L'électricité en conditionnement d'air

Etant donné la complexité des installations de conditionnement d’air à contrôle électrique, le dépanneur doit être capable de diagnostiquer une panne électrique comme une panne frigorifique.

Heureusement, les organes utilisés en conditionnement d’air ne couvrent qu’une petite partie des possibilités de l’électricité et de ce fait le dépanneur n’a à concentrer ses connaissances électriques que dans un domaine restreint. Le but de ce chapitre est de définir, d’expliquer et d’instruire seulement dans ce domaine particulier. Certains domaines électriques courants ne sont pas traités ni même mentionnés parce que le dépanneur n’aura que peu d’occasions de faire preuve de connaissances dans ces domaines.

Ce chapitre du cours de réfrigération a été préparé à l’usage de dépanneurs qui sont déjà familiarisés avec le circuit frigorifique et qui sont capables de reconnaître et d’identifier les éléments de contrôle de base. Le but de ces éléments de contrôle sera étudié dans ce cours. Ils seront décrits avec l’idée de faire comprendre et d’expliquer les raisons de leur existence. Il n’est pas question ici de discuter le " comment " des circuits électriques, mais plutôt d’étudier le " qu’est-ce " et le " pourquoi ". Pour cette raison, et dans le but de clarifier certains points particuliers, certaines libertés ont été prises avec les lois électriques. L’intention n’est pas de faire un cours d’électricité, mais plutôt d’apporter une aide au dépanneur.

Quoique la partie électrique d’un système de réfrigération puisse être verbalement, l’habitude est de la décrire par un schéma électrique. Un schéma électrique est un ensemble de lignes et de symboles décrivant le fonctionnement électrique d’un système de réfrigération.

L’amélioration, la conception, la construction, la vente et le dépannage de tout ensemble fonctionnant à l’électricité seraient impossibles sans schéma électrique. Il faudrait un livre important pour décrire un schéma électrique tenant sur une simple page.

Pour des yeux entraînés, les lignes et symboles constituant un schéma électrique racontent l’histoire complète du fonctionnement de l’ensemble.

L’ingénieur doit être capable de mettre ses idées sur le papier de telle sorte qu’elles puissent être interprétées et comprises par d’autres ingénieurs. Il peut montrer le fonctionnement électrique de son équipement par l’utilisation du schéma. Ce schéma peut être reproduit de telle sorte que le monteur puisse utiliser le fil voulu à la place voulue pendant la construction de l’appareil.

Un schéma électrique peut dire à un électricien exactement la dimension et le type du fil à employer et où ce fil doit être raccordé. Un schéma électrique peut aussi dire au dépanneur où sont placés les différents composants de l’ensemble et aussi lui expliquer pourquoi ils sont là et à quoi ils servent.

Etre capable de lire et d’interpréter un schéma électrique est indispensable à tous les instants dans le métier de la réfrigération et du conditionnement d’air.

Avant de commencer l’étude des schémas électriques, voyons rapidement l’emploi de l’électricité dans les installation de réfrigération et de conditionnement d’air. Dans toutes les installations de réfrigération mécanique, une certaine puissance est nécessaire pour faire tourner le compresseur, les ventilateurs de condenseur et d’évaporateur, les pompes, etc... Dans la majorité des cas la puissance est fournie par les moteurs électriques.

Quelques dispositifs sont nécessaires pour relier ces moteurs au réseau et leur assurer un fonctionnement correct. Les dispositifs les plus communément utilisés sont des interrupteurs qui mettent les moteurs sous tension ou qui les mettent hors circuit.

Le but de toutes les connexions électriques dans une installation de réfrigération ou de conditionnement d’air est de fournir l’alimentation au moteur ou à l’organe voulu exactement au moment voulu.

Chaque fil et chaque interrupteur est étudié pour fournir l’alimentation au moteur ou à l’organe dans de bonnes conditions au moment voulu ou interrompre cette alimentation en cas de fonctionnement anormal.

Le schéma électrique est un ensemble de symboles qui représentent les moteurs, les interrupteurs et de lignes qui, elles représentent les fils de connexion.

Tout dépanneur doit être capable non seulement de reconnaître et d’identifier tous les organes composant l’appareil, mais également de comprendre leur rôle à la seule lecture d’un schéma électrique.

Ce chapitre a pour but de présenter les symboles les plus couramment utilisés actuellement dans un schéma électrique. Il existe d’autres symboles que ceux qui seront présentés ici.

Il faut aussi admettre que les différents fabricants ont souvent une présentation différente pour un même organe car il n’existe pas de standardisation, aussi chaque schéma électrique doit obligatoirement être accompagné d’une légende qui n’est ni plus, ni moins, que la liste explicative des symboles représentés dans le schéma. En effet, aucun dépanneur ne peut espérer se souvenir de tous les symboles utilisés par les différents constructeurs.

Les termes électriques que nous allons voir ici seront expliqués plus en détail ultérieurement. Cependant pour permettre de comprendre même le plus simple schéma électrique, il est nécessaire d’avoir un minimum de connaissance des termes électriques et de leur signification.

Dans ce chapitre les explications seront aussi simples que possible. L’idée est de donner une explication imagée de l’électricité pour vous permettre de comprendre un schéma électrique.

Nous allons voir ici trois termes. Ce sont l’intensité, le voltage et la résistance. Pour imager ces termes, certaines libertés seront prises avec les lois de l’électricité. Cependant ceci sera sans effet sur le raisonnement nécessaire pour comprendre un schéma électrique.

Prenons une représentation imagée de l’intensité I, du voltage ou de la tension U et de la résistance R: Le voltage est en train de faire avancer l’intensité, mais la résistance s’oppose à cette avance.

L’électricité a plusieurs caractéristiques similaires à celles de l’eau. L’une d’entre elles est ce qu’est l’écoulement dans une rivière. Il serait presque correct de dire " l’écoulement de l’électricité ", cependant ce terme d’écoulement de l’électricité est remplacé par celui d’intensité. Quand nous disons qu’il y a de l’intensité, cela signifie qu’il y a écoulement de l’électricité. L’électricité qui s’écoule consiste en de très petites particules de matières appelées Electrons. Ces électrons peuvent être comparés à des gouttes d’eau. De la même manière que ces gouttes d’eau réunies en grande quantité constituent en définitive une unité de mesure comme le litre, nous pouvons dire qu’une grande quantité d’électrons constitue une unité de mesure du courant électrique : l’AMPERE.

Un grand nombre d’ampères indique une intensité élevée ou la possibilité de faire un gros travail et de même un petit nombre d’ampères indique une faible intensité, donc seulement la possibilité de faire un petit travail.

Ceci est identique pour l’eau, une grande quantité d’eau peut faire tourner une grosse roue de moulin, donc une grosse machine et par conséquent produire un gros travail, alors qu’une petite quantité d’eau ne peut actionner qu’une petite machine.

Souvenez-vous, l’électricité est le déplacement des électrons et le nombre d’électrons est mesuré en ampères. Un grand nombre d’ampères permet un gros travail, tandis qu’un petit nombre d’ampères ne permet qu’un petit travail.

Nous avons vu que l’électricité n’était rien d’autre que le mouvement des électrons. La mise en mouvement des électrons s’opère sous l’action d’une force. Cette force est le voltage. Actuellement on utilise aussi le mot de tension ou de différence de potentiel. Les appareils qui fabriquent les électrons, tels que les batteries ou les alternateurs, ont également une différence de potentiel pour mettre les électrons en mouvement. Cette possibilité de mettre les électrons en mouvement, ou voltage ou tension ou encore différence de potentiel, est mesurée en VOLTS.

Un appareil qui a une grande différence de potentiel exprimée en Volts a la possibilité de mettre en mouvement un grand nombre d’électrons, autrement dit une grande quantité d’électricité. Inversement si un appareil n’a qu’un faible voltage, il n’a pas la force ou le potentiel pour mettre en mouvement une grande quantité d’électricité.

Nous savons tous que l’électricité présente un danger, particulièrement la haute tension. En effet, c’est l’intensité qui provoque l’échauffement donc les brûlures et par conséquent plus l’intensité est importante plus la brûlure est sérieuse, or pour véhiculer une forte intensité il faut une grande différence de potentiel donc une haute tension.

La possibilité, pour un appareil producteur d’électrons, de mettre en mouvement une plus ou moins grande quantité de ceux-ci s’exprime en Volts.

La quantité de travail que l’électricité peut faire est fonction de la quantité d’électrons mis en mouvement. Une grande quantité d’électrons en mouvement peut faire un gros travail. Le travail qui doit être fait et l’énergie qui doit être dépensée déterminent la quantité d’électricité qui doit être mise en mouvement.

Par exemple, un fil électrique dans une installation de maison est choisi pour véhiculer une certaine quantité d’électricité, si un plus grand nombre d’ampères ou d’électrons veut passer dans ce fil, l’énergie disponible est trop importante et ce fil ne peut pas les laisser passer dans de bonnes conditions. Cet excès d’énergie se transforme en chaleur et le fil devient chaud, tellement chaud qu’il peut même fondre.

Quelque chose est nécessaire pour contrôler la quantité d’électricité en mouvement et ce moyen de contrôle est appelé résistance. Chaque fil véhiculant des électrons doit avoir un moyen pour contrôler l’écoulement de ces électrons et l’apparition de l’excès d’énergie (excès d’énergie qui se traduirait par un échauffement). Ceci est possible par la mise en place dans le circuit d’une résistance qui s’oppose au passage d’un nombre d’électrons plus grand que prévu.

La résistance réduit le nombre des électrons en transformant l’énergie qu’ils représentent en une autre forme d’énergie comme la chaleur ou la lumière. Cette énergie récupérée en freinant la libre circulation des électrons peut être utilisée pour faire tourner les moteurs de compresseurs, de pompes, etc... Nous verrons ceci plus loin.

La résistance se mesure en OHMS. Une grande résistance à la circulation des électrons aura un grand nombre d’ohms et inversement.

Nous avons brièvement présenté les trois termes de Intensité, Voltage et Résistance, voyons maintenant leur utilisation.

Au sens strict du mot, les électrons en mouvement dans un fil ne font rien. Cependant ils peuvent engendrer quelque chose d’utilisable. Ce courant peut engendrer de la chaleur, de la lumière, des sons et ce qui nous intéresse plus particulièrement " le magnétisme ".

Quand les électrons se déplacent dans un fil (c’est-à-dire que le courant passe dans ce fil) un champ magnétique est produit autour du fil conducteur. En d’autres termes, ce fil devient un aimant. Fondamentalement, plus le courant est intense, plus il produit un champ magnétique dans une petite zone, tout ce que nous avons à faire est d’enrouler le fil en bobine de telle sorte que le magnétisme de toutes les spires soit concentré dans une petite zone.

Quand l’intensité passe dans l’enroulement de fil, cette bobine devient un aimant puissant. Avec cet aimant nous pouvons actionner des interrupteurs, des vannes et, ce qui est également important, nous pouvons aussi faire tourner des moteurs car ils comprennent des masses de fer ou d’acier fixées sur un arbre. Cet ensemble de pièces solidaires d’un arbre constitue un rotor. Ce rotor est mobile dans une carcasse et l’ensemble constitue un moteur.

Pour faciliter l’identification, maintenant et par la suite du cours, les appareils électriques employés dans les circuits électriques peuvent être divisés en deux genres. Le premier concerne les appareils consommateurs de courant et les interrupteurs.

Pour nous un appareil consommateur de courant constitue une " charge ". C’est un appareil qui utilise le magnétisme engendré par le passage du courant électrique pour faire un travail mécanique. Tout appareil qui transforme le courant électrique ou intensité le traversant en un autre type d’énergie est considéré comme un consommateur de courant ou charge. Par exemple, le magnétisme créé par le courant peut ouvrir ou fermer des vannes, des interrupteurs, ou faire tourner des moteurs. Le courant électrique peut aussi produire de la lumière dans les ampoules, de la chaleur dans les résistances. Il existe une quantité d’autres formes d’utilisation de l’électricité, mais elles ne sont pas notre sujet.

Dans tous les cas, le courant électrique est transformé en une autre forme d’énergie. L’appareil qui permet cette transformation est toujours un consommateur de courant électrique, c’est-à-dire une charge.

Electriquement, il s’agit de fournir l’alimentation à l’appareil consommateur de courant au moment voulu pour lui permettre de faire le travail que l’on attend de lui.

