Potentiomètres et commutateurs de commande
Qu'est-ce qu'un potentiomètre ?
Le terme "potentiomètre" désigne à la fois un composant électronique et un dispositif permettant de régler la vitesse des moteurs EC. Dans un tel régulateur, le composant électronique est généralement employé. Dans les deux cas, le mot "potentiomètre" signifie qu'un ajustement peut être effectué de manière infiniment variable.
Régulateur de vitesse pour moteurs EC
Un moteur EC peut être considéré comme une combinaison d'un moteur AC et d'un régulateur de vitesse intégré (voir également l'article "Moteurs AC versus EC"). Ce régulateur intégré a besoin d'une consigne de vitesse. Un potentiomètre est l'un des moyens de transmettre cette consigne au moteur EC. C'est pourquoi il est parfois appelé régulateur de vitesse pour moteurs EC. Toutefois, le véritable régulateur de vitesse est intégré dans le moteur EC, tandis que le potentiomètre sert uniquement à régler manuellement la vitesse souhaitée. Avec un potentiomètre, la vitesse d'un moteur EC peut être ajustée de manière continue.
Mais comment cela fonctionne-t-il ? Comment le potentiomètre indique-t-il au moteur EC la vitesse qu'il doit adopter ? La réponse est simple : par un signal électrique. En termes techniques, il s'agit d'un signal analogique, c'est-à-dire une tension variable en continu entre une valeur minimale et une valeur maximale. Le signal analogique le plus couramment utilisé est le 0-10 Volts, pouvant varier entre 0 et 10 Volts.
En d'autres termes, le potentiomètre traduit la position du bouton rotatif en un signal analogique (ex. 0-10 V). Ce signal peut être utilisé pour contrôler divers dispositifs. Dans le domaine du CVC, les signaux analogiques sont largement employés pour contrôler les moteurs EC, les régulateurs de vitesse, le positionnement des vannes ou encore la régulation de température. Dans notre exemple, le ventilateur reste à l'arrêt lorsque le signal de commande est de 0 Volt. Lorsque le signal de commande augmente progressivement jusqu'à 10 Volts, la vitesse du ventilateur s'accroît de manière continue jusqu'à son maximum.
Différents types de signaux analogiques
Dans la pratique, il existe plusieurs types de signaux analogiques, chacun ayant ses propres avantages et inconvénients. Le choix du signal dépend du dispositif à contrôler. Dans certains cas, plusieurs options sont possibles.
Voici les signaux analogiques les plus couramment utilisés :
• Signaux en tension (ex. 0-10 V) : Ces signaux utilisent une différence de potentiel pour transmettre l'information. Le moteur EC détecte le niveau de tension et ajuste sa vitesse en conséquence. Ce type de signal est très populaire, car il est facilement mesurable avec un voltmètre, ce qui simplifie le diagnostic. Cependant, la longueur du câble doit être limitée : la résistance électrique des câbles entraîne une chute de tension qui peut affecter la précision du signal. Si le câble entre le potentiomètre et le moteur EC est trop long, la tension maximale de 10 V ne sera pas atteinte, rendant impossible l'obtention de la vitesse maximale.
• Signaux en résistance électrique (ex. 0-10 kΩ) : Cette méthode repose sur une résistance variable, comme un potentiomètre. Le moteur EC ajuste sa vitesse en fonction de la valeur de résistance détectée. Toutefois, une longueur de câble trop importante peut altérer la précision à cause de l'augmentation de la résistance du câble. Si la distance entre le potentiomètre et le moteur EC est courte, cette solution est simple et économique.
• Signaux en courant (ex. 4-20 mA) : Ces signaux varient l'intensité du courant pour transmettre une valeur. Plus l'intensité est élevée, plus la vitesse du moteur est grande. Le moteur EC déterminera la vitesse du moteur en fonction du courant du signal analogique. Plus le courant mA détecté est élevé, plus la vitesse du moteur est grande. Dans cet exemple, 20 mA correspond à la vitesse maximale du moteur. L'avantage principal est que la longueur du câble n'affecte pas la précision du signal. La résistance électrique accrue du câble sera compensée par le signal analogique et le courant souhaité sera atteint. De plus, une coupure de câble est facilement détectable (0 mA indique une défaillance, car la valeur minimale est de 4 mA). Toutefois, la mesure du courant est plus complexe que celle de la tension.
