Types d’interrupteurs

Interrupteurs mécaniques

Les interrupteurs mécaniques peuvent être classés en différents types en fonction de plusieurs facteurs tels que la méthode d’actionnement (manuel, interrupteurs de fin de course et de processus), le nombre de contacts (interrupteurs à contact unique et à contacts multiples), le nombre de pôles et de lancers (SPST, DPDT, SPDT, etc.), le fonctionnement et la construction (bouton poussoir, bascule, rotatif, joystick, etc.), en fonction de l’état (interrupteurs momentanés et verrouillés), etc.

Selon le nombre de pôles et de lancers, les interrupteurs sont classés dans les types suivants. Le pôle représente le nombre de circuits électriques individuels qui peuvent être commutés. La plupart des interrupteurs sont conçus pour avoir un, deux ou trois pôles et sont désignés comme unipolaire, bipolaire et tripolaire.

Le nombre de lancers représente le nombre d’états vers lesquels le courant peut passer à travers l’interrupteur. La plupart des interrupteurs sont conçus pour avoir soit un ou deux lancers qui sont désignés comme des interrupteurs unipolaires et bipolaires.

Interrupteur unipolaire à simple lancer (SPST)

• Il s’agit de l’interrupteur de base ON et OFF constitué d’un contact d’entrée et d’un contact de sortie.
• Il commute un seul circuit et il peut soit faire (ON) ou couper (OFF) la charge.
• Les contacts du SPST peuvent être des configurations normalement ouvertes ou normalement fermées .

Interrupteur unipolaire à double détente (SPDT)

• Cet interrupteur possède trois bornes,une est un contact d’entrée et les deux autres sont des contacts de sortie.
• Ce qui signifie qu’il se compose de deux positions ON et d’une position OFF.
• Dans la plupart des circuits, ces interrupteurs sont utilisés comme inverseur pour connecter l’entrée entre deux choix de sorties.
• Le contact qui est connecté à l’entrée par défaut est appelé contact normalement fermé et le contact qui sera connecté pendant le fonctionnement ON est un contact normalement ouvert.

Interrupteur bipolaire à simple effet (DPST)

• Cet interrupteur est constitué de quatre bornes,deux contacts d’entrée et deux contacts de sortie.
• Il se comporte comme deux configurations SPST distinctes, fonctionnant en même temps.
• Il n’a qu’une seule position ON, mais il peut actionner les deux contacts simultanément, de sorte que chaque contact d’entrée sera connecté à son contact de sortie correspondant.
• En position OFF, les deux interrupteurs sont à l’état ouvert.
• Ce type d’interrupteurs est utilisé pour contrôler deux circuits différents à la fois.
• De plus, les contacts de cet interrupteur peuvent être des configurations normalement ouvertes ou normalement fermées.

Interrupteur bipolaire à double détente (DPDT)

• Il s’agit d’un interrupteur bipolaire ON/OFF composé de deux positions ON.
• Il a six bornes,deux sont des contacts d’entrée et les quatre autres sont les contacts de sortie.
• Il se comporte comme deux configurations SPDT distinctes, fonctionnant en même temps.
• Deux contacts d’entrée sont connectés à l’un des ensembles de contacts de sortie dans une position et dans une autre position, les contacts d’entrée sont connectés à l’autre ensemble de contacts de sortie.

Interrupteur à bouton poussoir

• C’est un interrupteur à contact momentané qui établit ou interrompt la connexion tant qu’une pression est appliquée (ou lorsque le bouton est enfoncé).
• Généralement, cette pression est fournie par un bouton pressé par le doigt de quelqu’un.
• Ce bouton revient à sa position normale, une fois la pression supprimée.
• Le mécanisme à ressort interne actionne ces deux états (enfoncé et relâché) d’un bouton-poussoir.
• Il est constitué de contacts fixes et mobiles, dont les contacts fixes sont connectés en série avec le circuit à commuter tandis que les contacts mobiles sont attachés à un bouton-poussoir.
• Les boutons poussoirs sont principalement classés en boutons poussoirs normalement ouverts, normalement fermés et à double action, comme le montre la figure ci-dessus.
• Les boutons poussoirs à double action sont généralement utilisés pour commander deux circuits électriques.

