Types de commutateurs rotatifs : guide de sélection à l'intention des fabricants de tableaux électriques

Le choix entre les différents types de commutateurs rotatifs est généralement présenté comme une question d'esthétique, et c'est là que la conception des tableaux électriques pose problème. Un commutateur sélecteur, un commutateur à came, un sectionneur en charge et un commutateur inverseur peuvent partager le même axe de 22 mm, la même lunette carrée et la même poignée. Ce n’est pas le boîtier qui les distingue, mais la disposition des contacts, l’angle de commutation et la catégorie d’utilisation pour laquelle l’appareil a été testé.

Les types de commutateurs rotatifs ci-dessous sont classés en fonction de ce qu’ils commandent, et non de leur aspect. Cette classification suit l’ordre dans lequel un concepteur de tableaux électriques doit prendre ses décisions : quelle fonction le commutateur doit-il remplir, combien de circuits doit-il prendre en charge, de combien de positions a-t-il besoin, quelle charge doit-il couper et comment se monte-t-il ? Chaque section se termine par le numéro correspondant sur la fiche technique, ce qui vous permet de passer d’une exigence fonctionnelle à une référence de modèle sans avoir à deviner.

Les cinq types de commutateurs rotatifs et leur utilisation respective

La plupart des gammes de produits figurant au catalogue, notamment les séries LW26 et LW40, reposent sur le même principe mécanique : un arbre porte une série de cames, et chaque came ouvre ou ferme son propre bloc de contacts à mesure que l'arbre tourne. Le type de produit est défini par la fonction pour laquelle ces contacts sont agencés.

C'est la distinction entre les deux premiers types de commutateurs rotatifs qui prête le plus souvent à confusion. On choisit un commutateur sélecteur en fonction de l'étiquette figurant sur le panneau ; on choisit un commutateur à cames en fonction de la séquence indiquée sur le schéma. Si le schéma montre que les contacts se ferment dans un ordre particulier lorsque la manette passe par chaque position, vous spécifiez un commutateur à cames, que la manette ressemble ou non à celle d'un commutateur sélecteur. Le Comparaison entre un commutateur rotatif et un sélecteur aborde cette question plus en détail.

Comprendre les différents types de commutateurs rotatifs : pôles, positions et contacts

Chaque fiche technique de commutateur rotatif comporte trois chiffres qu'il est facile de confondre et dont une erreur peut coûter cher.

• Pôles — le nombre de circuits distincts que l'interrupteur peut prendre en charge simultanément. Un interrupteur à 3 pôles prend en charge trois phases ; un interrupteur à 4 pôles prend également en charge le neutre ou une quatrième phase.
• Postes à pourvoir — le nombre de crans de la poignée. Un commutateur à deux positions permet de mettre l'appareil en marche ou de l'arrêter ; un commutateur inverseur à trois positions comporte les positions I, 0 et II.
• Contacts par poste — le nombre de blocs de contact qui se ferment ou s'ouvrent à chaque cran. C'est ce que décrit le schéma des contacts, et c'est en cela qu'un commutateur à came se distingue d'un simple sélecteur.

Une erreur courante dans les spécifications consiste à se baser uniquement sur le nombre de pôles et de positions, en négligeant le troisième chiffre. Deux interrupteurs à 3 pôles et 3 positions peuvent se comporter de manière totalement différente : l'un peut fermer les trois pôles dans chaque position, tandis que l'autre peut les fermer successivement, avec un intervalle neutre entre chacun. Seul le schéma des contacts permet de déterminer lequel est lequel.

Angle de commutation, « break-before-make » et « make-before-break »

L'angle entre les crans détermine la course que doit effectuer la poignée à chaque pas et permet à l'opérateur de sélectionner une position au toucher. Les valeurs courantes sont 30°, 45°, 60° et 90°. Un commutateur à 30° permet d'intégrer davantage de positions dans une même rotation, ce qui convient à la sélection en plusieurs étapes ; un commutateur à 90° est plus facile à repérer d'un seul coup d'œil sur un panneau comportant deux positions.