Le moteur électrique est considéré comme l’élément le plus important d’un circuit électrique. Il peut être représenté symboliquement de deux manières.

Le premier symbole est celui qui sera utilisé le plus fréquemment dans ce cours. C’est un grand cercle. Le type et le rôle de ce moteur sont indiqués par des lettres à l’intérieur du cercle.

Le deuxième symbole qui peut être utilisé montre les enroulements internes du moteur de compresseur. Ce symbole est fréquemment employé quand le moteur présente une particularité de bobinage, comme par exemple le contact figuré ici et qui fait partie intégrante du moteur. Ce contact est figuré par le symbole :

Actuellement, il y a un grand nombre de symboles pour représenter un moteur, mais vous serez certain d’utiliser celui qui convient en vous reportant à la légende du schéma électrique.

Parce que les moteurs sont normalement les appareils les plus importants dans nos circuits électriques, il est indispensable que nous puissions les identifier immédiatement et correctement. Souvenez-vous aussi du fait important que lorsque le courant traverse le moteur celui-ci fonctionne.

Le deuxième " consommateur de courant " dont nous allons parler est la bobine ou le solénoïde. Nous savons que le passage du courant dans un conducteur crée le magnétisme. Nous savons aussi qu’il est possible de concentrer le champ magnétique dans une petite zone en enroulant le fil sur lui-même. Ce bobinage devient un aimant quand le courant le traverse.

Un solénoïde est un organe étudié pour produire et utiliser le magnétisme. Un solénoïde ou bobinage est employé le plus souvent pour ouvrir ou pour fermer un interrupteur électrique, il peut aussi servir à ouvrir ou à fermer mécaniquement des vannes. Il existe une quantité d’autres usages des solénoïdes.

Le nom solénoïde est donné à un bobinage qui devient un aimant quand le courant le traverse. Si ce solénoïde commande une vanne elle prend le nom de vanne solénoïde. A cause de ses utilisations multiples, il est indispensable de reconnaître le symbole d’un solénoïde seul. Son usage est habituellement indiqué par des lettres qui accompagnent son symbole graphique. Par exemple, un symbole graphique avec les lettres RVS. Ceci indique que le bobinage est utilisé pour le fonctionnement d’une vanne à plusieurs directions, à savoir que lorsque le bobinage est mis sous tension le circuit du fluide dans la vanne est inversé. L’autre symbole porte la lettre S seulement, ceci signifie que le bobinage commande une vanne simple (ouverte ou fermée). Souvenez-vous que le symbole graphique indique le fait que l’enroulement est utilisé à la production d’un champ magnétique et que les lettres déterminent l’utilisation de ce champ magnétique. Les solénoïdes sont très employés à des fins diverses. Plusieurs des organes que nous allons voir dans les pages suivantes emploient des solénoïdes, mais le mot solénoïde n’apparaît pas obligatoirement dans leur description.

Un emploi très fréquent des solénoïdes est le relais. Dans un relais, le solénoïde crée un champ magnétique qui actionne un contact-interrupteur. Le relais utilise l’électricité dans un circuit pour ouvrir ou fermer un autre circuit électrique à l’aide d’un contact. Le terme de " relais " est habituellement utilisé lorsque le courant électrique nécessaire pour interrompre ou mettre le courant sur le circuit principal est très faible.

Le relais est graphiquement représenté par le symbole ci-contre. Le symbole de solénoïde est aussi fréquemment utilisé pour illustrer la bobine d’un relais. L’un ou l’autre de ces symboles est valable. Les lettres NO (normalement ouvert) et NC (normalement clos ou fermé) indiquent la position de l’interrupteur quand le relais n’est pas alimenté.

C’est une notion très importante. Tous les schémas électriques montrent la position des contacts lorsque la bobine de leur relais de commande n’est pas alimentée.

Tous les contacts électriques représentés dans un schéma électrique doivent l’être dans la position qu’ils ont lorsque le courant est coupé. De ce fait, les contacts marqués NO se ferment lorsque le courant passe et inversement ceux marqués NC s’ouvrent sous l’action du courant.

Les symboles ci-dessus représentant des relais sont ceux les plus couramment utilisés. Il existe d’autres possibilités de représentation graphique dont nous parlerons ultérieurement.

Au moment où le courant est amené aux bornes de la bobine d’un contact normalement ouvert (ou NO), le contact se ferme. Les relais n’ont normalement qu’une seule bobine. Ils peuvent par contre avoir à commander plusieurs contacts, lesquels peuvent être soit NO, soit NC ou les deux à la fois.

Un solénoïde est nécessaire dans chaque relais, cependant un même relais comprend fréquemment plusieurs contacts.

Les lettres d’identification d’un solénoïde identifieront aussi les contacts commandés par ce solénoïde.

Ainsi, le bobinage du relais étant localisé sur le schéma électrique, il n’est pas difficile de trouver les contacts qu’il commande.

Il est très important que vous vous souveniez qu’une bobine peut commander plusieurs contacts.

L’identification du bobinage et du ou des contacts qu’il commande est fait par l’utilisation des mêmes lettres de telle sorte qu’aucune erreur ne soit possible.

Le dessin du haut montre une bobine marquée CR (compressor relay ou relais de compresseur) et trois contacts différents portant également les lettres CR, mais dont deux sont NO (normalement ouvert) et un NC (normalement clos ou fermé). Les lettres CR accompagnant ces contacts indiquent qu’ils sont commandés par la bobine CR (relais de compresseur).

Sur le dessin du bas, la tension est appliquée aux bornes de la bobine du relais et les deux contacts NO se ferment tandis que NC s’ouvre.

Vous constaterez que le passage du courant dans la bobine du relais se traduit par le changement de position de tous les contacts commandés par cette bobine.

Plus l’intensité du courant qui doit passer est grande, plus le calibre des relais doit être important. Quand les relais deviennent d’un calibre important permettant le passage d’une forte intensité, une petite bobine n’a pas la possibilité de créer un champ magnétique suffisamment fort pour déplacer les contacts. Dans ce cas de grosses bobines génératrices de champs magnétiques importants sont utilisées. Bien que le principe de fonctionnement reste exactement le même, ces relais de grosses puissances portent un autre nom. On les appellent des contacteurs. La seule différence entre un relais et un contacteur est donc le calibre ou la dimension. La présentation extérieure pourra aussi être différente, mais c’est la seule chose.

Le contacteur a un symbole de bobine identique à celui de la bobine d’un relais. Il a aussi des contacts dont l’identification est faite par les mêmes lettres que celles employées pour identifier sa bobine. Il fonctionne exactement de la même façon, c’est-à-dire que lorsque le courant passe dans sa bobine, ses contacts changent de position. En somme, un contacteur n’est qu’un gros relais.

Un troisième terme est souvent employé pour désigner un relais magnétique, c’est le mot starter ou contacteur disjoncteur. Un starter n’est rien d’autre qu’un contacteur possédant un système de protection contre les surcharges (overload). La représentation graphique d’un starter est semblable à celle d’un contacteur.

Un autre organe consommateur d’électricité est la résistance de réchauffage. Au lieu de convertir l’énergie électrique en action mécanique comme le font un moteur ou un solénoïde, une résistance de réchauffage transforme cette énergie électrique en chaleur. Une explication simple de ceci est que lorsqu’une faible résistance est rencontrée, les ampères n’ont par un travail dur pour la vaincre. Par contre quand la résistance augmente, ce qui est le cas lorsque le diamètre du fil diminue, les mêmes ampères doivent faire un travail plus pénible pour passer. Ce travail intense dégage de la chaleur. Une résistance de réchauffage est tout simplement un fil choisi d’un diamètre tel qu’il s’échauffe au passage des ampères.

Les résistances de chauffage ont une quantité d’utilisations, dans les grille-pain, les fers à repasser, à souder et en ce qui nous concerne, dans les réchauffeurs de carter.

Un réchauffeur de carter est installé électriquement de telle sorte que le courant électrique ne le traverse que lorsque le compresseur est arrêté. La chaleur dégagée par le réchauffeur maintient le carter du compresseur à une température telle que le gaz frigorigène ne vienne pas se condenser dans ce carter.

Les dessins présentés montrent clairement l’emploi de cet organe. Le contacteur disjoncteur (STARTER) est équipé avec un contacteur auxiliaire qui, contrairement aux interrupteurs principaux, est normalement fermé. Le réchauffeur est donc alimenté lorsque le compresseur est arrêté. Par contre, lorsque la bobine du contacteur est mise sous tension, le compresseur démarre tandis que le réchauffeur n’est plus alimenté. Vous voyez ceci sur le deuxième dessin.

Le deuxième organe consommateur d’électricité dont nous allons parler est la lampe témoin. Une lampe témoin peut indiquer aussi bien une utilisation normale qu’un incident de marche. Par exemple, une lampe témoin peut indiquer qu’un moteur tourne, mais elle peut indiquer aussi qu’il ne tourne pas. On l’utilise fréquemment pour indiquer le fonctionnement d’un moteur ou d’un organe difficile à vérifier parce que peu accessible. L’emploi des lampes témoin est, en fait illimité.

Son symbole graphique est un cercle avec une croix de Saint André. Une lettre peut donner la couleur.

Les organes consommateurs d’électricité sont utilisés à plusieurs usages. Ils actionnent des interrupteurs, ils font tourner les ventilateurs, les pompes, ils fournissent de la chaleur, etc.. Par contre les contacts ne servent qu’à une chose : ils permettent le passage du courant ou ils l’interrompent. La seule différence possible entre deux interrupteurs est le sens de leur action : ils s’ouvrent ou ils se ferment sous l’action du courant. Par contre leur fonctionnement électrique est absolument le même dans les deux cas.

La classification des interrupteurs est généralement faite par la force qu’il est nécessaire de développer pour établir ou couper le courant. Par exemple un relais peut être considéré comme un interrupteur électrique parce que le passage du courant électrique dans son bobinage actionne un contact.

Un pressostat haute ou basse pression est un interrupteur à commande mécanique parce qu’il ferme ou ouvre un circuit sous l’action de la pression, donc d’une force physique. C’est également le cas des thermostats ou plus simplement des interrupteurs manuels.

Il est important de connaître les différences entre les interrupteurs parce que leur représentation graphique peut varier. Jusqu’à ce que vous connaissiez la force qui actionne un interrupteur, vous ne pouvez pas être certain de sa position normale de fonctionnement.

Il existe plusieurs types d’interrupteurs électriques à commande mécanique, par exemple les interrupteurs de fin de course, les interrupteurs à niveau, les interrupteurs à débit de liquide, etc.. Cependant il y en a deux qui nous intéressent plus particulièrement : les pressostats et les thermostats

Schématiquement le pressostat est facilement identifiable car il est représenté par un soufflet ou un diaphragme relié à un interrupteur électrique. Pour le thermostat on emploie le symbole représentant un élément bimétal.

Les symboles que vous voyez s’expliquent d’eux-mêmes. La plupart des pressostats ont un soufflet ou un diaphragme qui se déforme sous l’action de la pression du gaz frigorigène dans le circuit. Quand la pression augmente, le soufflet se dilate et ouvre ou ferme un interrupteur. Ceci dépend de l’utilisation du pressostat en question. Par exemple, un pressostat haute pression de sécurité est supposé mis dans l’installation pour arrêter le compresseur si la pression dans le système frigorifique dépasse la limite fixée. Dans ce cas, la dilatation du soufflet ouvrira un interrupteur et le passage du courant sera interrompu.

Sur le coté droit du croquis, vous voyez deux symboles tous deux représentant des pressostats. Lorsque la pression dans le soufflet augmente il se dilate et (dans le symbole du haut) ouvre le contact électrique. Par contre, vous constatez qu’une augmentation de pression (dans le symbole du bas) se traduira par la fermeture du contact électrique.

Le symbole du thermostat est exploité de manière identique. Quand la température augmente, l’élément sensible bimétal se raidit. Il ouvrira l’interrupteur dans le schéma du haut et le fermera dans le schéma du bas.