Interrupteur à bascule

• Un interrupteur à bascule est actionné manuellement (ou poussé vers le haut ou le bas) par une poignée mécanique, un levier ou un mécanisme à bascule. Ils sont couramment utilisés comme interrupteurs de contrôle de lumière.
• La plupart de ces interrupteurs viennent avec deux positions de levier ou plus qui sont dans les versions d’interrupteur SPDT, SPST, DPST et DPDT. Ils sont utilisés pour la commutation de courants élevés (jusqu’à 10 A) et peuvent également être utilisés pour la commutation de petits courants.
• Ils sont disponibles en différentes valeurs nominales, tailles et styles et sont utilisés pour différents types d’applications. La condition ON peut être n’importe laquelle de leurs positions de niveau, cependant, par convention, le bas est la position fermée ou ON.

Interrupteur de fin de course

• Les schémas de commande d’un interrupteur de fin de course sont illustrés dans la figure ci-dessus , dans laquelle quatre variétés d’interrupteurs de fin de course sont présentées.
• Certains interrupteurs sont actionnés par la présence d’un objet ou par l’absence d’objets ou par le mouvement d’une machine au lieu d’une opération manuelle humaine. Ces interrupteurs sont appelés interrupteurs de fin de course.
• Ces interrupteurs sont constitués d’un bras de type pare-chocs actionné par un objet. Lorsque ce bras de pare-chocs est actionné, il provoque le changement de position des contacts de l’interrupteur.

Interrupteurs à flotteur

• Les interrupteurs à flotteur sont principalement utilisés pour contrôler les pompes à moteur à courant continu et à courant alternatif en fonction du liquide ou de l’eau dans un réservoir ou un puisard.
• Cet interrupteur est actionné lorsque le flotteur (ou objet flottant) se déplace vers le bas ou vers le haut en fonction du niveau d’eau dans un réservoir.
• Ce mouvement du flotteur de l’ensemble tige ou chaîne et du contrepoids entraîne l’ouverture ou la fermeture des contacts électriques. Une autre forme d’interrupteur à flotteur est l’interrupteur de type ampoule à mercure qui ne comporte pas de tige de flotteur ou d’arrangement de chaîne.
• Cette ampoule est constituée de contacts à mercure de telle sorte que lorsque le niveau du liquide monte ou descend, l’état des contacts change également.
• Le symbole de l’interrupteur à flotteur à bille est illustré dans la figure ci-dessus. Ces interrupteurs à flotteur peuvent être de type normalement ouvert ou normalement fermé.

Interrupteurs de débit

• Ils sont principalement utilisés pour détecter le mouvement du flux de liquide ou d’air dans un tuyau ou un conduit. Le commutateur de débit d’air (ou un micro-commutateur) est construit par une action rapide.
• Ce micro-commutateur est fixé à un bras métallique .A ce bras métallique, une fine pièce en plastique ou en métal est connectée.
• Lorsqu’une grande quantité d’air passe à travers la pièce en métal ou en plastique, elle provoque le mouvement du bras métallique et actionne ainsi les contacts de l’interrupteur.
• Les interrupteurs de débit liquide sont conçus avec une palette qui s’insère en travers du flux de liquide dans un tuyau. Lorsque le liquide s’écoule dans le tuyau, la force exercée contre la palette change la position des contacts.
• La figure ci-dessus montre le symbole du commutateur utilisé à la fois pour le débit d’air et le débit de liquide. Le symbole du drapeau sur l’interrupteur indique la palette qui détecte l’écoulement ou le mouvement du liquide.
• Ces interrupteurs retrouvent des configurations de type normalement ouvert ou normalement fermé.

Contacts de pression

• Ces interrupteurs sont couramment utilisés dans les applications industrielles afin de détecter la pression des systèmes hydrauliques et des dispositifs pneumatiques.
• Selon la plage de pression à mesurer, ces pressostats sont classés en pressostat à membrane, pressostat de type soufflet métallique et pressostat de type piston.
• Dans tous ces types, l’élément de détection de la pression actionne un ensemble de contacts (qui peuvent être des contacts bipolaires ou unipolaires).
• Ce symbole de commutateur consiste en un demi-cercle relié à une ligne dans laquelle la partie plate indique une membrane. Ces interrupteurs peuvent être des configurations de type normalement ouvert ou normalement fermé.

