’a pas de pouvoir de
coupure : il ne permet pas de couper un circuit électrique en charge (moteur électrique en
rotation, résistances de chauffage alimentées,…) ;
Est un organe de sécurité lors d’une intervention de maintenance : cadenassé en position ouverte
par un agent de maintenance habilité, il interdit toute remise en marche du système, cette
opération appelé aussi consignation.
Peut être manipulé depuis l’extérieur de l’armoire électrique grâce à une poignée.
A la différence du sectionneur porte-fusibles, l’interrupteur sectionneur n’a pas de fusible
associé, il faudra donc rajouter dans le circuit un système de protection contre les courts-circuits.
4. Le contacteur
Le contacteur est un appareil de commande capable d'établir ou d'interrompre le passage de
l'énergie électrique afin d'alimenter des moteurs industriels de grande puissance (plus de 50 kW) et
en général des consommateurs de fortes puissances symbolisé par KM. Il assure la fonction
commutation électrique. II est capable d'établir, de supporter et d'interrompre des courants dans les
conditions normales du circuit, y compris les conditions de surcharges en service donc il possède le
pouvoir de coupure PdC. L'intérêt du contacteur est de pouvoir être commandé à distance. Il fait
partie de la famille des pré-actionneurs puisqu'il se trouve avant l'actionneur dans la chaîne
énergétique. Un contacteur peut être actionné à partir des éléments du circuit de commande (Bouton
poussoir, Capteur, etc.).
Il est aussi utilisé en milieu domestique pour alimenter des appareils électriques comme le
chauffage ou le chauffe-eau, car les organes de commande (thermostat, interrupteur-horaire et autres
contacts de commande) risqueraient d'être rapidement détériorés par le courant trop important.
4.1 Constitution
Les contacteurs peuvent être unipolaires, bipolaires, tripolaires ou encore tétra polaires, en
d’autres termes ils possèdent un, deux, trois ou quatre contacts de puissance. Sur les contacteurs de
puissance élevée les bobines sont souvent interchangeables, permettant de commander le contacteur
avec différentes tensions (24V, 48V, 110V, 230V, 400V).
4.2 Le circuit de puissance
C’est un ensemble de pièces conductrices du courant principal du contacteur. Il est constitué
de : Contacts principaux libellé (1/L1- T1/2, 3/L2-T2/4, 5/L3-T3/6).
Le contacteur de puissance comporte 4 ensembles fonctionnels :
• le circuit principal ou circuit de puissance
• le circuit de commande
• l’électro-aimant
• le circuit auxiliaire (bloc supplémentaire)
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Figure I.13 : Constitution d’un contacteur tripolaire
4.3 Le circuit de commande et de signalisation
Il comprend un ou deux ou quatre contact de commande pour par exemple (l’auto maintien,
signalisation des lampes témoins…) .
Figure I.14 : Contacts de commande d’un contacteur télémécanique
4.4 Bloc de contacts auxiliaires
Le bloc de contact auxiliaire est un appareil mécanique de connexion qui s’adapte sur les
contacteurs. Il permet d’ajouter de 2 à 4 contacts supplémentaires au contacteur. Les contacts sont
prévus pour être utilisés dans la partie commande des circuits. Ils ont la même désignation et
repérage dans les schémas que le contacteur sur lequel ils sont installés (KA, KM...).
Le circuit auxiliaire est réalisé par l’addition d’un bloc auxiliaire, il est destiné à remplir
autres fonctions qui comportent essentiellement des contacts auxiliaires instantanés et temporisés.
Ils ont la particularité de s’installer sur la face.
Figure I.15 : Bloc contacts auxiliaires
(a)bipolaire et (b) tétra polaire
4.5 L’organe moteur
L’électro-aimant est l’élément qui attire les contactes du circuit de puissance, de commande
et le bloc du circuit auxiliaire simultanément. Il comprend :
•une bobine alimentée sous une tension alternative ou continue en 24V ; 48V ; 110V ; 230V ;
400 V. Elle est repérée par les bornes A1, A2.
Figure I.16 : Constitution du contacteur télémécanique
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4.6 Critères de choix d’un contacteur
Les éléments à prendre en compte pour le choix d’un contacteur sont :
-l’altitude au dessus de 3000m
-la température ambiante si elle dépasse 55°C autour de l’appareil
-la tension (Ue) et le courant nominal d’emploi(Ie), qui dépend de la catégorie d’emploi
-du facteur de marche
-de la durée de vie électrique.
La catégorie d’emploi
Les catégories d’emploi normalisées fixent les valeurs de courant et de tension des contacteurs à
partir :
-de la nature des récepteurs
-des conditions dans lesquelles s’effectuent la fermeture et l’ouverture des contacteurs.
-Facteur de marche ( m ). C’est le rapport entre la durée du passage du courant et la durée
d’un cycle de fonctionnement.