Il est facile de déterminer sur un schéma électrique le sens de fonctionnement d’un pressostat ou d’un thermostat. Leurs symboles indiquent non seulement la position normale de l’interrupteur, mais aussi comment cet interrupteur est commandé (soit élévation, soit abaissement de la température ou de la pression). Une vérification sur la légende du schéma électrique garantit la bonne interprétation et lève tous les doutes que le dépanneur peut avoir. Un interrupteur à commande mécanique est représenté dans la position qu’il a pendant le fonctionnement normal du système.

Il y a toutefois des exceptions à cette règle. L’interrupteur principal d’un circuit, de même qu’un thermostat d’ambiance d’une pièce d’appartement, ont leurs contacts représentés symboliquement ouverts.

En parlant d’interrupteur, les mots unipolaire et bipolaire et simple ou inverseur sont assez fréquemment employés.

La vue ci-contre montre que les termes unipolaire et bipolaire indiquent le nombre de circuits passant au travers de l’interrupteur.

Les mots " simple " et " inverseur " indiquent le nombre de positions que peut prendre l’interrupteur.

La figure A montre un interrupteur unipolaire simple. Il ne peut qu’interrompre un seul circuit ou rétablir ce même circuit.

La figure B montre un interrupteur bipolaire simple, cet appareil peut interrompre ou rétablir deux circuits.

La figure C montre un interrupteur bipolaire inverseur. Vous voyez que cet interrupteur peut interrompre ou rétablir deux circuits, mais qu’il peut également les inverser.

Le plus grand nombre d’interrupteurs utilisés dans nos circuits de contrôle sont du type unipolaire simple. Néanmoins, vous pouvez avoir l’occasion d’en rencontrer d’autres types. Il vous faut donc pouvoir les identifier.

Quelques symboles indiquent le genre d’intervention nécessaire au fonctionnement des interrupteurs manuels. C’est le cas du bouton-poussoir ou de l’interrupteur à pied.

Certains interrupteurs sont seulement instantanés comme le bouton-poussoir du dessin numéro 3. Cet interrupteur revient automatiquement à sa position d’origine lorsque la pression du doigt cesse de s’exercer.

Le dernier groupe d’organes dont nous allons parler est constitué par les relais de surcharge ou interrupteurs de sécurité. Ce sont quelquefois une combinaison d’un organe consommateur de courant et d’un interrupteur. Ils différent des relais par le type du système consommateur de courant et par le rôle auquel ils sont destinés.

Tous les organes consommateurs de courant sont étudiés pour consommer une certaine quantité de courant. Si, pour une raison quelconque, leur consommation devient excessive, ils peuvent être endommagés ou même détruits. L’excès d’intensité consommée par l’organe peut aussi endommager la ligne électrique d’alimentation.

La photo ci-contre montre le résultat du passage d’une intensité anormalement élevée dans l’enroulement d’un moteur. Le dégagement de chaleur a été si intense qu’une partie de l’enroulement a fondu.

Normalement les organes consommateurs de courant ont un dispositif de protection dont le rôle est d’interrompre l’alimentation électrique lorsque la consommation électrique devient anormalement élevée. Ces dispositifs de protection sont très divers et se présentent sous des formes différentes et fonctionnent sur des principes différents. Nous allons étudier les plus couramment utilisés. Dans les chapitres suivants nous les verrons plus en détail.

Le premier et le plus commun des dispositifs de protection est le fusible. Un fusible est calibré pour protéger des surintensités importantes et est sans effet sur les petites surintensités. Son but principal est la protection des lignes d’alimentation plus que la protection des organes consommateurs.

Le fusible n’est rien d’autre qu’un fil de métal qui peut supporter le passage d’une intensité définie correspondant à la consommation normale de l’appareil à protéger sans échauffement. Lorsque l’intensité absorbée augmente, le fusible s’échauffe et finit par fondre.

Les fusibles de faible calibre ne sont en général pas démontables et demandent à être changés lorsqu’ils ont fondu.

Par contre dans les fusibles plus importants, l’élément fusible peut être remplacé facilement.

Sur la photo vous pouvez voir un fusible démontable ainsi que les représentations graphiques données à ces éléments dans les schémas électriques.

Le second type de relais de surcharge dont nous allons parler est étudié pour protéger tant contre les grosses que les petites surintensités. Il en existe deux modèles, les systèmes thermiques et les systèmes magnétiques.

Leurs noms indiquent clairement leurs systèmes de fonctionnement. Un relais de surcharge thermique est influencé par la chaleur tandis qu’un relais de surcharge magnétique est influencé par le magnétisme.

Lorsque le courant électrique passe dans un conducteur, deux phénomènes importants apparaissent. Le conducteur s’échauffe et un champ magnétique est créé autour. Ces deux phénomènes peuvent être utilisés, séparément ou ensemble, pour actionner un système de protection. Sur la vue de droite, vous voyez le phénomène de l’échauffement. Plus le courant passant dans le conducteur est important, plus la production de chaleur est intense.

Dans l’alimentation d’un organe tel qu’un moteur, le fil d’alimentation en courant électrique est calibré pour permettre le passage de l’intensité voulue sans surchauffe.

Un système de protection contre les surcharges consiste en une section particulière de fil qui est étudiée pour s’échauffer rapidement si un excès d’intensité la traverse. Immédiatement au-dessus de cette petite " résistance " se trouve un bimétal qui, sous l’action de la chaleur dégagée par la petite résistance, se déformera. Ce bimétal étant un interrupteur parcouru par le courant coupera l’alimentation au-dessus d’une certaine température. Lorsqu’il sera refroidi, il reprendra sa forme primitive et rétablira le circuit.

Le bimétal est quelquefois employé seul. Il est alors soit dans la carcasse du moteur, soit dans l’enroulement de celui-ci. Dans ce cas il est automatiquement à la même température que la masse. Si la température s’élève anormalement, le bimétal se déformera, coupera le circuit électrique et stoppera le moteur.

Le deuxième phénomène engendré par le passage du courant dans un conducteur est la création d’un champ magnétique autour du fil. Plus le passage de courant est important, plus le magnétisme est intense. Plutôt que d’insérer une résistance dans le circuit conducteur de l’électricité jusqu’au moteur, une bobine de relais est insérée dans le circuit.

Cette bobine est sélectionnée de telle sorte que lorsque l’intensité normale pour le moteur à protéger la traverse, le magnétisme créé par le passage du courant n’est pas suffisant pour ouvrir les contacts du relais. Cependant si l’intensité augmente anormalement, la bobine crée un champ magnétique important et l’interrupteur s’ouvre.

Le relais thermique utilise l’échauffement anormal créé par une intensité trop forte, pour stopper le moteur. Le relais magnétique utilise le champ magnétique engendré par le passage du courant.

La représentation graphique du relais magnétique est claire. C’est le symbole utilisé pour représenter une bobine solénoïde (c’en est d’ailleurs une). C’est un relais qui n’agit pas dans les conditions normales d’utilisation, mais au contraire lorsque ces conditions deviennent anormales.

Les deux représentations graphiques que vous voyez ici sont les symboles d’un même organe. Chaque représentation montre le système de commande et l’interrupteur.

Souvent les dispositifs de protection de surcharge sont représentés sur les schémas électriques avec le système de commande sur un circuit et l’interrupteur sur un autre circuit.

Quand c’est le cas, la représentation graphique de l’interrupteur est quelquefois différente.

Ici, le symbole de l’interrupteur est celui que nous avons vu précédemment dans les relais. Les lettres sont utilisées pour apparier le système de commande avec l’interrupteur correspondant.

Nous parlerons maintenant du transformateur. Nous avons indiqué précédemment qu’il existait des appareillages capables de produire l’électricité. Cette possibilité de créer de l’électricité est mesurée en Volts. Il existe des organes créant une grande différence de potentiel donc capables de " transporte " une grande intensité. Il y en a d’autres qui n’ont qu’une faible différence de potentiel. Nous savons que la haute tension capable de " transporter " une forte intensité peut être dangereuse. L’utilisation d’un matériel plus gros est nécessaire en haute tension. Souvent, cette haute tension n’est pas nécessaire et l’utilisation de la basse tension se révèle économique et sans danger.

Dans un conditionneur d’air normal, le moteur du compresseur nécessite une tension élevée parce qu’une intensité importante est indispensable pour le faire tourner. Par contre les thermostats et autres organes de contrôle étant petits consommateurs ne nécessitent pas une tension aussi élevée. Ainsi le constructeur réalise une économie en utilisant une basse tension qui permet l’emploi de fil de petits diamètres. De plus le thermostat, par exemple, qui est à la portée de tout le monde, est sans danger car il n’interrompt qu’un circuit basse tension.

Le transformateur a pour but de réduire ou de changer la tension du courant dans un circuit. La haute tension alimente un côté du transformateur et la basse tension est disponible de l’autre côté. Des fils de grosse section existent pour l’alimentation du compresseur avec la haute tension. Nous pouvons utiliser une partie de ce courant pour alimenter un côté du transformateur en plaçant celui-ci dans le circuit. Nous pourrons nous servir du courant basse tension sortant du transformateur pour alimenter nos thermostats et organes de contrôle.

Un transformateur est donc utilisé pour réduire la tension du courant dans une partie du circuit où la haute tension n’est pas nécessaire.

Les capacités ne seront pas étudiées ici, nous les verrons dans le chapitre suivant. Pour l’instant, considérez-les simplement comme des dispositifs aidant le démarrage des moteurs.

Il existe bien d’autres symboles électriques que ceux dont nous avons parlé, néanmoins les représentations graphiques que nous avons vues suffisent pour comprendre entièrement 95% des schémas électriques utilisés en conditionnement d’air.

Un bon dépanneur doit être capable de reconnaître un symbole immédiatement. Connaissant le but de l’appareil ainsi représenté, il doit voir quel est son emploi et aussi savoir à quoi ressemble. Etudiez ces symboles. Tout dépanneur qui ignore les symboles ne peut espérer être capable un jour de lire correctement un schéma électrique.

La norme NF C 15-100 (article 514.5-Règles) impose des règles de dessin pour la réalisation de schémas d’installation électriques. En effet ces schémas sont obligatoires.

" L’installation électrique doit faire l’objet d’un schéma ou d’un tableau indiquant notamment :

- la nature et la constitution des circuits (points d’utilisation desservis, nombre et section des conducteurs, nature des canalisations),

- les caractéristiques des dispositifs assurant les fonctions de protection, de sectionnement et de commande ".

En outre le décret du 14 novembre 1988 (art.55) concernant la protection des travailleurs contre les courants électriques, en application du Code du travail stipule :

" Les chefs d’établissement doivent tenir à la disposition de l’Inspecteur du Travail un dossier comportant : un plan schématique... "

Le décret du 31 octobre 1973 (art.25) applicable aux établissements recevant du public précise :

" Des plans doivent comporter les tracés schématiques des organes généraux de protection et de distribution d’électricité haute et basse tension...

Les dits plans, tracés divers et leur présentation doivent être conformes aux normes en vigueur ".

Les symboles concernant l’appareillage et les dispositifs de protection indiqués ci-après sont ceux qui ont été adoptés sur le plan international et repris par l’Union Technique de l’Electricité dans les normes de la série NF C 03-201 à 211.

5 - Avec une différence de potentiel égale, que devient l’intensité du courant si la résistance diminue ?

6 - Si un fil parcouru par un courant devient trop chaud, que peut-on dire du courant qui le traverse ?

7 - Quels termes utilise-t-on en vue d’exprimer une différence de potentiel, l’intensité d’un courant, une résistance ?

Les symboles et les règles de base nécessaires à la lecture et à la compréhension d’un schéma électrique de principe ont été étudiés dans les chapitres 1 et 2. Ce troisième chapitre a pour but de vous familiariser avec les schémas électriques simplifiés en construisant un ensemble.

Ce diagramme sera construit lentement et méthodiquement dans le but d’expliquer chaque circuit un par un et comment chacun d’entre-eux s’intègre dans l’ensemble. En construisant le schéma nous verrons chaque phase du fonctionnement de l’appareil. Nous espérons, de cette façon, vous montrer que si l’ensemble peut paraître complexe, il est en fait constitué d’un grand nombre de circuits simples.

L’appareil sélectionné pour notre exercice est une " pompe à chaleur ". Quoique l’appareil dont nous parlerons n’existe pas dans la réalité, les circuits électriques seront normaux et communs à un grand nombre d’appareils et la conception des systèmes de contrôle est très variable.

Avant de commencer l’étude de notre schéma, il est nécessaire de revoir en quoi consiste une pompe à chaleur.

