Interrupteur d'éclairage

Dans le câblage électrique , un interrupteur est un interrupteur le plus souvent utilisé pour faire fonctionner des lampes électriques , des équipements connectés en permanence ou des prises électriques . Les lampes portables telles que les lampes de table peuvent avoir un interrupteur monté sur la douille, la base ou en ligne avec le cordon. Les interrupteurs marche/arrêt manuels peuvent être remplacés par des variateurs qui permettent de contrôler la luminosité des lampes ainsi que de les allumer ou de les éteindre, des interrupteurs à minuterie, des interrupteurs à détection de présence et des interrupteurs et variateurs télécommandés. On trouve également des interrupteurs d'éclairage dans les lampes de poche , les véhicules et d'autres appareils.

Le premier interrupteur d'éclairage utilisant la technologie de rupture rapide a été inventé par John Henry Holmes en 1884 dans le quartier de Shieldfield à Newcastle upon Tyne. L'interrupteur à rupture rapide a surmonté le problème des contacts d'un interrupteur qui développaient un arc électrique à chaque ouverture ou fermeture du circuit. L'arc électrique provoquait des piqûres sur un contact et l'accumulation de résidus sur l'autre, ce qui réduisait la durée de vie utile de l'interrupteur. L'invention de Holmes garantissait que les contacts se sépareraient ou se rapprocheraient très rapidement, quelle que soit la pression exercée par l'utilisateur sur l'actionneur de l'interrupteur. L'action de ce mécanisme de rupture rapide signifiait qu'il n'y avait pas suffisamment de temps pour qu'un arc se forme, et l'interrupteur avait donc une longue durée de vie. Cette technologie de rupture rapide est encore utilisée aujourd'hui dans presque tous les interrupteurs d'éclairage ordinaires du monde, au nombre de plusieurs milliards, ainsi que dans de nombreuses autres formes d'interrupteurs électriques.

L' interrupteur à bascule a été inventé en 1916 par William J. Newton.

En tant que composant d'un système de câblage électrique ou domestique , l'installation d'interrupteurs est réglementée par une autorité compétente en matière de sécurité et de normes. Dans différents pays, les dimensions standard du matériel de montage mural (boîtes, plaques, etc.) peuvent différer. Étant donné que les plaques frontales utilisées doivent recouvrir ce matériel, ces normes déterminent les dimensions minimales de tous les équipements muraux. Par conséquent, la forme et la taille des boîtes et des plaques frontales, ainsi que ce qui est intégré, varient d'un pays à l'autre.

Les dimensions, les conceptions mécaniques et même l'apparence générale des interrupteurs ont évolué lentement au fil du temps. Les interrupteurs restent généralement en service pendant plusieurs décennies, souvent changés uniquement lorsqu'une partie d'une maison est recâblée. Il n'est pas rare de voir des interrupteurs centenaires encore en service. Les fabricants introduisent diverses formes et styles nouveaux, mais la plupart du temps, les préoccupations en matière de décoration et de mode se limitent aux plaques frontales ou murales. Même le variateur "moderne" à bouton a au moins quarante ans, et même dans les constructions les plus récentes, les formats familiers d'interrupteurs à bascule et à bascule prédominent.

La direction qui représente la position « on » varie également selon les pays. Aux États-Unis, au Canada, dans les pays européens, en Russie, etc., il est courant que la position « on » d'un interrupteur à bascule soit « up », alors que dans de nombreux autres pays comme le Royaume-Uni, l'Inde, l'Australie, la Nouvelle-Zélande (pays du Commonwealth), l'Irlande et la Chine, elle est « down ». (Dans la commutation multivoie, la correspondance entre l'état d'un seul interrupteur et le fait que les lumières soient allumées ou éteintes dépend de l'état des autres interrupteurs du circuit.)

Les interrupteurs peuvent être simples ou multiples, conçus pour une utilisation en intérieur ou en extérieur. Des options supplémentaires peuvent inclure des commandes de gradation, une protection environnementale, une protection contre les intempéries et la sécurité. Dans les systèmes d'éclairage résidentiels et commerciaux légers, l'interrupteur d'éclairage contrôle directement le circuit alimentant les lampes. Dans les systèmes d'éclairage plus grands, par exemple les entrepôts ou les systèmes d'éclairage extérieur, le courant requis peut être trop élevé pour un interrupteur manuel. Dans ces systèmes, les interrupteurs d'éclairage contrôlent les contacteurs d'éclairage , un relais qui permet à l'interrupteur d'éclairage manuel de fonctionner sur un courant plus faible, avec un câblage plus petit que celui qui serait nécessaire dans le circuit d'éclairage principal.

