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Electronique

Sécuriser sa paillasse

vue du contacteur de commande et du câble équipé d'une fiche RJ11...Pourquoi est-ce que je trouve nécessaire de vouloir sécuriser sa paillasse ?
Pour plusieurs raisons, tout à fait personnelles il est vrai, que je vais détailler :

  1. l'intérêt premier est le fait de pouvoir mettre en/hors service la totalité des matériels (de mesure comme de maquettes en cours de développement) grâce à une commande simple
  2. en cas de disparition d'alimentation secteur durant un travail et/ou une mesure, la paillasse n'est pas automatiquement ré-alimentée.
    Il faudra dans ce cas réarmer manuellement le système de commande
  3. ayant installé mon petit labo dans la chambre de mon fils devenue vacante, et recevant souvent la visite de mes petits enfants aux doigts plus qu'agiles...
    Le système de protection possède une clé permettant d'inhiber totalement la mise en service, mais permettant toujours la mise hors service de l'ensemble par soucis de sécurité
  4. Le système de commande doit être alimenté en TBT (tension de 12 V) et l'étage de puissance isolé avec un optocoupleur
  5. je désirais un système DIY (Do It Yourself, ou faites le vous-même en Français) et bien sûr électronique qui tienne compte de mon cahier des charges
EXPLICATIONS

J'aurais fort bien pu utiliser ces petits coffrets de sécurité équipant les machines outils, mais comme je l'ai indiqué dans mon descriptif, je souhaitais le concevoir moi-même ceci surtout pour des questions d'intégration notamment dans le coffret électrique (Coffret à équiper - 2 rangées 18 modules) que j'ai installé tout spécialement dans mon labo.

PREMIÈRE VERSION
executable  INFOS PROJET
  Types de composants : Traversants
  Niveau : ◆◇◇◇◇
  Temps de construction : env. 2 h 30
  Coût : env. 60 €

vue du coffret de commande...J'ai donc imaginé une électronique que je désirais simple et utilisant des composants classiques. Le boîtier de commande recevant les deux boutons poussoirs vert et rouge de mise en et hors fonction ainsi que l'interrupteur à clé SPDT ON-(ON) sont logés dans un petit coffret BOPLA de type M210. Mon choix s'est porté sur ce coffret car je le possédais déjà, et qu'en plus il s'intègre mécaniquement de façon parfaite dans mon bureau.
La partie puissance est quant à elle logée dans un petit boîtier aux normes DIN Rail qui se fixe donc sur les rails du tableau électrique. Elles est secondée par un contacteur pour tarifs heures creuses - bipolaire 230 V / 20 A. La raison de ce choix est qu'en cas de panne du circuit de commande (toujours envisageable, il convient de le prévoir...) est qu'il demeure possible de basculer manuellement directement sur le contacteur. De plus je le possédais déjà également.

La fonction de mémorisation de l'état "MARCHE" lors de l'appui sur le bouton poussoir vert est réalisée grâce à l'utilisation d'un thyristor, qui pilote un transistor et l'optocoupleur MOC3041M. L'impulsion produite par le BP-MARCHE au travers de la résistance R2 provoque la conduction du thyristor TRI1, qui restera dans cet état jusqu'à ce que le courant de la charge disparaisse. Ceci n'est possible qu'à deux conditions :

  1. application d'une impulsion négative sur la gâchette
  2. coupure de l'alimentation du thyristor

J'utilise dans mon système cette seconde condition très simple à mettre en œuvre grâce au BP-ARRÊT.

Lorsque le thyristor conduit, la base du transistor T1 portée à un potentiel proche de 0 V provoque sa conduction. La résistance R4 sert de polarisation de base du transistor T1 tandis que R3 limite le courant traversant le thyristor. La résistance R5 initie à ce moment un courant d'environ 13 mA qui traverse l'optocoupleur OK1. Ceci provoque alors la conduction du triac TRI2 et active le contacteur de puissance.
Les deux résistances R6/R7 possèdent des valeurs conseillées dans le datasheet du fabricant FAIRCHILD.
Lors de la disparition de la tension d'alimentation, le thyristor se bloque instantanément ce qui provoque le blocage du transistor T1. De fait plus aucun courant ne circule dans l'optocoupleur et le triac se bloque. Le contacteur de puissance est désactivé.

Cet opto-coupleur offre la particularité de commander le triac lors du passage par le zéro de l'onde alternative du secteur. L'intérêt majeur est qu'à ce moment précis de l'onde sinusoïdale le courant se trouve nul. C'est ce triac qui pilote le contacteur de puissance.