Ce qui compte plus que l'angle, c'est ce qui se passe entre deux postes.

« Break-before-make » (BBM) ouvre le contact de sortie avant que le contact d'entrée ne se ferme. Il y a alors un bref instant où il n'y a absolument aucune connexion. C'est le comportement requis pour un commutateur de transfert, pour un transfert de source et pour tout commutateur supportant une charge : les deux sources ne doivent jamais être connectées entre elles, même pendant une fraction de seconde.

« Make-before-break » (MBB) ferme le contact d'entrée avant d'ouvrir celui de sortie, de sorte que le circuit n'est jamais interrompu. Cela semble plus sûr que ça ne l'est en réalité. Sur un commutateur de transfert, cela provoque un court-circuit entre deux sources. Le MBB est destiné à des circuits de mesure spécifiques, notamment les circuits secondaires des transformateurs de courant, où un circuit ouvert pendant le transfert peut générer une tension dangereuse aux bornes du TC.

Si le commutateur relie deux sources d'alimentation, précisez « BBM » et confirmez cette indication par écrit. S'il s'agit d'un commutateur à crans sur un circuit de mesure, l'exigence de « fermeture avant ouverture » découle généralement de la fiche technique de l'instrument plutôt que du catalogue du commutateur. Le comportement de court-circuit et de non-court-circuit des commutateurs à crans est traité séparément dans commutateur rotatif : en court-circuit et hors court-circuit.

Adapter l'interrupteur à la catégorie de charge

C'est là que se produisent la plupart des erreurs de commande. Un commutateur rotatif prévu pour 100 A ne supporte pas nécessairement une intensité de 100 A quelle que soit la charge. La norme CEI 60947-3 classe les conditions de fonctionnement en catégories d'utilisation, et un même appareil supporte un courant plus faible dans une catégorie plus exigeante.

Le suffixe a autant d'importance que la catégorie. A signifie que l'appareil a été testé pour un fonctionnement fréquent ; B signifie un fonctionnement peu fréquent, généralement à des fins d'isolation pendant les opérations de maintenance. Un interrupteur portant la mention « AC-23B » ne peut pas remplacer un interrupteur « AC-23A » lorsque l'opérateur l'utilise à chaque poste de travail.

En voici trois règles pratiques :

1. Consultez le courant indiqué dans la ligne correspondant à la catégorie qui vous intéresse, et non le courant indiqué en titre sur la première page du catalogue.
2. Si un circuit d'alimentation alimente un moteur, considérez-le comme un circuit AC-23, même si l'interrupteur est normalement actionné à vide. Il arrivera tôt ou tard que quelqu'un l'actionne en charge.
3. N'utilisez jamais un sectionneur pur (AC-20) comme interrupteur de coupure en charge. Un dispositif dépourvu de dispositif d'extinction d'arc provoquera la soudure de ses contacts dès la première ouverture d'un circuit sous tension.

La protection contre les courts-circuits est encore une autre question. Un sectionneur-interrupteur possède une résistance aux courants de courte durée et une capacité de fermeture en court-circuit, qui indiquent les conditions auxquelles il peut résister jusqu’à ce que le dispositif en amont élimine le défaut. Aucune de ces deux caractéristiques ne signifie que le sectionneur-interrupteur est capable d’interrompre un courant de défaut. Cette tâche incombe toujours au fusible ou au disjoncteur.

Montage, boîtier et indice de protection

Le choix du mode de fixation dépend généralement du panneau plutôt que des exigences électriques, et il est préférable de le déterminer avant la mise au point du modèle.