Une pompe à chaleur est littéralement un appareil de conditionnement d’air à cycle frigorifique réversible.

Pendant l’été, l’appareil fonctionne exactement comme un conditionneur d’air normal qui transfère la chaleur de l’extérieur vers l’intérieur.

Pendant l’hiver, le sens de circulation du fluide frigorigène est inversé et la chaleur est transférée de l’extérieur vers l’intérieur.

Bien entendu, pour permettre l’inversion du cycle frigorifique, la construction de l’appareil est particulière et des organes électriques supplémentaires sont indispensables.

Ces organes supplémentaires compliquent l’appareil puisque le nombre des circuits est plus important.

Le changement de sens de circulation du fluide frigorigène dans une pompe à chaleur est réalisé par un organe appelé vanne d’inversion. Cette vanne est commandée par une bobine solénoïde et lorsque le changement de sens de circulation du fluide est nécessaire, la bobine de la vanne modifie le circuit de l’appareil. Les deux différents circuits sont indiqués sur la figure. La ligne noire, dans les deux cas, représente la tuyauterie de refoulement qui sert au passage du gaz du compresseur au condenseur.

Par mesure de simplification, considérons que notre pompe à chaleur sera à condenseur à air, c’est-à-dire qu’elle absorbera la chaleur de l’air et qu’elle rejettera cette chaleur également dans l’air.

Pendant l’été, l’appareil absorbera la chaleur de l’air du local à conditionner par l’intermédiaire de la batterie évaporateur et rejettera cette chaleur à l’extérieur par la batterie condenseur.

Pendant l’hiver, le sens de circulation du réfrigérant est inversé. La batterie extérieure devient l’évaporateur et la batterie intérieure devient le condenseur. La chaleur est ainsi transférée de l’extérieur vers l’intérieur. La vanne qui permet le changement du sens de circulation du réfrigérant est la vanne d’inversion.

Normalement, l’installation est réalisée de telle sorte que lorsque la bobine solénoïde n’est pas alimentée, le sens de circulation du réfrigérant assurera le refroidissement du local. Quand le chauffage est nécessaire, la bobine de la vanne est alimentée et la circulation du fluide frigorigène inversée; ainsi donc le premier organe électrique supplémentaire dans une pompe à chaleur, par rapport à un conditionneur d’air normal est la vanne d’inversion.

Le fait qu’une pompe à chaleur dans son cycle de chauffage puisse être amenée à travailler avec de basses températures extérieures nécessitera l’adjonction d’un dispositif de contrôle électrique. Vous savez que pour que le fluide réfrigérant puisse absorber de la chaleur, il faut que sa température soit inférieure à celle du milieu à refroidir.

Dans le cycle de chauffage, lorsque la température extérieure est inférieure à zéro degré, l’humidité de l’air se condensera et se prendra en glace sur la batterie extérieure. Ce givre et cette glace arriveront à supprimer le passage de l’air au travers de la batterie. Il sera donc nécessaire de dégivrer la batterie pour assurer un fonctionnement normal. Le but de ce dispositif de contrôle supplémentaire sera donc de contrôler l’apparition du givre et d’en assurer la fonte.

A cause de limitations pratiques, dans certains cas, le compresseur seul ne peut pas assurer un transfert de chaleur suffisant pour obtenir les conditions de confort désirées. Dans de tels cas, il est nécessaire de disposer d’une source de chaleur supplémentaire. Le dispositif qui enregistrera la nécessité d’avoir recours à cette source de chaleur supplémentaire, et qui lui permettra d’entrer en fonction, sera aussi un organe électrique complémentaire.

Nous avons vu les trois fonctions électriques complémentaires que nécessite une pompe à chaleur. Ce sont les dispositifs d’inversion de sens de circulation du fluide frigorigène de dégivrage, d’apport de chaleur d’appoint.

Les autres composants électriques sont les mêmes que ceux nécessaires dans un conditionneur d’air normal.

Dans un conditionneur d’air normal, il existe trois éléments de base consommateurs de courant, ce sont : le compresseur, le moteur du ventilateur d’évaporateur, le moteur de la pompe ou du ventilateur de condenseur. Vous les voyez dans la partie supérieure du dessin.

Une pompe à chaleur comprend deux organes consommateur de courant supplémentaires, ce sont : la vanne d’inversion du circuit et le dispositif générateur de chaleur d’appoint (normalement une résistance électrique).

Vous voyez qu’une pompe à chaleur comprend cinq éléments de base au lieu de trois sur un appareil normal.

Tous les dispositifs de contrôle électrique sont étudiés pour permettre à ces éléments de base de fonctionner au moment voulu et dans le cas de défaillance d’un de ces éléments, d’interrompre l’alimentation électrique de l’organe défaillant.

Tous les contrôles électriques et le câblage seront prévus et réalisés pour assurer ce travail.

Pour simplifier la présentation des circuits électriques de la pompe à chaleur, nous avons divisé le fonctionnement de l’appareil en trois opérations distinctes. La première est le refroidissement, la deuxième le chauffage et la troisième le dégivrage.

Nous construirons le schéma électrique montrant les organes et appareils nécessaires pour chaque opération. Nous agirons organe par organe pour vous permettre de bien assimiler l’ensemble.

Sur le dessin ci-contre, vous verrez en noir le circuit dont nous parlerons, de telle sorte que vous puissiez aisément l’identifier.

Quand le schéma électrique représentatif d’une opération sera terminé, nous verrons le fonctionnement de l’appareil avant de passer à l’opération suivante.

La première opération à être étudiée sera l’opération de refroidissement parce qu’elle est commune à tous les conditionneurs d’air. Pour obtenir un refroidissement, le compresseur doit fonctionner ainsi que les ventilateurs de condenseur et d’évaporateur. Voyons comment ces trois organes sont figurés sur le schéma.

Comme dans tous les schémas électriques simplifiés, une ligne L1 venant de la source d’électrons ainsi qu’une ligne L2 de retour à la source sont nécessaires.

Le premier organe important avec son interrupteur de contrôle est montré sur la vue ci-contre. Cet organe est le moteur du ventilateur extérieur (OFM comme Outside Fan Motor ).Ce moteur fait circuler l’air au travers de la batterie d’échange extérieure. Le moteur figure ici avec une capacité de marche dans le circuit de l’enroulement de démarrage. Pendant le cycle de refroidissement dont il est question ici, ce moteur devient le moteur du ventilateur de condenseur. L’interrupteur de contrôle est un contact du relais de compresseur (CR) visible dans le circuit du moteur. Ces contacts peuvent être identifiés par la légende.

Ainsi le moteur OFM est arrêté et mis en marche par le relais du compresseur. Si la ligne L1 est sous tension, le courant ne peut traverser le moteur que si les contacts CR sont fermés. Il s’agit de contacts (NO) (normalement ouvert), ils se fermeront et le moteur de ventilateur ne tournera que lorsque le courant traversera la bobine du relais CR.

Le deuxième organe important à être ajouté à notre appareil est le moteur du ventilateur intérieur (IFM, qui signifie Indoor Fan Motor). C’est le moteur du ventilateur assurant la circulation de l’air sur la batterie d’échange intérieure.

Dans le cycle de refroidissement, il est en fait le moteur du ventilateur d’évaporateur. Dans le circuit de ce moteur se trouve le jeu de contacts NO du relais de ventilateur intérieur (IFR). Quand la bobine de ce relais est alimentée, les contacts de ce relais se ferment, le circuit entre L1 et L2 est ainsi établi et le moteur démarrera.

Le dernier organe nécessaire pour compléter le cycle de refroidissement est le compresseur. Etant donné sa puissance, les contacts du petit relais ne peuvent pas assurer le passage d’une intensité suffisante pour le faire tourner. Nous emploierons par conséquent un contacteur au lieu d’un relais.

Notre étape suivante sera l’alimentation de la bobine du contacteur qui, à ce moment, mettra le moteur de compresseur sous tension.

Le croquis ci-contre montre la bobine du contacteur laquelle est alimentée au travers d’un interrupteur commandé par le relais du compresseur (CR).

Vous vous souvenez que le fonctionnement du moteur du ventilateur extérieur dépend de la fermeture de contacts CR, donc le moteur du compresseur et celui du ventilateur extérieur sont commandés par la bobine du même relais.

Les deux contacts portent d’ailleurs les mêmes lettres d’identification, donc font partie d’un même relais.

Pour le cycle de refroidissement nous n’avons besoin de faire fonctionner que deux ventilateurs et un compresseur. Tous les organes principaux, à l’exception du moteur de compresseur, sont maintenant sur le schéma.

Sur ce schéma, les symboles du compresseur et des interrupteurs du contacteur sont en place. L’alimentation de la bobine C entraînera la fermeture des contacts C. Tous les organes nécessaires au refroidissement sont maintenant figurés sur le schéma. Nous avons le compresseur pour assurer la circulation du fluide frigorigène et les deux ventilateurs pour accélérer la circulation de l’air. Un ventilateur accélère le transfert de chaleur entre la batterie intérieure et l’air à traiter, le deuxième assure le même travail entre la batterie extérieure et l’air extérieur. Il faut maintenant compléter le schéma par la mise en place des dispositifs de contrôle.

Pour permettre la mise en fonction de ces trois organes principaux, deux relais sont indispensables. Le premier, le relais du compresseur, fermera les contacts du moteur de ventilateur extérieur et ceux de la bobine du contacteur de démarrage du moteur de compresseur. Le deuxième, à savoir le relais du moteur de ventilateur intérieur, fermera les contacts du circuit du moteur de ventilateur intérieur.

Ces relais sont normalement commandés par un thermostat, en conséquence nous leur prévoirons une alimentation en basse tension. De ce fait, un transformateur est nécessaire.

Le transformateur est maintenant en place avec ses fils de sortie en basse tension. Nous voyons que recevant une alimentation en 220 Volts, entre les lignes L1 et L2, la différence de potentiel aux bornes de sortie n’est plus que de 24 Volts. Cette tension de 24 Volts est très suffisante pour ce genre d’application.

Il n’y a aucun interrupteur dans le circuit primaire (entre L1 et L2) du transformateur. La protection est assurée par les fusibles qui existent sur les lignes principales, fusibles qui ne sont pas dessinés ici. Cette absence d’interrupteur signifie que nous disposons toujours de courant 24 Volts quand la ligne principale est alimentée, c’est-à-dire que le sectionneur principal est fermé.

La bobine du relais principal, à savoir celle du relais de compresseur, est maintenant sur le schéma. Elle est contrôlée par deux interrupteurs, un est marqué Cool et le second TSC ou Thermostat de refroidissement.

L’interrupteur marqué " Cool " est à commande manuelle. C’est l’interrupteur par lequel l’utilisateur de l’appareil sélectionne le cycle de fonctionnement de son unité.

Le thermostat de refroidissement est la portion automatique du circuit de contrôle. Il décide lorsque le refroidissement est nécessaire dans la zone conditionnée. Le thermostat de refroidissement se ferme lorsque la température s’élève.

Si l’interrupteur manuel est dans la position " Cool " et que la température de l’air de la zone conditionnée est suffisamment élevée pour fermer le contact du thermostat de refroidissement, la bobine du relais CR est alimentée. Elle commande la fermeture des deux interrupteurs NO, CR, permettant le démarrage du moteur du ventilateur extérieur et l’alimentation de la bobine du contacteur qui, à son tour, ferme les trois contacts NO et démarre le moteur du compresseur.

Deux de nos organes principaux, le compresseur et le ventilateur extérieur sont maintenant en fonctionnement. Pour compléter le cycle de refroidissement, il ne reste qu’à faire démarrer le moteur du ventilateur.

Pour compléter le schéma représentatif du cycle de refroidissement, la bobine du relais de ventilateur intérieur est maintenant en place. Le câblage de cette bobine est réalisé de telle manière qu’elle puisse être alimentée soit automatiquement, soit manuellement. En effet, l’utilisateur peut désirer ne faire que de la ventilation sans refroidissement ni chauffage.

Pour permettre ceci, le thermostat est doublé d’un interrupteur manuel à deux positions, l’une est marquée " ON " et l’autre " Auto ".

