Théorie électrique, commandes et Code canadien de l'électricité

Introduction au chapitre

Ce chapitre couvre l'ensemble des notions électriques essentielles pour l'examen Sceau rouge en réfrigération et climatisation. Vous devez maîtriser les principes fondamentaux, les circuits de commande, les composants électromécaniques et électroniques, ainsi que les exigences du Code canadien de l'électricité (CCÉ) . Les questions d'examen portent autant sur la théorie pure que sur l'application pratique des règles de sécurité.

Principes fondamentaux de l'électricité

Grandeurs électriques de base

L'électricité est le déplacement d'électrons dans un conducteur. Cinq grandeurs fondamentales doivent être parfaitement comprises :

Grandeur	Symbole	Unité	Appareil de mesure
Tension	E ou V	Volt (V)	Voltmètre
Courant	I	Ampère (A)	Ampèremètre
Résistance	R	Ohm (Ω)	Ohmmètre
Puissance	P	Watt (W)	Wattmètre
Fréquence	f	Hertz (Hz)	Fréquencemètre

Loi d'Ohm : La tension est égale au produit du courant par la résistance.

E = I × R

Loi de puissance : La puissance est égale au produit de la tension par le courant.

P = E × I

Pour les circuits monophasés : P = E × I × facteur de puissance (FP)

Pour les circuits triphasés : P = √3 × E × I × FP

Circuits en série et en parallèle

Circuit en série : Le courant est identique dans tous les éléments. La résistance totale est la somme des résistances individuelles.

Rₜ = R₁ + R₂ + R₃ + ...

Circuit en parallèle : La tension est identique aux bornes de chaque branche. La conductance totale est la somme des conductances.

1/Rₜ = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ + ...

Pour deux résistances en parallèle : Rₜ = (R₁ × R₂) / (R₁ + R₂)

Courant alternatif et courant continu

Le courant continu (CC) circule dans un seul sens. Il est utilisé dans les circuits de commande à basse tension (24 V CC), les moteurs à vitesse variable et les cartes électroniques.

Le courant alternatif (CA) change de direction périodiquement. Au Canada, la fréquence standard est de 60 Hz. Les valeurs efficaces (RMS) sont utilisées pour les calculs : la tension nominale de 120 V CA correspond à une tension de crête de √2 × 120 ≈ 170 V.

Facteur de puissance

Le facteur de puissance (FP) est le rapport entre la puissance active (W) et la puissance apparente (VA). Il est égal au cosinus du déphasage entre la tension et le courant.

FP = P / S où S est la puissance apparente en voltampères (VA)

Les moteurs à induction ont un FP typique de 0,7 à 0,9. Un FP faible augmente le courant circulant dans les conducteurs sans produire de travail utile. La correction du FP se fait par l'ajout de condensateurs.

Composants électriques des systèmes de réfrigération

Contacteurs et relais

Le contacteur est un interrupteur commandé électriquement. Il est composé d'une bobine, de contacts principaux (de puissance) et de contacts auxiliaires (de commande).

Caractéristique	Contacteur	Relais
Courant nominal	Élevé (10-600 A)	Faible (1-10 A)
Application	Moteurs, compresseurs	Circuits de commande
Contacts	Normalement ouverts (NO)	NO et normalement fermés (NF)
Durée de vie	Mécanique et électrique	Variable selon le type

La bobine du contacteur peut être alimentée en 24 V, 120 V ou 240 V. La tension de la bobine doit correspondre exactement à la tension du circuit de commande.

Relais de surcharge et protection des moteurs

Les relais de surcharge protègent les moteurs contre les surintensités prolongées. Trois types principaux :

36.Relais thermiques bimétalliques : Un bilame se déforme sous l'effet de la chaleur et ouvre le circuit.

37.Relais à alliage fusible : Un alliage à bas point de fusion fond et libère un mécanisme.

38.Relais électroniques : Mesurent le courant et calculent l'échauffement du moteur.

Le relais de surcharge doit être réglé au courant nominal du moteur, indiqué sur la plaque signalétique. Un réglage trop élevé ne protège pas le moteur ; un réglage trop bas provoque des déclenchements intempestifs.

Condensateurs

Les condensateurs sont utilisés pour le démarrage et le fonctionnement des moteurs monophasés.