Figure I.17 : Facteur de marche m
-Durée de la vie électrique : C’est le nombre de manœuvre en charge que les contacts
principaux peuvent supporter sans remplacement.
-Altitude : Elle agit sur la tension d’emploi et le courant d’emploi du contacteur.
Les contacteurs sont prévus pour fonctionner jusqu’à 3000m d’altitude. Au-delà, il faut
procéder à un déclassement de 1% par 100m au dessus de 3000m.
-Température.
T : température ambiante à l’extérieur du coffret.
T : température ambiante autour de l’appareil.
K : coefficient de majoration de l’intensité absorbée par le récepteur.
Tableau I.1 : coefficient de majoration de l’intensité absorbée par le récepteur en fonction de la
température
Le tableau suivant illustre les catégories des contacteurs à employer en tenant compte de la
nature du récepteur et les conditions dans lesquelles s’effectuent fermetures et ouvertures.
Tableau I.2 : les catégories d’emploi des contacteurs
Comment choisir pratiquement le contacteur approprié pour une installation électrique ?
Exemple illustratif :
Un aérotherme est composé d’un jeu de résistances triphasé d’une puissance de 25kW et d’un
moteur asynchrone à cage pouvant fonctionner en ventilation ou en extraction d’air d’une puissance
utile de 11kW, de rendement 80% fonctionnant sous tension triphasé de 400V, 50Hz et ayant un
facteur de puissance de 0,8. Sachant également que ce moteur effectue une coupure, moteur lancé, on
demande:
Combien de contacteurs seront nécessaire à la commande de ce système électrique ?
Réponse 1 : On utilise trois contacteurs, KM1 chauffage, KM2 ventilation et KM3 extraction.
Dans quelles catégories d’emploi se situeront-ils?
Réponse 2 : KM1 : Catégorie AC1, KM2 et KM3 : Catégorie AC3
Réponse 3:
Calcul du courant en ligne pour résistances I1= 25.103/ (400x1,732), I1= 36A.
Calcul de la puissance absorbée par moteur : Pa = Pu/ rendement = 11x103 / 0,8=13750W
Calcul du courant consommé par moteur I2 = 13750/400.1,732.0,8= 24,8A
Pour le choix des contacteurs approprié au système, on va se référer au catalogue du constructeur à
titre d’exemple Schneider :
Le choix du KM1 : Catégorie AC1
Le choix du KM2 et KM3 : Catégorie AC3
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Tableau I.3 : Catalogue des contacteurs
Le choix du KM2 et KM3 : Catégorie AC3
5. Fusibles
Les cartouches fusibles pour porte-fusible sont des dispositifs de sécurité qui assurent une
fonction de coupe-circuit. Conducteurs d’électricité, ils laissent passer le courant électrique
jusqu’à une certaine intensité : au-delà de leur valeur limite, ils fondent (certains sont d’ailleurs
équipés d’un témoin de fusion). En interrompant le courant électrique, ils assurent ainsi la
protection des circuits en cas de surintensité et permettent d’éviter tout risque d’incendie et autres
problème.
Figure I.18 : différents types de fusibles industriels
Adaptés aux sections des lignes utilisées dans le cadre de la norme NF C 15-100, ils sont
munis d’un code couleur qui exprime à la fois :
- le calibre en ampères (de 2 à 32 A) : il indique la valeur maximale d’intensité pouvant être
reçue.
- les dimensions du fusible : de 8,5 x 31,5 mm pour le plus petit à 10,3 x 38 mm pour le plus
grand.
Ils sont ainsi facilement repérables pour vous simplifier le choix.
Les fusibles pour appareils électroniques, en corps céramique, sont destinés à la protection
spécifique d’équipements et objets sensibles : variateurs de lumière, micro-informatique [1].
Figure I.18 : différents symboles du fusible
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5.1 Structure interne d’un fusible
a) L’élément fusible:
C’est le cœur du fusible, il est sensible à la valeur efficace du courant. Réalisé en matériau de très
faible résistivité, il se présente sous la forme d’un fil ou de ruban de section réduite qui crée une zone
de fusion privilégiée.
b) Le corps du fusible:
Il est en verre, en céramique ou en d’autres matériaux équivalents.
c) La matière de remplissage du fusible :
Généralement à base de silice granuleuse, son rôle est d’absorber l’énergie de l’arc et d’assurer
l’isolement après la coupure.
Figure I.19 : Structure du fusible
(a) Structure externe (b) Structure interne d’un fusible à cartouche et(c) structure interne d’un
fusible à couteau
5.2 Fonctionnement
a) Pour l’intensité nominale In, l’énergie dissipée par effet Joule s’évacue sans provoquer la
fusion.