Comme vous pouvez le voir sur le schéma, quand l’interrupteur est mis sur la position " ON ", la bobine du relais de ventilateur tourne. Quand l’interrupteur manuel est mis sur la position " Auto ", les bobines du relais de compresseur et du relais de ventilateur sont alimentées ensemble par l’intermédiaire du thermostat de refroidissement. Automatiquement, toutes les bobines seront alimentées en même temps quand le thermostat se fermera.

Avant de poursuivre, vous trouverez sur la page suivante une série de questions sur le cycle de refroidissement d’une pompe à chaleur.

Les réponses aux questions suivantes découlent toutes de la lecture du schéma électrique qui vous a été présenté.

4 - Deux interrupteurs doivent être fermés pour que l’alimentation de la bobine du relais de compresseur se fasse. Lesquels ?

5 - Quand la bobine du relais de compresseur est alimentée, combien d’interrupteurs changent de position ? Quelle position prennent-ils, ouverte ou fermée ? De quels organes complètent-ils les circuits ?

6 - Ave l’interrupteur " AUTO-ON " sur la position " ON ", quel effet aura la fermeture du thermostat sur la bobine du relais de ventilateur intérieur ?

7 - Combien de jeux de contacts y a-t-il dans l’interrupteur commandé par la bobine C ? Quelle est leur position normale ?

8 - Avec l’interrupteur manuel " AUTO-ON " sur la position " AUTO ", le ventilateur intérieur démarre avant le ventilateur extérieur. Est-ce VRAI ou FAUX ?

10 - Mis à part le sélectionneur principal, combien d’interrupteurs y a-t-il sur chaque fil d’alimentation du compresseur ?

Dans le cycle de refroidissement dont nous venons de discuter, les trois organes principaux sont le moteur du ventilateur extérieur, le moteur du ventilateur intérieur, le moteur du compresseur. Pour convertir ce cycle en cycle de chauffage, il nous suffit d’insérer dans le circuit frigorifique une vanne d’inversion électrique. C’est la vanne qui change le sens de circulation du gaz frigorigène dans le circuit, renversant ainsi le sens des échanges thermiques. En chauffage, la chaleur doit aller de l’extérieur vers l’intérieur. Cette vanne solénoïde d’inversion constitue le quatrième organe principal.

Voyons ces quatre organes dans le circuit. Les trois organes existant dans le cycle de refroidissement sont toujours en place. La vanne elle-même, marquée RVS (Reversing Valve Solenoïd) et son jeu de contacts de contrôle RVR sont maintenant sur le schéma. Ce nouveau circuit apparaît en rouge sur la photo projetée.

Nous avons maintenant les quatre organes majeurs indispensables au cycle de chauffage d’une pompe à chaleur. Des appareils de contrôle sont maintenant nécessaires pour les mettre en fonctionnement.

La vanne d’inversion étant destinée à changer le sens de circulation du fluide frigorigène, il est normal de la faire contrôler par un thermostat de chauffage sur le circuit de contrôle basse tension.

Nous avons mis en place ce thermostat (TSH) et la bobine du relais de la vanne d’inversion. L’interrupteur manuel que vous voyez aussi dans le circuit est le même organe avec des contacts différents de celui marqué " Cool " dans le cycle de refroidissement et qui permet à l’utilisateur de choisir le cycle de son appareil.

Ces contacts " Cool " et " Heat " sont mécaniquement interconnectés de telle sorte qu’ils puissent être fermés séparément ou ensemble.

Le thermostat TSH établissant le contact sur abaissement de la température, la bobine RVR est alimentée et les contacts RVR ferment donc complètement le circuit de la vanne d’inversion.

Ceci met le circuit frigorifique dans le sens chauffage. Toutefois, avant que le chauffage ne commence, il est encore nécessaire de faire démarrer les deux ventilateurs et le compresseur.

Dès l’instant que pour le cycle de chauffage, le compresseur et les deux ventilateurs doivent être en marche comme dans le cycle de refroidissement, pourquoi ne pas utiliser les mêmes organes de contrôle basse tension pour les faire fonctionner ? Ces organes sont les relais du compresseur et du ventilateur intérieur.

Puisque le thermostat de refroidissement ne sera pas fermé en même temps que le thermostat de chauffage, un interrupteur est indispensable pour bipasser ou pour remplacer le thermostat de refroidissement.

Nous savons que la bobine du relais de la vanne d’inversion est alimentée lorsque les contacts du thermostat de chauffage sont fermés, donc nous mettrons un autre jeu de contacts au relais de la vanne d’inversion, ce jeu de contacts bipassant le thermostat de refroidissement. Vous voyez ici le nouveau circuit sur le croquis ci-contre.

De ce fait, quand le thermostat de chauffage ferme le circuit de la bobine du relais de la vanne d’inversion, les contacts RVR se ferment. Le premier ferme le circuit de la bobine de la vanne d’inversion et le deuxième celui des bobines du relais de compresseur et du relais du ventilateur intérieur.

Ainsi donc, le circuit frigorifique est inversé puisque la vanne d’inversion est alimentée et les moteurs des ventilateurs et du compresseur démarrent. Notre pompe à chaleur commence par conséquent à transférer la chaleur de l’extérieur vers l’intérieur.

Une des caractéristiques de la pompe à chaleur est que plus la température de l’air extérieur est basse (or, l’air extérieur constitue la source de chaleur dans le cycle de chauffage), moins l’appareil pourra lui emprunter de chaleur. De ce fait, une pompe à chaleur devant fonctionner en cycle chauffage pendant la saison froide ne peut pas remplir correctement son rôle, puisque plus il fait froid, moins elle peut transférer de chaleur. Une source de chaleur supplémentaire est donc normalement nécessaire lorsque la température extérieure est trop basse.

Il serait possible de prendre une pompe à chaleur de grosse puissance pour faire le travail lorsque la température extérieure est minimum, mais elle serait trop encombrante et surtout trop chère à l’achat. Ceci est d’autant plus vrai qu’elle n’aurait à être utilisée à pleine puissance que pendant une petite période.

La solution est donc de prévoir une source de chaleur supplémentaire constituée par une résistance électrique. Cette résistance sera installée dans la veine d’air refoulée par le ventilateur intérieur. L’illustration montre un appareil avec la résistance d’appoint installée dans la gaine.

Notre problème est de contrôler correctement le fonctionnement de cette résistance, une résistance de réchauffage consomme plus de courant, donc revient plus cher à l’exploitation pour produire le même nombre de calories. De ce fait, notre but est de ne faire fonctionner cette résistance que lorsque son apport calorifique est indispensable.

Puisque le fonctionnement de la résistance d’appoint n’est seulement nécessaire que pendant une petite période, sa mise en circuit automatique est souhaitable.

Si le compresseur seul suffit à maintenir la température désirée, il est inutile de mettre la résistance d’appoint sous tension, par contre si le compresseur n’arrive pas à satisfaire les conditions, le fonctionnement de la résistance est alors nécessaire.

Le meilleur juge pour déterminer si le fonctionnement de la résistance est nécessaire ou non est la température. Si le compresseur seul ne peut pas maintenir la température, celle-ci continue à descendre, donc la mise en service de la résistance d’appoint devient nécessaire. Un deuxième thermostat mécaniquement solidaire du premier et ayant un point de consigne inférieur de 1 ou 2° à celui du premier thermostat, lequel contrôle le fonctionnement du compresseur, peut être employé pour remplir ce rôle.

Ainsi, si le chauffage produit par le compresseur est insuffisant, la température continue à baisser, le deuxième thermostat met alors en service la résistance.

Vous voyez ici un schéma qui réalise ces conditions. Vous noterez que la résistance qui est alimentée sur le circuit de puissance ne figure pas ici. Le deuxième thermostat ferme le circuit basse tension et permet l’alimentation de la bobine (HC1) du contacteur de mise en service de la résistance. Quand cette bobine est alimentée, le contacteur ferme le circuit de puissance dans lequel la résistance est insérée.

Une action trop rapide sur le réglage du thermostat de chauffage peut entraîner en même temps la fermeture du premier et du deuxième étages et par conséquent la mise en service de la résistance, alors que celle-ci n’est pas nécessaire. Pour éviter ceci un troisième thermostat est mis dans le circuit de la bobine du contacteur de la résistance.

En fonction des performances de l’appareillage, l’installateur peut déterminer une température extérieure au-dessus de laquelle le fonctionnement de la résistance n’est jamais nécessaire pour maintenir dans le local les conditions de température désirées. Le troisième thermostat (mentionné plus haut, sensible à la température extérieure) est réglé une fois pour toutes pour ne fermer le circuit que si la température extérieure descend en dessous de celle ainsi fixée. De cette manière, la résistance d’appoint ne pourra jamais fonctionner si cette limite inférieure de température n’est pas atteinte et par conséquent, le compresseur fera seul le travail tant qu’il en sera capable.

Ce thermostat est appelé TSO sur le schéma. Il est branché en série avec le deuxième étage du thermostat de chauffage. Toutes les deux devront être fermés avant que la résistance d’appoint n’entre en fonction.

Sur ce dessin la résistance d’appoint a été mise en place, complétant ainsi le schéma électrique de l’appareil pour le cycle de chauffage.

Le premier étage du thermostat démarre le compresseur, les deux moteurs de ventilateur et alimente la bobine de la vanne d’inversion changeant ainsi le sens de circulation du fluide frigorigène.

Si le compresseur seul n’arrive pas à compenser l’abaissement de température, celle-ci continue à descendre et le deuxième étage du thermostat se ferme et permet l’alimentation de la batterie d’appoint.

Jusqu’à ce que le deuxième étage du thermostat soit satisfait, le compresseur et la résistance d’appoint resteront en service.

Il arrive qu’une seule résistance d’appoint ne soit pas suffisante pour assurer un chauffage correct. Dans ce cas une seconde et même une troisième résistances sont nécessaire.

Le dessin vous montre comment ces résistances sont quelquefois installées. Un transformateur est placé en parallèle avec la première résistance d’appoint de telle manière qu’il ne soit alimenté que si cette première résistance fonctionne.

La basse tension créée par ce transformateur est utilisée pour alimenter la bobine du contacteur de la seconde résistance.

Un deuxième thermostat influencé par la température extérieure ferme et ouvre le circuit de la bobine de cette deuxième résistance. Son point de contrôle est déterminé par l’installateur en fonction de l’étude. De la sorte cette deuxième résistance ne fonctionne que lorsque ce thermostat n’est pas satisfait. Par exemple, une pompe à chaleur est installée dans un local et le compresseur peut maintenir une température normale dans le local tant que la température extérieure ne devient pas inférieure à 4°C. Le premier thermostat extérieur (TSO) sera réglé pour fermer le circuit à 5°5 de telle sorte que si le deuxième étage du thermostat intérieur se ferme, la première résistance se trouve alimentée.

Admettons que cette première résistance et le compresseur fonctionnant ensemble puissent maintenir la température intérieure jusqu’à une température extérieure de -7°C. Nous réglerons le thermostat TSO2 à -6°C. Ainsi lorsque la température extérieure atteindra -6°C ou descendra en dessous, la deuxième batterie de résistance interviendra à son tour.

De la même manière, au fur et à mesure que la température s’élèvera, la deuxième, puis la première résistance seront mises hors circuit.

Cette illustration vous montre la totalité du circuit électrique nécessaire pour les opérations normales de refroidissement et de chauffage.

En mettant l’interrupteur sur la position chaud ou froid, cet appareil peut donc faire fonction de conditionneur d’air normal ou de système de chauffage.

Etant donné qu’un grand nombre des organes de régulation sont utilisés tant pendant le cycle de refroidissement que pendant le cycle de chauffage, les circuits électriques sont interconnectés.

Normalement si vous devez vérifier le cycle de chauffage, contrôlez d’abord les organes spécifiquement utilisés pour le chauffage car, bien que cela se produise quelquefois, il est très rare qu’un organe du circuit de refroidissement ou de chauffage trouble le fonctionnement du circuit auquel il n’est pas destiné.

Avant de continuer par le système de dégivrage, répondez d’abord aux questions de la page suivante, questions qui se rapportent au schéma que vous avez sous les yeux.

1 - Combien y a-t-il de jeux de contacts dans le relais de la vanne d’inversion ?

2 - Quels contacts doivent être fermés pour que la bobine du contacteur de la première résistance d’appoint soit alimentée ?

3 - De quels types sont les interrupteurs dont il est question dans la question n°2 ?