• Signaux en fréquence (ex. PWM - Modulation de largeur d'impulsion) : Ce type de signal analogique est aussi appelé train d'impulsions. Il consiste en une série continue d'impulsions de même amplitude (tension), mais différant par leur fréquence et leur largeur. Le moteur EC reçoit cette série d'impulsions électriques constantes. La vitesse du moteur est déterminée par la fréquence et la durée de ces impulsions. Ce type de signal analogique n'est pas affecté par la résistance accrue ou les chutes de tension qui peuvent survenir avec des câbles longs. Toutefois, une électronique plus sophistiquée est nécessaire pour interpréter correctement ce train d'impulsions, et la détection des erreurs éventuelles devient également plus complexe.
Au final, tous ces signaux analogiques accomplissent la même tâche : ils transmettent ou communiquent une valeur entre divers dispositifs. La différence entre ces types de signaux analogiques réside dans la manière dont ce message est exprimé, comme s'ils utilisaient des langues différentes pour communiquer la même information.
En résumé : les signaux en tension et en résistance sont simples et idéaux pour les courtes distances, tandis que les signaux en courant et en fréquence, étant plus complexes, sont plus appropriés pour les longues distances.
Le composant électronique "potentiomètre"
Un potentiomètre est un composant électronique à trois bornes, servant de résistance variable ou de diviseur de tension. Il se compose d'un élément résistif, d'un contact coulissant ou rotatif (le "curseur"), et de trois bornes fixes. Les deux bornes fixes sont reliées aux extrémités de l'élément résistif. Une borne variable (le curseur) glisse ou tourne le long de l'élément résistif pour modifier la résistance et, par conséquent, la tension de sortie.
Lorsqu'une tension est appliquée aux bornes fixes, la position du curseur divise cette tension. Le déplacement du curseur modifie la résistance dans un segment du circuit tout en ajustant simultanément la résistance dans l'autre segment. Cela permet de régler la tension entre le curseur et l'une des bornes fixes.
Le potentiomètre permet ainsi un réglage précis d'une valeur, par exemple pour ajuster le volume d'un appareil audio.
La gamme de produits Sentera de potentiomètres et commutateurs de commande
Régulateurs de vitesse pour moteurs EC (Contrôle de vitesse de ventilateurs à variation continue)
Un potentiomètre est généralement utilisé pour réguler la vitesse des moteurs EC dans le domaine du CVC. C'est pourquoi on l'appelle aussi régulateur de vitesse pour ventilateurs EC. Le potentiomètre génère un signal de commande (généralement de 0 à 10 Volts). Ce signal transmet l'information à un autre appareil (par exemple, un régulateur de vitesse de ventilateur). Dans cet exemple, le potentiomètre "informe" le régulateur de vitesse du ventilateur de la vitesse demandée via le signal de commande. Un signal analogique peut représenter une certaine valeur (par exemple : 8 Volts = 80%). Cette valeur se situe dans une plage (0-10 Volts ou 0-100%). Les potentiomètres ou régulateurs de vitesse de ventilateurs EC génèrent un signal de commande à variation continue qui peut être utilisé pour définir la vitesse de ventilateur demandée.
La gamme de produits Sentera comprend trois groupes de régulateurs de vitesse de ventilateurs EC. Ces groupes sont classés en fonction de la tension d'alimentation nécessaire au bon fonctionnement du potentiomètre :
1. Tension d'alimentation basse
Ces potentiomètres sont particulièrement adaptés pour les moteurs EC alimentés en 10 Volts DC (ou similaire). Ils offrent la possibilité de connecter à la fois la tension d'alimentation et le signal de commande analogique via un seul câble.
o Série SDP-E0US : nécessite une tension d'alimentation comprise entre 5 et 24 VDC. Le type de sortie peut être ajusté en modifiant la position d'un cavalier. Les valeurs minimales et maximales du signal de sortie analogique peuvent être ajustées via deux potentiomètres. Le cavalier et les deux potentiomètres se trouvent derrière le panneau avant du potentiomètre, où les fils sont connectés.