Le coffret de commande étant physiquement déporté par rapport au contacteur de puissance et son interface, j'ai intégré dans le petit boîtier DIN une fiche de type RJ11 qui reçoit le câble dans lequel transite outre l'info de pilotage de l'optocoupleur la tension d'alimentation AC12V.
Cette tension est redressée et stabilisée par le réseau constitué de la diode D1 (1N4007) et son condensateur de filtrage C2 (330µF/25V). Une diode Zener de 15V placée en amont du filtre protège de toute surtension éventuelle. Le thyristor TRI1 (BT169) pilote un transistor PNP T1 (BC516) qui permet ainsi de rendre conducteur l'optocoupleur OK1 (MOC3041M). La sortie de l'optocoupleur alimente le triac TRI2 (BTA08-400B) qui pilote le contacteur de puissance.
L'utilisation d'un triac avec des charges commutées inductives tels les moteurs ou relais nécessite normalement l'utilisation d'un filtre Snubber de protection composé généralement d'une résistance et d'un condensateur de faibles valeurs (ex. 39 Ω / 10 nF) placés entre les deux anodes du triac. Ce n'est pas utile ici car le triac utilisé en dispose déjà de part sa composition interne.
L'alimentation AC12V provient d'un adaptateur secteur de récupération dont la partie redressement était détruite. Ce n'est donc plus qu'un simple transformateur permettant de bénéficier de l'isolation en Classe II. Un adaptateur DC12V conviendrait aussi bien sûr, la diode D1 ne servirait alors de que simple protection contre une malencontreuse inversion de polarité... Le condensateur C2 de 330µF permet outre le filtrage après redressement d'amortir les micro-coupures, fréquentes sur le réseau électrique de mon habitation. Rien ne vous empêche bien entendu de diminuer la valeur de ce condensateur (ex: 220µF voire 100µF) pour rendre plus sensible le montage aux micro-coupures.

Votre œil averti n'aura pas manqué l'absence de fusibles... en fait l'entrée du circuit de puissance provient d'un interrupteur différentiel 30 mA (Interrupteur différentiel DX³-ID arrivée haute et départ haut à vis - 2P 230V~ 40A type AC 30mA - 2 modules) tandis que la sortie "utilisation" du contacteur de puissance possède un disjoncteur LEGRAND réf. 4067 74 (Phase+Neutre DNX³4500 6kA arrivée et sortie borne à vis - 1P+N 230V~ 16A courbe C - 1 module). Mais peut-être ai-je eu tord d'agir ainsi... rien ne vous empêche d'ajouter des fusibles, bien sûr.

SECONDE VERSION

Je vous propose également une seconde version de mon projet (v3.1), qui n'utilise plus cette fois de thyristor, mais une paire de transistors PNP/NPN de types BC557B et BC547B. Ces deux transistors s'accompagnent de deux résistances de polarisation de 10kΩ et forment un pseudo thyristor (j'ai repéré les (A) Anode / (G) Gâchette / (K) Cathode). A la mise sous tension, les deux transistors T2 (BC557B) et T3 (BC547B) se trouvent à l'état bloqué. Ils ne conduisent pas et le transistor T1 (BC557B) est également bloqué. Aucun courant ne circule dans l'optocoupleur OK1 (MOC3041M).
Lors d'un brève impulsion du bouton poussoir Marche, T3 devient conducteur et porte la base de T2 à un potentiel proche de 0V par l'intermédiaire de sa jonction VCE. De fait T2 devient à son tour conducteur et applique une tension positive sur la base de T3 même lors du relâchement du bouton poussoir Marche, la limitation de courant se faisant via R2 (2,2KΩ) et R5 (10KΩ). Un courant d'environ 10mA peut maintenant circuler dans l'optocoupleur OK1 par l'intermédiaire de T1 devenu lui aussi conducteur. La mise à l'arrêt se fait en pressant le bouton poussoir Arrêt. Vous pouvez constater que le fonctionnement est strictement équivalent au montage construit autour d'un vrai thyristor.

J'ai personnellement opté pour le thyristor pour des raisons de simplicité de câblage, tout bonnement...

D'autre part, il n'est nulle nécessité d'utiliser un transistor Darlington pour T1 (BC516) qu'il est bien évidemment possible de remplacer par un BC557B en modifiant toutefois la valeur de sa résistance de polarisation de base qui passe de 100KΩ à 22KΩ. J'ai utilisé un BC516 car je ne retrouvais plus les BC557 dans mes tiroirs pourtant bien classés, tout simplement... Le fonctionnement de l'ensemble demeure inchangé.

RÉALISATION

Comme je l'ai précédemment mentionné, j'ai utilisé deux coffrets pour réaliser le montage que j'ai scindé en deux parties :

Je n'ai pas réalisé de circuits imprimés pour ce projet, je me suis contenté d'utiliser des cartes pastillées achetées sur le site des Chinois ... Il convient seulement de prendre quelques précautions sur toute la surface utilisée par le triac car le secteur 230 V~ y est bien présent ! Je n'ai pas utilisé non plus de radiateur pour le triac compte tenu du faible courant commuté.
Le système est simple et très pratique à l'usage.

SCHÉMA ÉLECTRIQUE

Sécurité de la paillasse -- Schéma v3.0...Sécurité d'établi -- Schéma v3.1...

Package comprenant : save f2

Schéma de principe (sans PCB) sous Eagle v7.7.0 (version 3.0 et 3.1)

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