4 - Lorsque le deuxième étage du thermostat de chauffage est fermé, quel organe doit intervenir pour mettre sous tension la résistance d’appoint ? Par quoi est commandé cet organe ?

5 - En admettant que tous les appareils de contrôle soient correctement réglés, est-il possible de faire fonctionner la résistance N°3 sans faire fonctionner la résistance N°1 ?

6 - De la même manière, la résistance N°1 peut-elle fonctionner sans que le compresseur ne tourne ?

7 - Avec l’interrupteur manuel " ON-AUTO " dans la position du dessin, que fera le moteur du ventilateur intérieur si le premier étage du thermostat de chauffage se ferme ?

8 - Avec l’interrupteur manuel sur la position ON, que fera le moteur du ventilateur intérieur si le premier étage du thermostat de chauffage se ferme ?

9 - En admettant que tous les appareils de contrôle soient correctement réglés, que l’ensemble soit en bon ordre de marche et que l’interrupteur manuel soit sur la position HEAT, décrivez phase par phase le fonctionnement de l’ensemble jusqu’à ce que tous les organes soient sous tension.

La majorité des pompes à chaleur utilisées aujourd’hui sont des appareils à air, c’est-à-dire qu’elles utilisent l’air extérieur comme source de chaleur et que cette chaleur est transférée à l’air intérieur dans le cycle de chauffage et vice-versa dans le cycle de refroidissement.

Pour absorber la chaleur de l’air extérieur, la batterie d’échange extérieure est utilisée comme évaporateur à circulation d’air. Pour pouvoir prélever de la chaleur dans l’air extérieur, il faut que la température de la batterie d’échange soit inférieure à celle de l’air extérieur.

De ce fait, la température de la batterie d’échange se trouvera dans certains cas en dessous de zéro degré. Dans ces conditions, l’humidité atmosphérique provoquera le givrage de la batterie et par conséquent l’efficacité de celle-ci diminuera, entraînant un mauvais rendement de tout l’ensemble.

Notre pompe à chaleur devra donc comporter un dispositif signalant la formation de givre et un moyen de fondre ce givre. Ce moyen est très simple, il suffit que l’appareil fonctionne sur le cycle de refroidissement pour que la batterie extérieure redevienne condensateur donc s’échauffe. Lorsque le givre aura disparu par fusion, le cycle devra à nouveau être inversé. Ce petit cycle de refroidissement pendant la période de chauffage est appelé cycle de dégivrage.

En premier lieu, l’appareil doit fonctionner suivant le cycle de refroidissement. Il est par conséquent nécessaire de supprimer l’alimentation de la vanne d’inversion, puisque c’est elle qui change le cycle de l’appareil. De cette manière la batterie extérieure sert de condensateur et évacue une partie de la chaleur de l’intérieur assurant ainsi la fonte du givre.

Nous installerons donc un contact NC (normalement clos) dans le circuit de la vanne d’inversion. Vous voyez ce contact sur le dessin. Puisque cet interrupteur ne fonctionnera que pendant le cycle de dégivrage, nous pouvons appeler le relais auquel il est lié " relais de dégivrage " (DFR).

Pendant les cycles normaux, que ce soit le cycle de chauffage ou celui de refroidissement, le relais de dégivrage ne doit pas être alimenté et son contact doit être fermé. Ce contact ne s’ouvrira que pour le cycle de dégivrage, mettant ainsi l’appareil sur le cycle de refroidissement et permettant donc la fonte du givre.

Pendant le dégivrage l’appareil tourne en cycle de refroidissement. Bien entendu le dégivrage n’est nécessaire que pendant la saison de chauffage et de ce fait, pendant cette phase de dégivrage, de l’air froid sera distribué par les grilles de soufflage d’air. Ceci n’est évidemment pas désirable.

Pour éviter cette arrivée d’air froid, il convient qu’automatiquement, pendant le cycle de dégivrage, les résistances de chauffage d’appoint soient alimentées. Si elles le sont déjà par l’intermédiaire du deuxième étage du thermostat de chauffage et du thermostat d’air extérieur, il n’y a pas de problème; par contre, si elles ne le sont pas il faut court-circuiter les thermostats et en particulier le thermostat d’air extérieur (TSO). Il suffit d’insérer un contact NO commandé par le relais de dégivrage, contact qui constituera un bipasse des thermostats (lorsqu’il sera fermé). Ce contact figure maintenant sur le schéma.

De cette manière, lorsque le relais de dégivrage sera alimenté, il changera le cycle de l’appareil et disposera la résistance de réchauffage d’appoint en circuit.

Nous avons vu que lorsque le relais de dégivrage est alimenté, il met l’appareil sur le cycle de refroidissement et en même temps enclenche la résistance de réchauffage d’appoint. Notre problème maintenant est de rendre cette opération automatique lorsqu’elle est nécessaire.

Il y a deux moyens de résoudre ce problème. On peut utiliser un dispositif chronométrique qui systématiquement agira à intervalle de temps régulier pendant le cycle de chauffage. Le deuxième système consiste à utiliser un interrupteur contrôlé par la pression d’air. Ce système étant plus simple électriquement et le plus utilisé, nous le choisirons. Il fonctionne sur le principe suivant : quand il n’y a pas de givre sur la batterie, la perte de charge augmente au fur et à mesure que le givre se forme. En utilisant un appareil capable de mesurer cette perte de charge, nous pouvons savoir quand la glace est formée sur la batterie et par conséquent actionner les interrupteurs DFR par l’intermédiaire d’une bobine.

Lorsque la glace se forme, la perte de charge augmente jusqu’à la valeur de réglage, l’interrupteur AS se ferme, la bobine DFR est alimentée et le cycle de dégivrage commence. Lorsque la perte de charge mesurée par AS redevient normale, c’est que la glace a disparu. La bobine DFR n’est plus alimentée et l’appareil reprend son cycle de chauffage.

Les composants électriques permettant la réalisation des trois cycles sur la pompe à chaleur sont donc maintenant en place.

Pour compléter notre schéma, nous devons y ajouter les organes de sécurité. Nous étudierons ces organes dans un prochain chapitre. Vous les voyez maintenant en place sur notre schéma.

Parce que dans notre exemple nous avons une installation fonctionnant en triphasé, il nous faut une protection de surcharge sur chaque phase. Les contacts de ces relais de surcharge sont en série dans le circuit de la bobine du contacteur de démarrage du compresseur. Ces relais interviennent si l’intensité absorbée dépasse la normale.

Le compresseur a aussi un élément sensible influencé par sa température. Il s’agit d’un KLIXON (K) installé ici dans le circuit de la bobine du contacteur du compresseur. Toutes les résistances de chauffage d’appoint ont également un élément sensible de protection contre la surchauffe. Vous les voyez dans le circuit de la bobine du contacteur de chaque résistance.

Un pressostat haute pression a également été inséré dans le circuit de la bobine du contacteur du compresseur.

Notre appareil comprend maintenant tous les organes de sécurité indispensables.

Il y a deux organes qui existent normalement dans une pompe à chaleur, bien qu’ils ne soient pas indispensables à son fonctionnement normal.

Le premier est une position dite automatique (AUTO) de l’interrupteur principal. Quand l’interrupteur sera dans la position " AUTO ", les deux circuits chauffage et refroidissement ne demanderont plus pour être complétés que l’action des thermostats. L’appareil sera en fonctionnement automatique, ainsi, si le chauffage s’avère nécessaire, le thermostat de chauffage (TSH) se fermera et l’appareil démarrera sur le cycle chauffage. Inversement, si le refroidissement (TSC) mettra l’appareil en marche sur le cycle de refroidissement.

Les deux mécanismes des thermostats sont reliés mécaniquement de telle sorte qu’ils ne puissent pas se fermer ensemble.

L’organe final que nous voyons ici en place est un relais à retardement dont le rôle est d’empêcher le démarrage du compresseur et des résistances en même temps.

Ceci créerait un appel de courant trop important capable de perturber le réseau. Pour l’éviter, un relais à retardement (TDR) est mis dans le circuit du contacteur du compresseur. La bobine de ce relais est alimentée en même temps que la bobine du contacteur de compresseur. L’interrupteur TDR est mis dans le circuit de la bobine du contacteur de la résistance. Le relais à retardement ne fermera cet interrupteur que quelque temps après le démarrage du compresseur. Ainsi, même si le thermostat de chauffage ferme sur deux étages, le circuit de la bobine du démarreur de compresseur sera fermé, donc le compresseur fonctionnera; par contre il faudra un certain temps avant que l’interrupteur TDR ne ferme le circuit commandant l’alimentation de la résistance.

Le schéma électrique de notre pompe à chaleur est maintenant complet. Nous avons déjà vu les problèmes concernant séparément les cycles de refroidissement et de chauffage. Les questions qui suivent concernent les trois fonctions d’une pompe à chaleur.

1 - Quels sont les interrupteurs montés sur le circuit de la vanne d’inversion et quelle est leur position normale ?

2 - Si la bobine du contacteur n’est pas alimentée quand la bobine du relais de compresseur est alimentée, combien d’interrupteurs doivent être vérifiés ? Nommez-les.

3 - Quels interrupteurs sont sur le circuit de la bobine du relais de dégivrage ?

4 - Combien d’interrupteurs y a-t-il sur le circuit du relais de dégivrage ? Quelle est leur position normale ?

5 - Le premier étage du thermostat de chauffage est fermé, le deuxième étage est ouvert. L’appareil passe sur le cycle de dégivrage et la première résistance de réchauffage s’enclenche. Est-ce correct ? Si oui, comment l’alimentation de cette résistance est-elle possible puisque le deuxième étage du thermostat est ouvert ?

7 - Le compresseur et les trois résistances de réchauffage étant sous tension, le klixon de la première résistance de réchauffage ouvre le circuit par suite d’une surcharge. Que se passe-t-il pour les deux autres résistances de réchauffage ?

8 - Après étude du schéma, que doit faire la pression d’air pour fermer le contact du système de pression d’air (AS) ; augmenter ou diminuer ?

9 - La protection de surcharge sur la ligne L2 du compresseur s’ouvre alors que le compresseur tourne. Comment ceci entraînera-t-il l’arrêt du compresseur ?

10 - En arrivant sur une installation, le compresseur et les résistances 1 et 3 sont en fonctionnement. Qu’avez-vous à vérifier et à faire ?

Il n’est pas nécessaire d’être un " ancien " dans le conditionnement d’air et la réfrigération pour savoir que tous les moteurs électriques ne sont pas semblables.

Dans le cas des moteurs monophasés en particulier, des mots comme phase auxiliaire, capacité de démarrage etc... sont fréquemment utilisés mais paraissent obscurs. Nous allons les étudier et faire en sorte qu’ils signifient quelque chose pour vous.

Le plus grand problème concerne les petits moteurs monophasés plutôt que les moteurs triphasés. Dans ce chapitre il ne sera question que des moteurs monophasés. Pour comprendre ce qu’est un moteur monophasé, il faut déjà savoir pourquoi des moteurs différents sont nécessaires. Quand vous saurez ceci, nous verrons alors ce qui différencie ces divers moteurs.

Une première question se pose : pourquoi tous les moteurs électriques ne sont-ils pas semblables ?

La réponse à cette question est simple : Tous les moteurs ne font pas le même travail. Pour aller d’une extrémité à l’autre des possibilités d’utilisation des moteurs électriques, comparons le travail du moteur du petit ventilateur et celui du moteur d’entraînement du compresseur frigorifique. D’une chiquenaude, vous faites tourner le ventilateur, sans que sa taille intervienne, par contre pour faire tourner le compresseur, il faut plus que la force d’un doigt.

La possibilité d’exercer une force suffisante pour faire tourner quelque chose est connue sous le nom de couple. Plus la possibilité d’entraîner un objet lourd est grande, plus le couple est important.

A cause de leur différence de couple, les deux moteurs dont nous venons de parler sont de conception différente. Le moteur du compresseur doit être capable de démarrer malgré une charge importante tandis que le moteur du ventilateur n’a besoin que d’un petit couple pour entraîner le ventilateur.

Ceci n’explique encore pas pourquoi deux moteurs sont employés. En effet pourquoi ne pas construire que des moteurs avec un fort couple de démarrage pour toutes les applications ? Tout simplement pour une question de prix. Un moteur développant un fort couple de démarrage revient plus cher. En conséquence, pour des questions d’économie il y a lieu de toujours choisir le moteur avec le couple de démarrage le plus faible possible pour faire un travail défini.