o Série SDP-M010 : nécessite une tension d'alimentation de 24 VDC. Le signal de sortie analogique peut être réglé à l'aide du bouton sur le panneau avant. Si nécessaire, ce bouton peut être annulé par la communication Modbus RTU. En cas de prise en main par Modbus RTU, le signal de sortie analogique suivra les informations présentes dans le registre de maintien Modbus correspondant. Le bouton du panneau avant est désactivé pendant la prise en main. En plus de l'ajustement du signal analogique, tous les réglages du potentiomètre peuvent être ajustés via la communication Modbus RTU. Une application typique consiste à annuler le bouton du panneau avant à certains moments de la journée, par exemple dans un bâtiment scolaire. La vitesse du ventilateur EC peut alors être réglée à distance (via le système BMS ou un ordinateur central), tandis que le bouton du panneau avant est désactivé.
o Série MTP-D010 : nécessite une tension d'alimentation comprise entre 3 et 15 VDC. Ces potentiomètres sont toujours proposés dans le type de boîtier classique. Le signal de sortie analogique peut être réglé entre 10 % et 100 % de la tension fournie. Par exemple, si ce potentiomètre est connecté à une tension d'alimentation de 10 VDC, le signal de sortie analogique peut être ajusté dans la plage de 1 à 10 VDC. Si la vitesse du ventilateur est trop élevée à sa valeur maximale, elle peut être réduite à 1 à 8 Volts par exemple.
2. Tension d'alimentation 230 VAC
Ces potentiomètres nécessitent une alimentation de 230 VAC. Le signal analogique peut être connecté via un câble séparé. Les câbles d'alimentation (230 VAC) et les câbles de signal de commande doivent toujours être séparés afin d'éviter toute interférence. Ces potentiomètres ont été développés pour générer un signal analogique pour les dispositifs qui ne fournissent pas une tension d'alimentation de 10 Volts DC (ou similaire) pour le potentiomètre.
3. Potentiomètres sans alimentation 10 kOhm
Ces potentiomètres ne nécessitent pas d'alimentation. Ils offrent une résistance variable dans la plage de 0 à 10 kΩ (0 à 10 000 Ohms). Il est ainsi possible de connecter ces potentiomètres avec un câble à trois fils. La seule différence entre les produits de ce groupe réside dans leur boîtier.
Commutateurs de commande pour moteurs EC ou actionneurs de vannes
Ces dispositifs régulent la vitesse des ventilateurs EC par paliers. Les potentiomètres mentionnés précédemment génèrent un signal de commande à variation continue. Cependant, il existe certaines applications où l'utilisateur souhaite régler la vitesse du ventilateur en quelques paliers allant de minimum à maximum, et non de manière continue. Pour ces applications, les commutateurs de commande Sentera peuvent être utilisés. Ces commutateurs génèrent un signal de commande à 3 valeurs. Ils divisent le signal analogique 0-10 Volts en trois valeurs (réglables). Cela permet de régler la vitesse du ventilateur en trois paliers.
Commutateurs de commande pour moteurs AC à plusieurs enroulements
Un groupe très spécifique de moteurs AC fonctionne de manière similaire. Il s'agit des moteurs à 3 vitesses, utilisés par exemple dans les ventilateurs de plafond. Ce groupe de commutateurs de commande est conçu pour contrôler les moteurs AC à 3 enroulements séparés. Chaque enroulement offre au moteur une vitesse différente. Lorsque le premier enroulement est alimenté, le moteur commence à tourner lentement. Lorsque le deuxième enroulement est alimenté, le moteur tourne un peu plus vite. Lorsque le troisième enroulement est alimenté, le moteur fonctionne à pleine vitesse. Pour contrôler ce type de moteur AC, un interrupteur mécanique est nécessaire pour connecter la tension d'alimentation 230 VAC à l'un des trois enroulements du moteur. Il est important de préciser que ce groupe de commutateurs de commande n'a rien à voir avec les signaux analogiques.