Type	Valeur typique	Fonction
Condensateur de démarrage	70-400 µF	Augmente le couple de démarrage
Condensateur permanent	3-50 µF	Améliore le facteur de puissance et l'efficacité
Condensateur de correction FP	Variable	Compense l'inductance des moteurs

Le condensateur de démarrage est inséré en série avec l'enroulement de démarrage et est retiré du circuit par un relais ou un interrupteur centrifuge une fois le moteur lancé. Le condensateur permanent reste dans le circuit en tout temps.

Transformateurs

Le transformateur modifie la tension alternative. Il est composé d'un noyau magnétique et de deux enroulements : primaire et secondaire.

Rapport de transformation : N₁/N₂ = E₁/E₂ = I₂/I₁

Dans les systèmes de réfrigération, les transformateurs abaissent la tension de 120 V ou 240 V à 24 V pour les circuits de commande. Le secondaire est souvent muni d'une protection contre les surintensités.

Circuits de commande

Schémas de câblage et de commande

Deux types de schémas sont utilisés :

52.Schéma de puissance (ou de câblage) : Montre les connexions physiques réelles des composants.

53.Schéma de commande (ou de logique) : Montre le fonctionnement logique du circuit, sans tenir compte de l'emplacement physique.

Sur un schéma de commande, les lignes verticales représentent les conducteurs d'alimentation. Les composants sont numérotés pour faciliter le repérage. Les contacts sont identifiés par leur position normale (au repos).

Circuit de commande typique d'un compresseur

Un circuit de commande standard comprend :

Un transformateur 120 V / 24 V

Un thermostat (contact NO)

Un pressostat basse pression (contact NO)

Un pressostat haute pression (contact NF)

Un relais de surcharge (contact NF)

La bobine du contacteur du compresseur

Le circuit est en série : tous les contacts doivent être fermés pour que la bobine soit alimentée. L'ouverture de n'importe quel contact arrête le compresseur.

Verrouillages et séquences

Les verrouillages empêchent le fonctionnement simultané de composants incompatibles. Par exemple :

Le chauffage d'urgence et la pompe à chaleur ne fonctionnent pas simultanément.

Le dégivrage électrique est verrouillé avec la ventilation pour éviter la surchauffe.

Les compresseurs en parallèle ont un verrouillage pour éviter les démarrages simultanés.

Les séquences imposent un ordre de fonctionnement. Par exemple, le ventilateur du condenseur doit démarrer avant le compresseur, ou les résistances de carter doivent être alimentées avant le démarrage du compresseur.

Temporisations

Les temporisations sont essentielles pour protéger les compresseurs :

Temporisation au démarrage : Retarde le démarrage après une coupure de courant (3 à 5 minutes).

Temporisation entre cycles : Empêche le cyclage rapide (court-circuit du compresseur).

Temporisation de dégivrage : Contrôle la durée et la fréquence des cycles de dégivrage.

Les temporisations peuvent être réalisées avec des relais temporisés, des minuteries électroniques ou des cartes de commande programmables.

Moteurs électriques

Moteurs monophasés

Quatre types de moteurs monophasés sont couramment rencontrés :

Type	Applications	Caractéristiques
À phase auxiliaire	Petits ventilateurs	Faible couple de démarrage
À condensateur permanent	Ventilateurs, pompes	Bon rendement, silencieux
À condensateur de démarrage	Compresseurs	Couple de démarrage élevé
À pôles ombragés	Petits ventilateurs	Très faible couple, simple

Le sens de rotation d'un moteur monophasé est inversé en inversant les connexions de l'enroulement de démarrage.

Moteurs triphasés

Les moteurs triphasés sont utilisés pour les compresseurs de grande puissance. Ils offrent un meilleur rendement et un couple de démarrage plus élevé que les moteurs monophasés.

Inversion de rotation : Intervertir deux des trois phases d'alimentation.

Protection : Les moteurs triphasés nécessitent une protection contre :

Les surcharges (relais thermiques)

Les courts-circuits (fusibles ou disjoncteurs)

La perte de phase (relais de séquence de phases)

L'inversion de phases (relais de détection de rotation)

Vitesse variable

Les variateurs de fréquence (VFD) contrôlent la vitesse des moteurs en modifiant la fréquence et la tension d'alimentation. Ils sont utilisés pour :

Les ventilateurs à débit variable

Les compresseurs à vitesse variable

Les pompes de circulation

Le VFD convertit le courant alternatif en courant continu, puis en courant alternatif à fréquence variable. La relation entre la fréquence et la vitesse est : N = (120 × f) / P où N est la vitesse en tours par minute, f la fréquence en Hz et P le nombre de pôles.