La différence principale entre les divers moteurs monophasés utilisés dans notre industrie est donc la valeur du couple de démarrage qu’ils possèdent. Pour nous, la différence est de savoir comment ces couples différents sont obtenus. Pour être capables de comprendre ces différences de construction, revoyons comment fonctionnent ces petits moteurs électriques.

Ce dessin représente le plus simple des moteurs électriques. Pivotant sur un arbre, nous avons un simple aimant permanent appelé rotor. Vous voyez aussi deux pôles magnétiques montés à la périphérie de la carcasse du moteur. Il s’agit simplement de bobinages similaires à ceux que vous connaissez dans les relais et les contacteurs. Ces bobinages engendrent un fort champ magnétique lorsque le courant électrique les traverse. Il s’agit de pôles fixes et ils constituent le stator. Vous savez que les pôles de même nom se repoussent tandis que les pôles de noms contraires s’attirent. Sur le dessin, le pôle N du stator attire le pôle S de l’aimant permanent. Puisque le pôle du stator est fixe, l’aimant permanent se déplace et commence à tourner.

Les moteurs dont nous parlons fonctionnent sur courant alternatif 50 périodes, c’est-à-dire que le courant passe d’une valeur positive maximum à une valeur négative maximum 50 fois par seconde. Disons que ceci signifie que 50 fois par seconde le sens de passage du courant est inversé. En conséquence, la polarité du stator change en même temps.

Autrement dit, le pôle du stator N deviendra S rapidement et de la même façon le pôle S deviendra N, puis aussitôt ils reprendront la polarité indiquée sur le dessin. Cette modification se produira à chaque période. Voyons ce que ceci entraîne dans notre moteur.

Sur ce dessin, le pôle N du stator est devenu S, mais en même temps l’aimant permanent a fait un demi-tour et les deux pôles S se retrouvent face à face. Ils se repoussent donc et par conséquent le rotor entame un nouveau demi-tour. Vous voyez donc que tant que la polarité des pôles du stator continuera à changer, l’aimant permanent tournera comme doit le faire un moteur électrique.

Cependant, notre problème n’est pas tellement d’étudier comment tourne un moteur, mais plutôt comment il démarre.

Si l’aimant permanent ou rotor se trouve dans la position indiquée sur le dessin au moment de l’arrêt, le moteur ne démarre plus quelle que soit la polarité des pôles du stator.

Sur le dessin, le pôle N a attiré le pôle S et l’aimant permanent est en équilibre. Même quand la polarité du stator changera, la force d’attraction et la force de répulsion qui sont égales en valeur s’annuleront car elles s’exerceront exactement en sens contraire et notre moteur ne démarrera pas.

Sur ce dessin, nous avons ajouté un autre pôle au stator et je pense que nous avons notre solution. Partant de la position du stator que vous voyez sur le dessin, le deuxième pôle N développe une force d’attraction suffisante pour décoller l’aimant permanent. C’est ce que nous voulions obtenir pour éviter l’annulation des forces d’attraction et de répulsion.

Maintenant notre aimant permanent subit l’action de forces qui le mettent en mouvement et le font tourner. Et pourtant, voyons la figure suivante.

Admettons que le rotor s’arrête dans cette position. Nous voulons à nouveau démarrer le moteur et vous voyez ce qui se passe, chacun des pôles N veut attirer à lui le pôle S du rotor, résultat le moteur ne démarre pas.

Câblons notre moteur électrique simplifié pour distribuer les électrons dans deux directions. Chaque fil va à l’un des deux pôles que nous avons vus sur la figure précédente.

Normalement, puisque ces deux fils viennent de la même source les électrons se déplaceront et changeront de sens en même temps dans les deux pôles du moteur. Les deux pôles engendreront donc la même force magnétique au même moment. C’est normal puisque nous n’avons qu’une seule source de courant, ce courant étant dit " monophasé ".

Notre problème n’est pas résolu puisque les électrons provenant de la source monophasée arriveront en même temps dans les bobines des pôles, donc nos deux pôles engendreront un magnétisme N en même temps, puis ensuite un magnétisme S. Supposons maintenant que sur le chemin d’un des électrons, nous disposions une sorte d’obstacle, de telle manière que l’un de nos électrons soit retardé dans son parcours, tandis que l’autre passe directement. Dans ce cas, les deux pôles n’auront pas au même moment leur puissance magnétique maximum. En effet, alors que l’électron dont la voie est libre aura atteint son but et créé le magnétisme maximum, celui qui aura dû passer l’obstacle ne sera pas encore arrivé. Ainsi donc, à un instant donné, les deux pôles n’auront pas la même force. Grâce à cette différence de force, le rotor commencera à tourner.

En gênant le passage des électrons sur le fil d’alimentation d’un des pôles, nous avons en quelque sorte créé une deuxième phase. Ce courant biphasé nous permet de démarrer notre moteur.

Sur le schéma A vous voyez deux électrons qui se déplacent ensemble. C’est ce qui se passe dans le courant monophasé. Comme vous le voyez ils vont ensemble du maximum de polarité N au maximum de polarité S et ce 50 fois par seconde.

Nous étions dans cette situation lorsque notre rotor étant arrêté entre deux pôles il n’était plus possible de faire démarrer notre moteur.

Dans le schéma B, nous avons créé un déséquilibre et nous avons maintenant deux phases. Un des électrons est encore sur la première courbe, mais l’autre est maintenant sur une deuxième courbe. C’est ce qui se passe dans le courant biphasé.

Ainsi donc, nous avons transformé du courant monophasé en courant biphasé en insérant, dans le circuit d’un des pôles, un obstacle au passage des électrons.

Tous les moteurs monophasés ont besoin de cette deuxième phase artificielle pour démarrer. La différence principale entre les moteurs de ce type est l’artifice employé pour produire cette seconde phase et l’importance relative de cette deuxième phase par rapport à la phase principale.

En réfrigération et conditionnement d’air, quatre systèmes sont d’un emploi courant :

Il existe d’autres systèmes de démarrage, comme l’induction répulsion, la phase auxiliaire etc... mais puisque ces moteurs ne sont pas d’un usage courant dans notre industrie, ils ne seront pas étudiés ici.

Ainsi donc nous avons vu que la grande différence entre les moteurs monophasés est le mode de production d’une deuxième phase nécessaire au démarrage et l’importance de cette phase.

1 - Un ventilateur centrifuge nécessite un moteur à fort couple de démarrage.

3 - Il serait possible de n’utiliser qu’un seul type de moteur monophasé dans toutes les applications concernant notre métier.

4 - Quel est le nom de la force nécessaire pour démarrer un moteur électrique ?

5 - Les pôles fixes d’un moteur constituent le ................................?

6 - La partie tournante d’un moteur électrique est appelé le ..............................?

8 - Combien de types de moteurs monophasés utilise-t-on le plus couramment actuellement dans notre industrie ?

Pour assurer le démarrage d’un moteur monophasé, le premier objectif à atteindre est de créer une deuxième phase. Actuellement, l’artifice le plus couramment employé est le condensateur ou capacité. Voyons comment une capacité peut créer une deuxième phase.

Le courant alternatif a été étudié dans les chapitres précédents, revoyons rapidement quelques-unes de ses caractéristiques.

Les trois conducteurs représentés ici montrent ce qui se passe dans un fil lorsqu’il est parcouru par un courant alternatif. A un moment, le maximum d’ampères dans une direction, puis immédiatement après, changent de sens et poussent dans l’autre direction. Tandis que M. Voltage s’arrête et se retourne pour pousser dans l’autre sens, les électrons sont également sans mouvement. Il n’y a donc pas de passage du courant. Le champ magnétique autour du conducteur, champ utilisé pour produire le travail, est le plus fort quand le voltage et le courant sont au maximum et le plus faible au moment du renversement du sens du courant.

Ce champ magnétique intense engendré pour les enroulements du moteur est la force que nous utilisons pour faire tourner le rotor.

Installons une capacité dans le circuit et voyons le résultat. Une capacité, en principe, se compose de deux armatures avec un isolant entre les deux. Cet isolant est suffisant pour empêcher le passage des électrons entre les armatures, mais permet toutefois à la force d’attraction et de répulsion du champ magnétique de passer.

Le dessin montre ce qui se passe quand les électrons sont dans l’armature. Le voltage, à sa force maximum, a poussé et maintient les électrons dans l’armature. Quand la force du voltage est au maximum, l’armature est remplie d’électrons inertes, du fait de cette immobilité des électrons il n’y a pas de passage de courant, donc pas de champ magnétique.

Si l’armature, à gauche du dessin, est négativement chargée, elle repousse tous les électrons négativement chargés de l’armature de droite en direction du fil ainsi que vous le voyez sur le dessin. Bien que les électrons dans l’armature de gauche soient sans mouvement, ils développent une énergie suffisante pour empêcher les électrons de droite de s’éloigner de l’armature. Ils restent donc sur place, mais puisqu’ils ne se déplacent pas, il n’y a pas création d’un champ magnétique autour du fil de droite.

Dans le cas du fil droit dont nous avons parlé précédemment, lorsque nous avions un voltage maximum, nous avions le mouvement le plus intense d’électrons. Avec une capacité dans le circuit, quand le voltage est à son maximum, nous n’avons aucun mouvement d’électrons.

Qu’arrive-t-il avec une capacité dans le circuit lorsque le voltage s’inverse ?

Lorsque le voltage tombe comme vous le voyez au centre dans l’armature de gauche, il n’a plus la force de maintenir les électrons dans l’armature et ils commencent à la quitter. Dans le même temps, les électrons de droite rejoignent leur armature.

Quand le voltage est à son minimum, le courant d’électrons est à son maximum, les uns quittant l’armature de gauche, les autres rejoignant l’armature de droite. Ce courant d’électrons, des deux côtés de la capacité, crée un champ magnétique autour des fils.

Dans un fil direct, quand cous avons le minimum de voltage, les électrons ne circulent pas et il n’y a, par conséquent, pas de champ magnétique. Par contre, avec une capacité en ligne, le magnétisme est maximum avec le voltage minimum.

Ainsi donc, nous sommes arrivés à créer un champ magnétique dans le circuit comportant une capacité exactement lorsque le champ magnétique n’existe pas autour du fil direct.

Nous avons ici installé notre fil direct et notre fil contenant une capacité sur le même dessin. Une des extrémités de chaque fil est reliée à la même source de courant et l’autre extrémité de chacun à un pôle du moteur. Vous voyez que le moteur est soumis à deux champs magnétiques qui se développent successivement dans l’un puis l’autre pôle. La capacité empêche la création du champ magnétique dans le pôle correspondant et ainsi un déséquilibre des forces apparaît, déséquilibre qui permet le démarrage du rotor.

Quand le conducteur direct produit le champ magnétique maximum, les électrons dans le circuit capacité sont sans mouvement, donc ne peuvent engendre de champ magnétique.

Quand le sens du courant se renverse, le voltage dans le conducteur direct est minimum donc les électrons ne circulent plus et ne créent plus de champ magnétique. Par contre, dans le circuit capacité, les électrons profitant de la faiblesse du voltage quittent l’armature et créent un champ dans ce circuit.

Nous nous trouvons maintenant au moment précis où le courant change de sens. Le deuxième pôle du moteur est alors un puissant aimant tandis que le champ magnétique est devenu faible ou nul.

La capacité a créé un déséquilibre dans les forces des deux pôles et ce déséquilibre ou couple est employé pour le démarrage du moteur.

Trois des moteurs dont nous parlerons emploient des capacités pour assurer leur démarrage. Ils seront différents par le nombre de capacités, l’importance du déséquilibre créé par les capacités et par la façon dont elles seront utilisées.

Plus le courant est important dans un enroulement de moteur, plus le champ magnétique créé est fort. Bien que ce ne soit pas le seul, la capacité est un moyen de contrôle de l’importance du courant dans un enroulement. Une capacité importante donnera dans la phase auxiliaire une grande quantité de courant donc engendrera un couple de démarrage important.

L’utilisation d’une faible capacité sur le même enroulement moteur se traduira par un couple de démarrage faible.