Commutateurs de température

• L’élément de détection de chaleur le plus courant est la bande bimétallique qui fonctionne sur le principe de la dilatation thermique.
• Les bilames sont fabriqués avec deux métaux dissemblables (qui ont des taux de dilatation thermique différents) et sont collés l’un à l’autre.
• Les contacts du commutateur sont actionnés lorsque la température fait plier ou enrouler le bilame. Une autre méthode de fonctionnement du commutateur de température consiste à utiliser un tube de verre au mercure.
• Lorsque l’ampoule est chauffée, le mercure dans le tube se dilate et génère alors une pression pour actionner les contacts.

Interrupteur à manette

• Les interrupteurs à manette sont des dispositifs de contrôle actionnés manuellement utilisés principalement dans les équipements de contrôle portables.
• Il est constitué d’un levier qui se déplace librement sur plus d’un axe de mouvement.
• Selon le mouvement du levier poussé, un ou plusieurs contacts d’interrupteur sont actionnés.
• Ils conviennent parfaitement pour l’abaissement, la montée et le déclenchement de mouvements vers la gauche et la droite.
• Ils sont utilisés pour les machines de construction, les commandes par câble et les grues. Le symbole du joystick est illustré ci-dessous.

Commutateurs rotatifs

• Ils sont utilisés pour connecter une ligne à une ligne parmi plusieurs.
• Ces commutateurs sont par exemple des sélecteurs de gamme dans les appareils de mesure électrique, des sélecteurs de canaux dans les appareils de communication et des sélecteurs de bande dans les radios multibandes.
• Il est constitué d’un ou plusieurs contacts mobiles (bouton) et de plus d’un contact fixe.
• Ces interrupteurs sont livrés avec différentes dispositions de contacts comme unipolaire 12 voies, 3 pôles 4 voies, 2 pôles 6 voies et 4 pôles 3 voies.

Interrupteurs électroniques

Les interrupteurs électroniques sont généralement appelés interrupteurs à semi-conducteurs car il n’y a pas de pièces physiques mobiles et donc absence de contacts physiques. La plupart des appareils sont contrôlés par des commutateurs à semi-conducteurs tels que les entraînements de moteur et les équipements CVC.

Il existe différents types de commutateurs à semi-conducteurs sont disponibles sur le marché actuel avec différentes tailles et valeurs nominales. Certains de ces interrupteurs à semi-conducteurs comprennent les transistors, les SCR, les MOSFET, les TRIAC et les IGBT.

Transistors bipolaires

Un transistor permet soit de laisser passer le courant, soit de le bloquer, comme le fonctionnement d’un interrupteur normal.

Dans les circuits de commutation, le transistor fonctionne en mode de coupure pour la condition OFF ou de blocage du courant et en mode de saturation pour la condition ON. La région active du transistor n’est pas utilisée pour les applications de commutation.

Les transistors NPN et PNP fonctionnent ou s’allument lorsqu’un courant de base suffisant leur est fourni. Lorsqu’un petit courant traverse la borne de base alimentée par un circuit de commande (connecté entre la base et l’émetteur), il provoque l’allumage du trajet collecteur-émetteur.

Et il est éteint lorsque le courant de base est supprimé et que la tension de base est réduite à une légère valeur négative. Même si elle utilise un petit courant de base, elle est capable de transporter des courants beaucoup plus élevés à travers le chemin collecteur-émetteur.

Diode de puissance

Une diode peut effectuer des opérations de commutation entre ses états d’impédance d’état haut et bas. Des matériaux semi-conducteurs tels que le silicium et le germanium sont utilisés pour construire les diodes.

En général, les diodes de puissance sont construites en utilisant du silicium afin de faire fonctionner le dispositif à des courants plus élevés et à des températures de jonction plus élevées. Elles sont construites en joignant des matériaux semi-conducteurs de type p et n pour former une jonction PN. Elle possède deux bornes à savoir l’anode et la cathode.

Lorsque l’anode est rendue positive par rapport à la cathode et par l’application d’une tension supérieure au niveau de seuil, la jonction PN est polarisée dans le sens direct et commence à conduire (comme un interrupteur ON). Lorsque la borne de cathode est rendue positive par rapport à l’anode, la jonction PN est polarisée en inverse et son bloque le flux de courant (comme un interrupteur OFF).