Au Royaume-Uni, il est déconseillé de placer des prises BS 1363 de 13 ampères sur un circuit d'éclairage (mais pas totalement interdit), mais des prises BS 546 de 2 ampères ou 5 ampères sont souvent placées sur les circuits d'éclairage pour permettre le contrôle des lampes autonomes à partir des interrupteurs d'éclairage de la pièce. Dans les maisons construites sur place et les maisons mobiles d'Amérique du Nord , les salons et les chambres disposent souvent d'une prise commutée pour une lampe de sol ou de table. Ces prises sont appeléesprises commutées ousorties à moitié chaudes .

L' interrupteur à bouton-poussoir comporte deux boutons : l'un qui ferme les contacts et l'autre qui les ouvre. En appuyant sur le bouton surélevé, les contacts s'ouvrent ou se ferment et le bouton précédemment enfoncé sort pour que le processus puisse être inversé. Aux États-Unis, les boutons étaient généralement noirs ; le bouton « marche » avait généralement une incrustation de nacre blanche (réelle ou simulée) pour indiquer sa fonction. Par convention, l'interrupteur était généralement installé avec le bouton « marche » sur le dessus. Des reproductions d'interrupteurs à bouton-poussoir sont aujourd'hui disponibles sur le marché pour un style vintage ou authentique.

Le mécanisme à bascule permet une « action brusque » grâce à l'utilisation d'une géométrie « sur-centrée ». La conception a été brevetée en 1916 par William J. Newton et Morris Goldberg. L'actionneur de commutation ne contrôle pas les contacts directement, mais par l'intermédiaire d'un agencement intermédiaire de ressorts et de leviers. La rotation de l'actionneur ne provoque initialement aucun mouvement des contacts, qui continuent en fait à être maintenus ouverts de manière positive par la force du ressort. La rotation de l' actionneur étire progressivement le ressort. Lorsque le mécanisme passe au-dessus du point central, l'énergie du ressort est libérée et le ressort, plutôt que l'actionneur, entraîne les contacts rapidement et avec force vers la position fermée avec un bruit de « claquement » audible. Ce mécanisme est sûr, fiable et durable, mais produit un claquement ou un clic bruyant.

Les interrupteurs lumineux intègrent une petite lampe au néon ou LED , permettant à l'utilisateur de localiser facilement l'interrupteur dans l'obscurité. Les interrupteurs lumineux domestiques ont été introduits au milieu des années 1950.

Les interrupteurs unipolaires éclairés tirent leur puissance de leur source d'éclairage intégrée (généralement une lampe « néon ») du courant qui traverse la ou les lampes qu'ils contrôlent. Ces interrupteurs fonctionnent de manière satisfaisante avec des lampes à incandescence, des éclairages halogènes et des luminaires fluorescents non électroniques, car le faible courant requis pour la source d'éclairage de l'interrupteur est trop faible pour produire une lumière visible à partir de ces appareils contrôlés par l'interrupteur éclairé. Cependant, s'ils contrôlent uniquement des lampes fluorescentes compactes (LFC) et/ou des lampes à LED , la faible quantité de courant requise pour alimenter la source d'éclairage à l'intérieur de l'interrupteur charge également lentement le condensateur d'entrée interne dans le ballast électronique de la LFC ou de la LED jusqu'à ce que la tension à ses bornes augmente au point où elle produit une brève décharge à travers la LFC. Ce cycle peut se répéter indéfiniment, entraînant un bref clignotement répétitif de la ou des lampes (et de la lumière à l'intérieur de l'interrupteur) pendant que l'interrupteur éclairé est en position « off ».

Une conception alternative à l'interrupteur à bascule est l'interrupteur à bascule. Les grands interrupteurs de cette conception sont communément connus aux États-Unis sous le nom de style « décorateur » ou « Decora ». « Decora » est une marque déposée de Leviton , et le terme est devenu ces dernières années une marque générique aux États-Unis pour tout interrupteur à bascule, quelle que soit la marque. Les interrupteurs de cette conception sont presque au ras de la plaque murale et sont activés en « basculant » un levier plat et large, plutôt qu'en poussant un actionneur court et saillant vers le haut ou vers le bas.