Pour pouvoir répondre à toutes les applications de démarrage des moteurs, l’utilisation de capacités de différentes puissances ne suffit pas. Pour varier l’importance du couple de démarrage, on peut aussi jouer sur le nombre de capacités et sur le temps pendant lequel elles restent en circuit. La puissance d’un condensateur est proportionnelle à sa capacité (d’où son deuxième nom) de stockage d’électrons. Si les armatures peuvent stocker une grande quantité d’électricité, le condensateur est dit de grande capacité. Cette possibilité de stockage s’exprime en microfarads (m F).

Pour un même voltage, plus grand est le nombre de microfarads, plus grande est la capacité de stockage d’électricité. Pour comparer deux capacités et connaître leur possibilité de stockage d’électricité, les mesures doivent être faites avec la même tension.

L’importance du " stockage " d’électricité dans une capacité dépend de :

Il existe deux grands types de capacités employées sur les moteurs monophasés.

Démarrage et marche sont les qualificatifs qui leur sont couramment donnés, toutefois les termes de sec et humide seraient plus corrects. Leur différence de conception est due à leur emploi. La capacité de marche est en service pendant toute la durée du fonctionnement du moteur, tandis que la capacité de démarrage n’est en circuit que pendant les périodes de mise en marche du moteur.

La puissance d’une capacité de marche est plus faible, toutefois comme elle reste longtemps sous tension, elle est plus grosse que la capacité de démarrage pour pouvoir se refroidir plus facilement. Certaines capacités de marche sont remplies d’huile pour faciliter leur refroidissement.

Le travail d’une capacité de démarrage est juste l’inverse, elle doit fournir une grande puissance pendant un temps très court, elle doit donc avoir une grande capacité de stockage, mais peut être de petite dimensions car son refroidissement ne pose pas de problème; il se produit pendant toute la durée de fonctionnement du moteur.

Avant d’aller plus avant dans l’étude de l’emploi des capacités, revoyons la représentation schématique des enroulements d’un moteur monophasé. Ce schéma montre les lignes L1 et L2 et le symbole choisi pour représenter l’enroulement de marche.

Le flot d’électron, ou courant, qui crée le magnétisme est figuré entrant dans l’enroulement par L1 et le quittant par L2.

La borne de l’enroulement sur laquelle est connectée la ligne L1 est appelée R pour marche (Running en anglais).

Nous avons ajouté ici l’enroulement de démarrage (dessin de gauche). Il est aussi entre L1 et L2. Toutefois, la représentation graphique de droite est plus fréquemment utilisée.

Electriquement, ces deux schémas sont les mêmes, seule leu représentation diffère.

Sur cette deuxième présentation, il y a trois fils dont deux portent la désignation L1 car il s’agit en fait du même conducteur. La borne d’entrée de l’enroulement de démarrage est appelée S pour démarrage (Starting, en anglais) et le point de jonction des deux enroulements est appelé C pour commun. Ces trois lettres sont presque toujours marquées sur les bornes des compresseurs hermétiques monophasés.

Voici deux nouvelles présentations qui, électriquement, sont les mêmes. Dans celle de gauche, c’est une dérivation de la ligne L1 qui vient à la borne S du moteur. La représentation de droite est moins fréquente pourtant elle permet en particulier, de garder les deux L1 et L2 parallèles comme dans tous les schémas électriques simplifiés, schémas dans lesquels tous les circuits sont compris entre ces deux lignes.

1 - Quelle force engendrée par le courant utilise-t-on pour faire tourner le rotor d’un moteur électrique ?

3 - Vous pouvez dire qu’une capacité.............................momentanément les électrons.

9 - Pourquoi une capacité de faible puissance est-elle parfois plus grosse qu’une capacité de grande puissance ?

L’utilisation la plus simple d’une capacité dans un moteur électrique est indiqué ici. Il suffit de l’intercaler dans le circuit de l’enroulement de démarrage. Elle reste alors en circuit en permanence ainsi que vous le voyez sur ces schémas.

La capacité est alors choisie de telle sorte qu’elle ne crée pas dans l’enroulement de démarrage un passage de courant trop important car cet enroulement aurait tendance à chauffer anormalement pendant la marche du moteur.

Le choix d’une capacité qui puisse rester en circuit, sans que l’échauffement de l’enroulement de démarrage ne devienne anormal, ne permet généralement pas d’obtenir un couple de démarrage puissant. Ce type de moteur a un couple normal et un bon rendement électrique. Il est simple à fabriquer et à entretenir.

Si nous désirons obtenir un couple de démarrage important, une capacité plus importante est nécessaire. Toutefois, dans ce cas, l’enroulement de démarrage aura tendance à s’échauffer anormalement. Si nous prévoyons cet enroulement avec une section de fil plus importante, il se refroidira correctement, mais le prix du moteur sera trop élevé.

La solution consiste à enlever la capacité du circuit dès que le moteur a démarré, donc avant que l’échauffement de l’enroulement de démarrage ne soit devenu dangereux. ainsi nous pourrons avoir un fort couple de démarrage. Le problème a été solutionné de deux façons.

La première méthode est représentée sur ce dessin. Un interrupteur est placé dans le moteur, il fonctionne sous l’action de la force centrifuge qui se développe dès que le rotor démarre. Lorsque le rotor a pris sa vitesse, cet interrupteur ouvre le circuit de l’enroulement de démarrage et la capacité se trouve donc mise hors circuit.

Le deuxième système, d’ailleurs plus courant, pour mettre la capacité hors circuit après le démarrage est le relais de tension.

Tous les moteurs électriques, de par leur nature, donnent naissance à un certain voltage. Le voltage qui apparaît ainsi lorsque le moteur tourne est connu sous le nom de force contre-électromotrice (Back EMF), ce qui le différencie du voltage réseau. Cette force contre-électromotrice peut atteindre une valeur nettement supérieure à la différence de potentiel du réseau. Par exemple, pour un moteur alimenté en 220-230 Volts, la force contre-électromotrice peut atteindre 400 Volts.

Ce phénomène est utilisé pour faire fonctionner un interrupteur à ouverture. C’est le relais. Le relais est choisi de telle sorte qu’il n’agisse pas sous la tension normale réseau, mais seulement sous une tension supérieure à celle du réseau.

Le schéma de gauche montre le moteur au moment précis du démarrage. La tension réseau de 230 Volts passe dans les enroulements moteur et aussi dans la bobine du relais. Cette tension est toutefois insuffisante pour exciter le relais et, de ce fait, l’interrupteur sur le circuit de la capacité reste fermé, donc celle-ci est sous tension de 230 Volts. Au fur et à mesure que le moteur prend sa vitesse, la force contre-électromotrice prend naissance et augmente de valeur. Le constructeur a déterminé la vitesse que le moteur devait atteindre pour que la capacité puisse être sortie du circuit. Quand le rotor atteint cette vitesse, la valeur de la force contre-électromotrice a normalement dépassé celle de la tension réseau.

Le relais est calculé pour que sa bobine développe un magnétisme suffisant pour assurer l’ouverture de l’interrupteur au moment où la vitesse du moteur est atteinte, donc pour une valeur déterminée de la force contre-électromotrice. L’interrupteur s’ouvre donc et met la capacité hors circuit. Le moteur continuant à tourner, la force contre-électromotrice conserve sa valeur et le relais reste excité tant que le moteur tourne laissant la capacité hors circuit.

Ce type est dit " à capacité de démarrage ", celle-ci n’étant en service que pendant la durée du démarrage. Il a de bonnes caractéristiques de démarrage et il peut être choisi pour des couples différents.

Si ce type de moteur a de bonnes caractéristiques de démarrage, il n’a pas un rendement électrique aussi bon qu’un moteur à capacité permanente, parce qu’il ne reste pas de capacité dans le circuit après la fin de la période de démarrage. Il a été facile de combiner les deux types de moteur dont nous avons parlé, à savoir le moteur à capacité permanente et le moteur à capacité de démarrage. Ces schémas vous montrent comment le problème a été solutionné.

Le schéma du moteur à capacité permanente n’a pas changé, il a seulement été ajouté une capacité de démarrage et ses accessoires.

Au démarrage les deux capacités sont en circuit et donnent, par conséquent, un fort couple. Lorsque la vitesse est atteinte, la capacité de démarrage est sortie du circuit et le moteur continue à tourner comme un moteur à capacité permanente.

Ce moteur est dit " à capacité de démarrage et à capacité de marche ". Il groupe les qualités des deux autres, toutefois il est plus cher.

Ces schémas vous montrent deux représentations graphiques de ce type de moteur.

Le dernier moteur monophasé dont nous parlerons est le moteur à bobinage écran. Vous noterez sur le schéma que chaque pôle est divisé par une saignée en deux parties d’importance inégale.

Quand le courant change de direction dans un conducteur, le champ magnétique change également de sens. Si ce fil est employé comme pôle magnétique, son champ magnétique s’oriente dans un sens puis dans l’autre et la polarité passe du Nord au Sud. Le champ magnétique augmente jusqu’à un maximum dans une direction, puis décroît jusqu’à zéro pour atteindre à nouveau la valeur maximum, mais dans l’autre direction.

Dans tous les autres moteurs, nous avons agi pour changer le moment de l’apparition du flux magnétique dans un pôle et créer ainsi une deuxième phase.

Dans le moteur à bobinage écran, en plaçant une bande de métal autour d’une partie d’un pôle où se développe puis décroît un champ magnétique, nous arrivons à changer le rapport de vitesse avec laquelle augmente puis décroît le champ magnétique.

Nous avons ainsi un pôle important dans lequel le flux magnétique augmente et décroît normalement, tandis qu’à côté nous avons un petit pôle dans lequel le flux magnétique se développe et décroît dans des proportions différentes. Les champs magnétiques des deux pôles atteindront leur maximum au même moment, mais à des vitesses différentes, puisque les deux champs ne seront pas, en définitive, de même valeur. Ainsi donc, pendant la durée de la création des champs magnétiques, le champ du pôle principal sera en avance en puissance sur le champ du petit pôle.

Ce couple est de très faible puissance, aussi ce type de démarrage n’est-il généralement adopté que sur des moteurs d’une puissance inférieure au ½ CV.

Il s’agit d’un système économique fréquemment employé sur les moteurs d’entraînement de petits ventilateurs ou de petites pompes.

Il existe quatre différent types de moteurs monophasés dont l'emploi est fréquent dans la profession. Ce sont :

Moteur :	Couple de démarrage	Rendement de marche	Coût	Usage
à bobinage écran	Faible	Bon	Faible	Petits ventilateurs et pompes
à capacité auxiliaire permanente	Moyen	Excellent	Modéré	Ventilateurs et quelques compresseurs *
à capacité de démarrage	Fort	Bon	Modéré	Ventilateurs
à capacité de démarrage et capacité de marche	Fort	Excellent	Elevé	Compresseur

Pour faire un bon mécanicien dépanneur, il faut connaître les différents types de moteur monophasé, savoir comment ils fonctionnent et quelles sont leurs caractéristiques de marche.

1 - Dessinez le schéma d’un moteur à capacité auxiliaire permanente (PSC).

2 - Dessinez le schéma d’un moteur à capacité de démarrage et capacité de marche (CSR).

3 - Les moteurs à capacité auxiliaire permanente ont-ils un fort couple de démarrage ?

4 - Quel type(s) de moteur choisira-t-on pour entraîner le compresseur frigorifique d’une installation à basse température ?

5 - Est-il judicieux d’employer un moteur à bobinage écran pour entraîner un compresseur ?

8 - Quel appareil de mesure utilise-t-on pour mesurer la force contre-électromotrice et à quel endroit s’effectue cette mesure ?

9 - Indiquez sur ce schéma la capacité de marche et la capacité de démarrage.

10 - Quels résultats probables entraîneraient les défectuosités suivantes :

Ce sont les moteurs les plus utilisés pour entraîner les compresseurs et les ventilateurs de grosses puissances.

Il sera parfois nécessaire de prévoir un démarrage Etoile-Triangle, statorique ou à transition fermée..

La variation de vitesse est parfois demandé, dans ce cas il est important de vérifier pour des raisons de coût s'il n'est pas possible d'utiliser un moteur monophasé avec un simple hacheur de courant.

Sinon la variation de vitesse d'un moteur asynchrone passe par l'utilisation d'un onduleur.

Une installation de climatisation ne fonctionne pas sans un minimum d'électricité, au moins pour faire tourner le moteur