Code canadien de l'électricité

Structure et application

Le Code canadien de l'électricité, Chapitre V est une norme nationale publiée par l'Association canadienne de normalisation (CSA). Il s'applique à toutes les installations électriques au Canada.

La structure du code est organisée en sections numérotées :

Section 0 : Objet, champ d'application et définitions

Section 2 : Règles générales

Section 4 : Conducteurs

Section 6 : Services et entrées de service

Section 8 : Circuits de dérivation et alimentations

Section 10 : Mise à la terre et liaison équipotentielle

Section 14 : Protection des circuits

Section 26 : Installation des équipements électriques

Section 28 : Moteurs et génératrices

Règles essentielles pour la réfrigération

Règle 8-200 : Calcul des charges des circuits de dérivation. La charge maximale d'un circuit ne doit pas dépasser 80 % de la capacité nominale du disjoncteur pour les charges continues.

Règle 14-100 : Protection contre les surintensités. Chaque circuit doit être protégé contre les surintensités par un fusible ou un disjoncteur.

Règle 26-256 : Protection des moteurs contre les surcharges. Le dispositif de protection contre les surcharges doit être réglé à une valeur ne dépassant pas 125 % du courant nominal du moteur.

Règle 28-602 : Conducteurs d'alimentation des moteurs. La capacité des conducteurs doit être d'au moins 125 % du courant nominal du moteur.

Mise à la terre et liaison équipotentielle

La mise à la terre est obligatoire pour tous les équipements électriques. Elle protège contre les chocs électriques en fournissant un chemin de faible impédance vers la terre.

Règle 10-200 : Mise à la terre des équipements. Tous les équipements électriques doivent être mis à la terre.

Règle 10-400 : Liaison équipotentielle. Toutes les parties métalliques non conductrices doivent être reliées entre elles et à la terre.

Dans les systèmes de réfrigération, les compresseurs, les condenseurs et les évaporateurs doivent être mis à la terre. Les conduites de réfrigérant métalliques doivent être reliées à la terre si elles sont susceptibles d'être touchées.

Protection des circuits

Type de protection	Fonction	Application
Fusible	Interrompt le circuit en cas de surintensité	Protection des circuits et des moteurs
Disjoncteur	Interrompt le circuit, réarmable	Protection des circuits
Relais de surcharge	Protège contre les surcharges prolongées	Protection des moteurs
Disjoncteur de fuite à la terre (GFCI)	Détecte les fuites de courant	Prises de courant, zones humides

Les fusibles sont classés selon leur temps de réponse : rapides, à retardement (RK5, RK1) et à action lente. Les fusibles à retardement sont utilisés pour les moteurs car ils tolèrent les courants de démarrage élevés.

Conducteurs et calibres

Les conducteurs sont identifiés par leur calibre AWG (American Wire Gauge). Les calibres courants en réfrigération :

Calibre AWG	Section (mm²)	Courant admissible (A)
14	2,08	15
12	3,31	20
10	5,26	30
8	8,37	40
6	13,3	55

Le courant admissible dépend de la température nominale de l'isolant (60 °C, 75 °C, 90 °C) et des conditions d'installation (température ambiante, nombre de conducteurs dans le conduit).

Dépannage et diagnostic

Procédure de vérification

130.Vérifier l'alimentation : Tension aux bornes du disjoncteur, continuité des fusibles.

131.Vérifier le circuit de commande : Tension au primaire et au secondaire du transformateur, continuité des contacts.

132.Vérifier les composants : Bobine du contacteur, relais de surcharge, condensateurs.

133.Vérifier le moteur : Résistance des enroulements, isolation à la terre.

Mesures de sécurité

Avant toute intervention :

Couper l'alimentation et verrouiller le disjoncteur (procédure de cadenassage).

Vérifier l'absence de tension avec un voltmètre.

Décharger les condensateurs avant de les toucher.

Utiliser des outils isolés.

Tests des composants

Test d'un condensateur : Mesurer la résistance avec un ohmmètre. Un condensateur chargé fera dévier l'aiguille puis reviendra à l'infini. Un condensateur court-circuité indique une résistance nulle. Un condensateur ouvert indique une résistance infinie.

Test d'une bobine : Mesurer la résistance. Une bobine ouverte indique une résistance infinie. Une bobine court-circuitée indique une résistance très faible.