L’équilibre thermique réalisé ne provoque ni vieillissement ni détérioration du fusible.
b) Lors d’une surintensité, l’équilibre thermique est rompu. L’élément fusible reçoit plus
d’énergie que ce qui peut être évacué. C’est la fusion.
5.3 Classes des cartouches fusibles:
Il existe plusieurs classes de fusibles afin de répondre aux exigences techniques des installations
électriques à utiliser.
- Classe AM (Accompagnement moteur) sont marqués en couleur verte, Fusibles légèrement
retardés pour circuit moteur ou circuits comportant un courant de démarrage (Id= 5 à 10 fois In)
- Classe gI (groupe Industriel) nouvelle norme gG sont marqués en couleur noire
Fusibles rapides pour circuits ne comportant pas de courant de démarrage tels que circuits lumières,
chauffage etc...
- Classe gF (cartouche domestique) sont marqués en couleur noire
Fusibles rapides réservés aux installations domestiques, aux caractéristiques identiques à
celles des gG, mais sans sable à l'intérieur de la cartouche e qui diminue leur prix mais aussi leur
pouvoir de coupure.
- Classe AD (abonnement distribution) sont marqués en couleur rouge
-Classe UR : Les fusibles ultra-rapides (UR) assurent la protection des semi-conducteurs de
puissance et des circuits sous tension continue.
Figure I.20 : La gamme de cartouche fusible industrielle propose par Legrand
- Intensités et tensions assignées (nominales) L’intensité assignée peut traverser indéfiniment
un fusible sans provoquer ni fusion, ni échauffement excessif ; la tension assignée est la
tension sous laquelle ce fusible peut être utilisé.
- Courants conventionnels de non-fusion et de fusion Courant conventionnel de non-
fusion (Inf) : “valeur du courant qui peut être supportée par la cartouche fusible pendant un
temps conventionnel sans fondre”.
- Courant conventionnel de fusion (If) : “courant qui provoque la fusion de la cartouche
fusible avant l’expiration du temps conventionnel”
Figure I.21 : Caracteristiques temps –intensité de fusion et non fusion
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5.4 Contraintes thermiques de pré-arc et d’arc
Un fusible coupe un court-circuit en deux temps : le pré-arc, puis l’arc. La contrainte
thermique de pré-arc correspond à l’énergie minimale nécessaire pour que l’élément fusible de la
cartouche commence à fondre. Il est important de connaître cette contrainte thermique pour
déterminer la sélectivité sur un court-circuit entre plusieurs systèmes de protection en série.
La contrainte thermique d’arc correspond à l’énergie limitée entre la fin du pré-arc et la
coupure totale.
Figure I.22 : Contraintes thermiques de pré-arc et d’arc
5.5 Les contraintes thermiques d’une cartouche fusible (I2t)
C’est l’énergie par unité de résistance nécessaire à la fusion du fusible. Cette contrainte thermique
doit être inférieure à celle de l’installation à protéger.
Figure I.23 : Les contraintes thermiques d’une cartouche fusible (I²t)
Figure I.24 : Courbes de fusion des cartouches fusibles de type gG
Figure I.25 : Courbes de fusion des cartouches fusibles de type aM
5.6 Exemple de choix du sectionneur et cartouche fusible:
Soit un moteur triphasé 3x380V de puissance utile 8kW, de cosØ =0.851 et de rendement η = 80%.
Trouver le sectionneur et le cartouche fusible adéquat ?
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6. Relais thermique
Le relais thermique est un appareil qui protège les moteurs électriques contre les surcharges. Pour
cela, il surveille en permanence le courant dans le récepteur.
En cas de surcharge, le relais thermique n’agit pas directement sur le circuit de puissance mais il agit
sur le contact de commande 95-96 d’où il ouvre le circuit de commande qui désexcite la bobine A1A2 du contacteur KM et le courant traversant le récepteur est coupé.
Le relais thermique est représenté par la lettre F sur les schémas.
6.1Fonctionnement :
Le relais thermique est constitué d’un bilame métallique (deux lames à coefficient de
température différent). Le passage du courant, s’il est supérieur à la valeur de réglage du relais,
provoque l’échauffement et la déformation du bilame. Un contact électrique associé à ce bilame,
déclenche le circuit de commande.
Figure I.26 : Principe de fonctionnement du relais thermique
En cas de coupure de phase ou de déséquilibre sur les trois phases d’alimentation d’un
moteur, le dispositif dit différentiel agit sur le système de déclenchement du relais thermique.
Principe de la compensation en température : Afin d’éviter un déclenchement intempestif dû aux variations de la température ambiante, un
bilame de compensation est monté sur le système principal du déclenchement. Ce bilame de
compensation se déforme dans le sens opposé à celui des bilames principaux.
Le circuit principal ou circuit de puissance est intégré entre le contacteur et le moteur. Il est