MOSFET

Transistor à effet de champ à semi-conducteur à oxyde métallique (MOSFET) est un dispositif de commutation unipolaire et à haute fréquence. C’est un dispositif de commutation le plus couramment utilisé dans les applications électroniques de puissance. Il possède trois bornes à savoir le drain (sortie), la source (commun) et la grille (entrée).

C’est un dispositif commandé par tension, c’est-à-dire qu’en contrôlant la tension d’entrée (grille à la source), la résistance entre le drain et la source est contrôlée, ce qui détermine en outre l’état ON et OFF du dispositif.

Les MOSFET peuvent être des dispositifs à canal P ou à canal N. Le MOSFET à canal N est accordé sur ON en appliquant un VGS positif par rapport à la source (à condition que le VGS soit supérieur à la tension de seuil).

Le MOSFET à canal P fonctionne de manière similaire au MOSFET à canal N, mais il utilise une polarité inverse des tensions. Les deux VGS et VDD sont négatifs par rapport à la source pour allumer le MOSFET à canal P.

IGBT

L’IGBT (Transistor bipolaire à grille isolée) combine les plusieurs avantages du transistor de puissance à jonction bipolaire et du MOSFET de puissance. Comme un MOSFET, c’est un dispositif commandé en tension et il présente une chute de tension à l’état passant plus faible (inférieure à celle du MOSFET et plus proche du transistor de puissance).

Il s’agit d’un dispositif de commutation à semiconducteur à haute vitesse à trois bornes. Ces bornes sont l’émetteur, le collecteur et la grille.

Similaire au MOSFET, l’IGBT peut être mis sous tension en appliquant une tension positive (supérieure à la tension de seuil) entre la grille et l’émetteur. L’IGBT peut être allumé en réduisant à zéro la tension entre la grille et l’émetteur. Dans la plupart des cas, il a besoin d’une tension négative pour réduire les pertes à l’extinction et éteindre l’IGBT en toute sécurité.

SCR

Un redresseur commandé au silicium (SCR) dispositif de commutation à haute vitesse le plus largement utilisé pour les applications de contrôle de la puissance. C’est un dispositif unidirectionnel comme une diode, composé de trois bornes, à savoir l’anode, la cathode et la grille.

Un SCR est allumé et éteint en contrôlant son entrée de grille et les conditions de polarisation des bornes de l’anode et de la cathode. Le SCR est constitué de quatre couches alternées P et N telles que les limites de chaque couche forment des jonctions J1, J2 et J3.

TRIAC

Le commutateur Triac (ou TRIode AC) est un dispositif de commutation bidirectionnel qui est un circuit équivalent de deux SCR dos à dos de connexion avec une borne de grille.

Sa capacité à contrôler le courant alternatif dans les pics positifs et négatifs de la forme d’onde de la tension rend souvent ces dispositifs à être utilisés dans les contrôleurs de vitesse de moteur, les gradateurs de lumière, les systèmes de contrôle de la pression, les entraînements de moteur et d’autres équipements de contrôle du courant alternatif.

DIAAC

Un DIAC (ou commutateur AC DIode) est un dispositif de commutation bidirectionnel et il se compose de deux bornes qui ne sont pas nommées comme anode et cathode. Cela signifie qu’un DIAC peut être actionné dans l’une ou l’autre direction indépendamment de l’identification de la borne. Cela indique que le DIAC peut être utilisé dans l’une ou l’autre direction.

Lorsqu’une tension est appliquée aux bornes d’un DIAC, il fonctionne soit en mode de blocage en avant, soit en mode de blocage en arrière, sauf si la tension appliquée est inférieure à la tension de rupture. Une fois que la tension est augmentée plus que la tension de rupture, la rupture par avalanche se produit et le dispositif commence à conduire.

Thyristor Gate Turn-Off

Un GTO (Gate Turn off Thyristor) est un dispositif de commutation à semi-conducteur bipolaire. Il possède trois bornes comme l’anode, la cathode et la grille. Comme son nom l’indique, ce dispositif de commutation est capable de s’éteindre par la borne de la grille.

Un GTO est allumé en appliquant un petit courant de grille positif déclenche le mode de conduction et éteint par une impulsion négative sur la grille. Le symbole GTO se compose de doubles flèches sur la borne de la grille qui représente le flux bidirectionnel du courant à travers la borne de la grille.

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