En Europe, au Brésil, à Hong Kong, en Malaisie, à Singapour et en Inde, ce type est presque universel et les interrupteurs à bascule seraient considérés comme démodés.

En Australie et en Nouvelle-Zélande, un petit interrupteur à bascule est presque universellement utilisé, sous la forme d'un mécanisme d'interrupteur de 16 mm (0,63 po), qui est monté par derrière dans une plaque murale - en se fixant via des pattes de montage, comme illustré sur la photo de gauche. Une « plaque de recouvrement » légèrement plus grande, fournie avec la plaque murale, ou en complément de celle-ci, se clipse ensuite sur l'assemblage, comme une barrière isolante supplémentaire recouvrant les vis de montage de la plaque murale enfoncées - qui sont « enfoncées » pour éviter tout contact humain accidentel. La « plaque de recouvrement » peut être retirée sans utiliser d'outils, par exemple lorsqu'il est nécessaire de peindre un mur.

Bien que les interrupteurs de style « décorateur » plus grands soient facilement disponibles en Australie, l'avantage des mécanismes plus petits est que les plaques murales sont disponibles pour monter de un à six mécanismes d'interrupteurs individuels, ou d'autres « mécanismes » de taille correspondante - tels que des variateurs et des voyants lumineux - dans le même espace qu'un (ou deux) interrupteurs de conception plus grande pourraient être montés. Étant donné que les mécanismes sont petits, ils peuvent également être montés dans des plaques « d'architrave », pour un montage dans des positions où il n'est pas possible de monter une plaque murale de taille « standard ». Un exemple est montré dans l'image ci-dessous à droite. Tous les mécanismes d'interrupteur n'ont aucune pièce métallique exposée nécessitant une mise à la terre. Bien que les interrupteurs, les plaques murales et les plaques de recouvrement de différents fabricants ne soient généralement pas interchangeables, les mécanismes d'interrupteur de ce type sont disponibles en Australie depuis 1951.

Le système de modules Keystone pour prises électriques à très basse tension (breveté en 1975) ressemble quelque peu à ces modules en apparence, mais la conception des fixations Keystone est différente et les modules Keystone peuvent être retirés sans outil. (Un système similaire, mais avec des interrupteurs plus gros, est utilisé en Italie.)

Comme le montre la photo de démontage, l'actionneur de l'interrupteur pivote dans deux trous sur les côtés du corps en plastique de l'interrupteur. Une barre d'actionnement coulisse dans deux rainures à l'intérieur de l'actionneur, pressée par un ressort de compression dans une encoche de la barre de contact commune. La barre de contact commune est libre de basculer sur une tige de petit diamètre, soudée à la borne commune. Cependant, en raison de la pression appliquée par le ressort de compression, la barre de contact commune sera toujours maintenue contre l'un des deux contacts.

Lorsque l'actionneur est déplacé, l'énergie mécanique est stockée dans le ressort de compression jusqu'à ce que l'actionneur dépasse sa position médiane. À ce moment, la barre de contact commune est forcée dans la direction opposée par le ressort de compression, agissant via la barre d'actionneur, ce qui rompt la connexion avec le contact existant et établit une connexion avec l'autre contact. La barre de contact commune est en cuivre, avec une incrustation de métal de contact plus dur sur la face inférieure. Bien qu'elle soit libre de se déplacer sur la distance requise dans le sens de la longueur, elle est limitée dans ses déplacements latéraux par la construction du corps en plastique moulé.

Les bornes à vis sont creuses et permettent d'insérer jusqu'à au moins trois fils de 1 mm (CSA), torsadés ensemble, à une profondeur allant jusqu'à 10 millimètres (0,39 po) et fixés avec une vis de réglage . Les vis de réglage des bornes de contact sont installées à un léger angle pour permettre un accès plus facile au tournevis après l'installation du mécanisme de commutation dans une plaque murale - avant de fixer la plaque murale au mur. Une borne de connexion « en boucle » est également illustrée. Cette borne ne joue aucun rôle dans l'action de l'interrupteur mais, en raison de l'espace disponible, elle est fournie comme borne isolée pour joindre d'autres fils, si nécessaire (comme les fils neutres). Chaque mécanisme d'interrupteur à bascule australien est en fait un interrupteur unipolaire à double sens (SPDT), également appelé « interrupteur à deux voies », et possède trois bornes.