• Montage sur panneau — la configuration par défaut : un axe central passant par un trou rond, fixé par des vis aux coins de la plaque avant. C'est la solution qui offre le meilleur soutien mécanique pour une grande poignée.
• Fixation à un seul trou — un trou rond, fixé par l’arrière. Plus rapide à installer, c’est le choix habituel lorsque l’espace disponible sur le panneau est restreint.
• Montage sur rail DIN — une version à fixation sur socle qui s'enclenche sur le rail TS35, utilisée lorsque l'interrupteur est situé à l'intérieur de l'armoire plutôt que sur la porte.
• Verrouillage des portes — un interrupteur monté sur socle, doté d'un mécanisme qui empêche l'ouverture de la porte lorsque l'interrupteur est activé, ou qui empêche la fermeture de l'interrupteur lorsque la porte est ouverte. On le trouve couramment sur les tableaux de commande des machines et des pompes.
• Boîtier étanche — un boîtier IP65 monté en usine, destiné à une utilisation en extérieur, dans des environnements soumis à des lavages à haute pression ou à la poussière.

L'indice de protection dépend du boîtier, et non du mécanisme de l'interrupteur. Un interrupteur standard monté sur panneau derrière une porte équipée d'un joint d'étanchéité atteint l'indice de protection de la porte ; ce n'est pas le cas du même interrupteur monté dans un châssis ouvert. Pour les installations de pompes et de systèmes CVC en extérieur, la logique de sélection est décrite dans Choix d'un sectionneur rotatif pour les pompes et les systèmes CVC, qui aborde plus en détail la question du boîtier et du dispositif de verrouillage.

Un processus de sélection en six étapes

Le fait de les traiter dans l'ordre permet d'éviter le cycle de réorganisation le plus courant, qui commence par une image du catalogue et se termine par un commutateur incapable de couper la charge.

1. Définissez la fonction. Sélection du mode, commutation de charge, isolation, transfert de source ou sélection de niveau. Un commutateur ne peut remplir correctement qu'une seule de ces fonctions.
2. Comptez les circuits. Pôles pour les phases et le neutre, ainsi que tous les contacts auxiliaires nécessaires au circuit de commande.
3. Définissez les positions et l'angle. Combien de crans de blocage, si l'un d'entre eux doit correspondre à la position « arrêt », et si la poignée doit être identifiable d'un seul coup d'œil.
4. Définissez la charge et la catégorie. Utilisez les modèles AC-21, AC-22 ou AC-23 en fonction de la charge réelle, et choisissez le suffixe A ou B en fonction de la fréquence d'utilisation de l'interrupteur.
5. Choisissez le type de fixation. Panneau, un seul trou, rail DIN, verrouillage de porte ou boîtier étanche, ainsi que l'indice de protection (IP) requis pour le lieu d'installation.
6. Ajoutez les accessoires. Contacts auxiliaires pour le retour d'état, la gâche pour cadenas, le fonctionnement à clé, la plaque d'avertissement et le cache-bornes si le panneau est accessible.

À la fin de l'étape six, vous devriez disposer d'une chaîne de caractères type plutôt que d'une description. Si un fournisseur n'est pas en mesure de traduire ces six réponses en un code, la fiche technique est incomplète.

Les erreurs courantes lors de la sélection d'un commutateur rotatif

• Acheter sur la base du cours actuel. Une intensité nominale de 63 A selon la norme AC-21 peut descendre à 32 A, voire moins, selon la norme AC-23 à tension égale. D'un point de vue pratique, ces deux valeurs correspondent à des produits différents.
• En partant du principe qu'un sélecteur est un commutateur à came. Si le dessin représente une séquence, c'est le schéma de contact qui détermine la pièce, et non le type de poignée.
• Ignorer la règle « break-before-make » lors d'un changement de ligne de production. La défaillance n'est pas visible sur le banc d'essai ; elle se manifeste par un flash ou par le déclenchement d'un dispositif en amont dès la première fois où l'opérateur effectue un transfert en charge.
• Utilisation d'un sectionneur comme interrupteur de coupure en charge. Les appareils AC-20 ne disposent pas de dispositif de contrôle d'arc. Les ouvrir en charge endommage les contacts et, sur un appareil à boîtier métallique, peut présenter un danger.
• Oublier le pôle neutre. Une charge triphasée avec un neutre commuté nécessite quatre pôles ; deux dispositifs distincts annulent l'effet du point d'isolation unique.
• Détermination de l'angle après le perçage du panneau. L'angle détermine la courbure de la poignée et l'espace qu'elle balaye. Le modifier par la suite implique de changer la plaque avant.

