Distribuer : commande et protection — Cours SI Bac STE

Dans le programme du Bac STE

Coefficient 8 en Bac STE, la matière la plus lourde de la filière. L'unité ADC du cadre de référence 2025 (Alimenter, Distribuer, Convertir) examine explicitement le principe d'une commande et l'appareillage de commande et de protection : chaque étude de système de l'épreuve comporte un schéma de puissance et de commande à lire ou à compléter.

À l'épreuve

Lire ou compléter un schéma de puissance et de commande (marche-arrêt avec auto-maintien, inversion de sens de rotation avec verrouillage), identifier le rôle de chaque appareil, calculer le courant nominal d'un moteur pour choisir et régler les protections (calibre du disjoncteur, réglage du relais thermique, contacteur adapté).

Objectifs d'apprentissage

Situer la fonction Distribuer dans la chaîne d'énergie (Alimenter → Distribuer → Convertir → Transmettre)
Distinguer circuit de commande et circuit de puissance
Expliquer le fonctionnement d'un relais et d'un contacteur (bobine, contacts NO/NF, pouvoir de coupure)
Lire un schéma de commande marche-arrêt avec auto-maintien et d'inversion de sens avec verrouillage
Choisir les protections : fusibles, disjoncteur magnétothermique, relais thermique, disjoncteur différentiel
Calculer le courant nominal d'un moteur triphasé pour dimensionner l'appareillage

Notions clés

Commande et puissance

La fonction Distribuer module l'énergie fournie à l'actionneur sur ordre de la partie commande. On sépare le circuit de puissance (réseau triphasé, sectionneur, contacteur, protections, moteur) du circuit de commande (basse tension, boutons, contacts, bobines, sorties d'automate). Le préactionneur fait le lien : un faible signal de commande pilote une forte puissance.

Relais et contacteur

Un relais est un interrupteur commandé par une bobine : quand la bobine est alimentée, ses contacts changent d'état — les contacts NO (normalement ouverts) se ferment, les NF s'ouvrent. Le contacteur est un relais de puissance : ses pôles principaux, à fort pouvoir de coupure, alimentent le moteur, et ses contacts auxiliaires servent à la commande. Le choix se fait selon le courant d'emploi et la catégorie (AC-3 pour les moteurs asynchrones).

Schémas de commande type

Marche-arrêt avec auto-maintien : une impulsion sur le bouton Marche (NO) alimente la bobine KM ; un contact auxiliaire KM, branché en parallèle avec Marche, maintient l'alimentation quand on relâche le bouton ; le bouton Arrêt (NF), en série, coupe tout. Inversion de sens : deux contacteurs KM1 et KM2 permutent deux phases du moteur ; un verrouillage électrique (contact NF de KM2 en série avec la bobine KM1 et inversement), souvent doublé d'un verrouillage mécanique, interdit leur fermeture simultanée, qui provoquerait un court-circuit.

Protections

Le sectionneur isole l'installation pour intervenir en sécurité (il ne coupe pas en charge). Les fusibles (gG usage général, aM accompagnement moteur) et le disjoncteur magnétothermique protègent contre les courts-circuits (déclencheur magnétique, instantané) et les surcharges (déclencheur thermique, temporisé). Le relais thermique, réglé au courant nominal du moteur, le protège contre les surcharges prolongées. Le disjoncteur différentiel (30 mA) protège les personnes en détectant un courant de fuite à la terre.

Erreurs fréquentes

Confondre sectionneur et disjoncteur : le sectionneur isole hors charge, il ne protège pas et ne coupe pas un courant de court-circuit.

Placer le contact d'auto-maintien en série avec le bouton Marche au lieu de le mettre en parallèle.

Oublier le verrouillage dans l'inversion de sens : fermer KM1 et KM2 ensemble court-circuite deux phases.

Régler le relais thermique sur le calibre du disjoncteur au lieu du courant nominal du moteur.

Attribuer au différentiel la protection contre les surcharges : il ne détecte que les fuites à la terre.

Exemple corrigé

Énoncé

Un moteur asynchrone triphasé 400 V a une puissance utile

P_u = 4\ \text{kW}

, un rendement

\eta = 0{,}88

et un facteur de puissance

\cos\varphi = 0{,}85

. Calculer son courant nominal, puis proposer le réglage du relais thermique et le calibre du disjoncteur.

Correction

Puissance absorbée.

P_a = \dfrac{P_u}{\eta} = \dfrac{4000}{0{,}88} \approx 4545\ \text{W}

Courant nominal.

I_n = \dfrac{P_a}{\sqrt{3}\,U\cos\varphi} = \dfrac{4545}{1{,}732 \times 400 \times 0{,}85} \approx 7{,}7\ \text{A}

Relais thermique. Réglé au courant nominal : environ

7{,}7\ \text{A}

(plage de réglage choisie pour l'encadrer, par exemple 7–10 A).

Disjoncteur et contacteur. Disjoncteur moteur de calibre immédiatement supérieur (10 A) ; contacteur AC-3 de courant d'emploi au moins égal à 9 A.

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3 exercices pour t'entraîner

Exercice 1

Facile

Quel est le rôle du contact auxiliaire KM placé en parallèle avec le bouton Marche dans un circuit de commande ?

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C'est le contact d'auto-maintien : quand la bobine KM est alimentée, ce contact NO se ferme et continue d'alimenter la bobine après le relâchement du bouton Marche. Seul l'appui sur Arrêt (NF, en série) coupe l'alimentation.

Exercice 2

Moyen

Pourquoi place-t-on un contact NF de KM2 en série avec la bobine KM1 (et un contact NF de KM1 en série avec KM2) dans une commande d'inversion de sens ?

Voir la correction

C'est le verrouillage électrique : quand KM1 est fermé, son contact NF ouvert empêche d'alimenter KM2, et inversement. On évite ainsi la fermeture simultanée des deux contacteurs, qui permuterait et relierait deux phases, provoquant un court-circuit.

Exercice 3

Difficile

Une installation comporte un disjoncteur magnétothermique, un relais thermique et un disjoncteur différentiel 30 mA. Pour chacun des défauts suivants, indiquer l'appareil qui réagit : (a) court-circuit entre deux phases ; (b) moteur bloqué mécaniquement qui absorbe 1,5 fois son courant nominal ; (c) carcasse du moteur mise accidentellement sous tension et touchée par un opérateur.

Voir la correction

(a) Le déclencheur magnétique du disjoncteur coupe instantanément le court-circuit. (b) La surcharge modérée et prolongée est détectée par le relais thermique (ou le déclencheur thermique), qui ouvre le circuit de commande et fait retomber le contacteur. (c) Le courant de fuite qui traverse l'opérateur vers la terre est détecté par le disjoncteur différentiel 30 mA, qui protège la personne.

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Questions fréquentes

Quelle différence entre un relais et un contacteur ?

Le principe est le même (une bobine commande des contacts). Le contacteur est conçu pour couper des courants de puissance élevés (moteurs), avec un fort pouvoir de coupure et des contacts principaux ; le relais commute de faibles courants, typiquement dans le circuit de commande.

Pourquoi séparer commande et puissance ?

Pour la sécurité (l'opérateur manipule une basse tension), pour piloter une forte puissance avec un faible signal (bouton, automate) et pour pouvoir protéger et dépanner chaque partie indépendamment.

Fusible ou disjoncteur ?

Les deux protègent contre les courts-circuits. Le fusible fond et doit être remplacé ; le disjoncteur se réarme et intègre souvent aussi la protection contre les surcharges. Les fusibles aM sont conçus pour supporter la pointe de démarrage des moteurs.