Un interrupteur de conception essentiellement identique est également utilisé sur les plaques murales de prises de courant australiennes. Il est désormais extrêmement rare de trouver un autre type d'interrupteur dans les maisons australiennes, bien que la norme australienne de câblage AS 3112 n'interdise pas les autres types. Bien que de nombreuses variantes de modèles et de plaques de recouvrement australiens soient disponibles, certains concepteurs et rénovateurs peuvent importer des interrupteurs de conception britannique et européenne lorsqu'ils souhaitent une finition particulière. Cependant, bien que les plaques de montage murales australiennes standard aient les mêmes dimensions que celles utilisées en Amérique du Nord, elles ont des dimensions différentes de celles utilisées au Royaume-Uni ou en Europe.

Les interrupteurs (et autres mécanismes) de cette série de conception australienne sont actuellement disponibles au Royaume-Uni (et dans d'autres pays), ainsi que des plaques murales adaptées aux normes de montage des pays concernés.

Pendant une courte période, les interrupteurs à bascule australiens ont été exportés aux États-Unis dans les années 1960. Bien que les interrupteurs aient des caractéristiques nominales adéquates pour une utilisation sur des circuits de 120 V et présentent des avantages de compacité et d'apparence distinctive, ils n'ont pas réussi à s'imposer sur le marché américain.

Lorsque les circuits d'éclairage ne doivent pas être éteints accidentellement, par exemple les commandes d'éclairage des couloirs et des toilettes dans les bâtiments publics tels que les écoles, un interrupteur inviolable peut être installé. Ces interrupteurs nécessitent une clé pour fonctionner et découragent ainsi toute utilisation fortuite ou accidentelle de l'interrupteur.

Dans les installations d’éclairage commerciales et industrielles nord-américaines, l’éclairage installé sur des circuits triphasés 480Y/277 V utilise des tensions supérieures à la valeur nominale des interrupteurs 120 V courants.

Vers le milieu du 20e siècle, des interrupteurs « silencieux » ont été introduits, utilisant du mercure pour établir la connexion, évitant le claquement bruyant des interrupteurs à bascule à ressort qui étaient alors la norme. Une forme d'interrupteur à mercure utilise un flacon en verre scellé qui est basculé par le levier à bascule, ce qui fait rouler une goutte de mercure métallique liquide d'une extrémité à l'autre, reliant une paire de contacts pour compléter le circuit. Un autre style d'interrupteur à mercure utilise une roue métallique avec un isolant séparant les deux moitiés qui a un trou qui permet au mercure de connecter chaque côté de la roue dans une seule position.

Certains de ces interrupteurs étaient également équipés d'une lampe au néon connectée aux contacts, donc en série avec la charge électrique. Cela permettait à l'indicateur de s'allumer faiblement lorsque l'interrupteur était éteint, ce qui permettait de le retrouver plus facilement dans une pièce sombre.

Dans les années 1970, d'autres conceptions d'interrupteurs silencieux qui ne nécessitaient pas de mercure (et étaient donc plus simples et moins chères à produire) sont devenues largement utilisées, remplaçant progressivement les interrupteurs à bascule « à encliquetage » conventionnels et les interrupteurs silencieux à base de mercure.

Un interrupteur combiné à une prise de courant est parfois installé dans les sous-sols ou les locaux techniques des maisons. L'interrupteur est actionné par une chaînette ou un cordon. Il est également possible d'avoir l'interrupteur à cordon séparé de la prise de courant, ce qui est particulièrement courant dans les salles de bains britanniques. Jusqu'en 2001, la réglementation britannique en matière de câblage exigeait que tous les interrupteurs de salle de bains soient actionnés par des cordons à tirer.

Également appelé interrupteur à pied. Il s'agit d'un type d'interrupteur pour lampadaires hauts, monté sur le cordon d'alimentation, qui reste généralement au sol et qui est actionné au pied. Il est également utilisé pour d'autres petits appareils électroménagers, comme les ventilateurs ou les radiateurs (généralement de puissance plus élevée).