FAQ

Quelle est la différence entre un commutateur rotatif et un commutateur à came ?

Un commutateur rotatif appartient à la famille générale des commutateurs : il s'agit d'un axe actionné par une poignée afin de sélectionner une position. Un commutateur à cames est un commutateur rotatif dont les contacts sont actionnés par des cames profilées selon une séquence définie. Tout commutateur à cames est un commutateur rotatif ; mais tous les commutateurs rotatifs ne présentent pas nécessairement une séquence de contacts digne d'être mentionnée.

Un commutateur rotatif peut-il servir de sectionneur principal ?

À condition qu’il s’agisse d’un interrupteur-sectionneur adapté à cette application. Un sectionneur « pur » est limité à un fonctionnement à vide. Pour un sectionneur principal devant également couper le courant de service, spécifiez un interrupteur-sectionneur de type AC-23A et vérifiez la fonction de sectionnement en position ouverte.

Que signifie « AC-23A » sur un commutateur rotatif ?

Cela signifie que l'appareil a été testé pour des charges motrices et hautement inductives (AC-23) et qu'il est homologué pour un fonctionnement fréquent (suffixe A). Le courant nominal indiqué pour la classe AC-23A est inférieur à celui de la classe AC-21 pour le même appareil.

Combien de positions un commutateur rotatif peut-il avoir ?

La plage pratique s'étend de deux à douze, avec un angle de 30° ou 45° entre les crans pour les valeurs les plus élevées. Au-delà de quatre ou cinq positions, l'arc de rotation de la poignée devient important et l'étiquette du panneau doit être conçue en tenant compte de cet élément.

Dois-je utiliser « break-before-make » ou « make-before-break » ?

Appliquer le principe « coupure avant fermeture » pour tout transfert ou commutation de source, afin que les deux alimentations ne soient jamais connectées simultanément. N'appliquer le principe « fermeture avant coupure » que lorsque le circuit ne doit pas être interrompu, comme dans le cas du secondaire d'un transformateur de courant. Ne pas prescrire le principe « fermeture avant coupure » pour une commutation sans vérifier ce qu'elle relie entre eux.

Faut-il un interrupteur à 4 pôles pour une charge monophasée ?

Non. Une charge monophasée nécessite au maximum deux pôles : la phase et le neutre. Les quatre pôles sont destinés à un circuit triphasé plus le neutre, ou à la commande de deux circuits monophasés distincts à l'aide d'une seule poignée.

Transformer la sélection en code modèle

Il est plus facile de choisir et de commander les différents types de commutateurs rotatifs une fois que l'ordre de sélection est défini : d'abord la fonction, puis les circuits, ensuite les positions et l'angle, puis la catégorie de charge, et enfin le mode de montage. La majeure partie du coût lié à une commande erronée ne réside pas dans le commutateur lui-même, mais dans les retouches à effectuer sur le tableau de commande.

Cantak propose la série LW26, de 10 A à 315 A, dans des versions pour armoire, à un seul trou, sur rail DIN et à verrouillage de porte, avec le schéma de contact fourni pour chaque position, ainsi que la gamme multicouche LW40 destinée au contrôle des machines où plusieurs circuits doivent être commutés en séquence sur un même axe. Ces deux gammes sont répertoriées avec leurs options de pôles et de positions sur le Commutateur rotatif de la série LW26 et Commutateur rotatif de la série LW40 pages.

Si aucun schéma de contact n'existe encore pour la séquence dont vous avez besoin, envoyez-nous le schéma de commutation en précisant le nombre de pôles, les positions et la catégorie de charge ; nos ingénieurs vérifieront la configuration des cames avant que vous ne passiez commande. La gamme complète, y compris les gammes de sectionneurs et de boutons-poussoirs qui respectent la même norme de tableau, est disponible sur le catalogue de produits.