Test d'un moteur : Mesurer la résistance entre chaque enroulement et entre les enroulements et la carcasse. Une résistance infinie entre un enroulement et la carcasse indique une bonne isolation.

Pièges à éviter

146.Confondre les contacts NO et NF : Un contact normalement ouvert est ouvert au repos et se ferme lorsqu'il est actionné. Un contact normalement fermé est fermé au repos et s'ouvre lorsqu'il est actionné.

147.Négliger le facteur de puissance : Les calculs de puissance en courant alternatif doivent toujours inclure le facteur de puissance. La puissance apparente (VA) n'est pas égale à la puissance active (W).

148.Oublier la règle du 80 % : Pour les charges continues, le courant ne doit pas dépasser 80 % de la capacité du disjoncteur.

149.Confondre les tensions de bobine : Une bobine de contacteur 24 V branchée sur 120 V sera détruite. Une bobine 120 V branchée sur 24 V ne s'activera pas.

150.Ignorer la protection contre les surcharges : Le relais de surcharge doit être réglé au courant nominal du moteur, pas au courant de la plaque signalétique du compresseur.

151.Ne pas décharger les condensateurs : Les condensateurs peuvent conserver une charge dangereuse après la coupure de l'alimentation.

152.Confondre les circuits en série et en parallèle : Dans un circuit en série, le courant est le même partout. Dans un circuit en parallèle, la tension est la même partout.

153.Utiliser le mauvais calibre de conducteur : Le calibre doit être déterminé selon le courant admissible et la chute de tension, pas seulement selon la protection.

154.Oublier la mise à la terre : Toute intervention sur un système électrique doit maintenir l'intégrité de la mise à la terre.

155.Ne pas vérifier la séquence de phases : Sur un système triphasé, une inversion de phases peut endommager le compresseur.

Résumé

La loi d'Ohm (E = I × R) et la loi de puissance (P = E × I) sont les fondements de tous les calculs électriques.

Les circuits en série ont un courant commun ; les circuits en parallèle ont une tension commune.

Le facteur de puissance est le rapport entre la puissance active et la puissance apparente.

Les contacteurs et les relais sont les composants de base des circuits de commande.

Les condensateurs de démarrage et permanents sont essentiels au fonctionnement des moteurs monophasés.

Les transformateurs abaissent la tension à 24 V pour les circuits de commande.

Les temporisations protègent les compresseurs contre le cyclage rapide.

Le Code canadien de l'électricité impose des règles précises pour la protection des circuits, la mise à la terre et le dimensionnement des conducteurs.

La règle du 125 % s'applique aux conducteurs et à la protection des moteurs.

Le dépannage doit suivre une procédure logique : alimentation, circuit de commande, composants, moteur.

La sécurité est primordiale : cadenassage, vérification d'absence de tension, décharge des condensateurs.

Questions d'auto-évaluation

171.Quelle est la résistance totale de trois résistances de 10 Ω, 20 Ω et 30 Ω en série ?

172.Quelle est la résistance totale de deux résistances de 10 Ω en parallèle ?

173.Un moteur monophasé de 2 CV (1,5 kW) fonctionne sous 240 V avec un FP de 0,85. Quel est le courant ?

174.Quel est le rôle d'un condensateur de démarrage ?

175.Quelle est la différence entre un contacteur et un relais ?

176.Quelle règle du CCÉ s'applique à la protection des moteurs contre les surcharges ?

177.Quel est le calibre minimal des conducteurs pour un moteur de 20 A ?

178.Pourquoi utilise-t-on des fusibles à retardement pour les moteurs ?

179.Quelle est la procédure de sécurité avant d'intervenir sur un condensateur ?

180.Comment inverser le sens de rotation d'un moteur triphasé ?

Références normatives

Code canadien de l'électricité, Chapitre V — CSA C22.1

CSA B149.1 — Code canadien de l'installation du gaz naturel et du propane (pour les systèmes combinés)

CSA C22.2 No. 0 — Exigences générales — Équipement électrique

CSA C22.2 No. 24 — Appareils de réfrigération

CSA C22.2 No. 120 — Équipement de réfrigération et de conditionnement d'air

Ces normes sont citées à titre de référence. L'examen Sceau rouge évalue votre connaissance des principes et de l'application pratique, pas la mémorisation des numéros de règles. Cependant, une familiarité avec les règles les plus courantes (8-200, 14-100, 26-256, 28-602) est attendue.

Théorie électrique, commandes et Code canadien de l'électricité