Ce type d'interrupteur est monté sur le cordon d'alimentation, au milieu ou à l'extrémité. Ils sont légers et sont principalement utilisés pour les appareils à faible puissance, comme les lampes de table, les ventilateurs de table, les radios et de nombreux autres appareils à faible puissance. Ils sont généralement unipolaires unidirectionnels, mais peuvent également être bipolaires unidirectionnels. Ils peuvent être montés soit au milieu de la prise et du consommateur, soit à l'extrémité du câble. Il existe également des interrupteurs montés sur cordon plus sophistiqués, comme les interrupteurs multiples (pour les lampes à plusieurs ampoules ou les ventilateurs à plusieurs vitesses, dans ce cas, ils ont une entrée et 2 sorties ou plus), les variateurs et les gradateurs (variateurs de lumière, oreillers et matelas électriques ou certains ventilateurs à plusieurs vitesses). Certains radiateurs plus anciens peuvent également utiliser de tels interrupteurs, mais avec des valeurs nominales plus élevées. En général, leur courant nominal est compris entre 0,5 A, principalement limité aux lampes à faible puissance à la tension du secteur, jusqu'à 6 ou même 10 A (comme les radiateurs). Des valeurs nominales de courant plus élevées peuvent également permettre une utilisation dans des applications à courant élevé mais à basse tension (6-24 V).

Un variateur de lumière , appelé proprement dit variateur de lumière , contient un circuit à semi-conducteurs permettant de modifier la luminosité en réduisant la tension moyenne appliquée à la lampe.

En principe, il est facile de concevoir des interrupteurs silencieux dans lesquels les contacts mécaniques ne contrôlent pas directement le courant, mais envoient simplement un signal à un dispositif à semi-conducteurs tel qu'un thyristor pour fermer le circuit. De nombreuses variantes sur ce thème ont été créées et commercialisées. Les appareils à « plaque tactile » peuvent être actionnés en touchant ou en agitant simplement une main près de l'interrupteur. Les interrupteurs tactiles n'ont pas de pièces mobiles et commutent électroniquement le circuit d'éclairage. En 1986, ils restent des articles spécialisés. Les interrupteurs électroniques offrent une flexibilité en termes d'interfaces différentes pour leurs opérations, telles que les plaques tactiles, les commandes à effleurement, le contrôle par capteur de pression ou de lumière, les écrans tactiles interactifs (qui sont largement utilisés dans les avions pour le contrôle de l'éclairage), et autres.

Les bâtiments publics tels que les hôpitaux économisent souvent de l'énergie en utilisant des interrupteurs à détecteur de mouvement , également appelés capteurs de présence . Les capteurs de présence peuvent également être utilisés dans des applications résidentielles telles que les salles de bains, les garages et les couloirs.

Un interrupteur sans fil permet de contrôler à distance l'éclairage à l'aide d'un émetteur portatif. Bien que le dispositif de commande puisse être une unité dédiée à cet effet, de plus en plus de tels interrupteurs peuvent être contrôlés par la technologie (comme le Bluetooth ou le Wi-Fi ) que l'on trouve désormais dans les smartphones .

La commande à distance filaire des interrupteurs d'éclairage est également possible en utilisant, par exemple, la signalisation X10 sur les câbles d'alimentation.

Il est possible de connecter deux ou plusieurs interrupteurs pour contrôler l'éclairage depuis, par exemple, les deux extrémités d'un long couloir ou les paliers supérieurs et inférieurs d'une volée d'escaliers. La commutation multidirectionnelle s'effectue à l'aide d'interrupteurs spéciaux dotés de contacts supplémentaires.

Les premiers interrupteurs étaient en porcelaine dans la version montée en surface et fonctionnaient comme un interrupteur rotatif avec un mécanisme rotatif. Plus tard, la bakélite et l'ébonite plus durables ont été utilisées. Aujourd'hui, ils sont fabriqués à partir de plastiques modernes , comme le polycarbonate ou l'ABS résistant au feu. Certains interrupteurs peuvent également être fabriqués à partir d'autres plastiques comme le polyamide, le polypropylène ou le PVC, mais ils sont principalement limités aux interrupteurs montés sur fil (comme les interrupteurs de veilleuse), principalement en raison de leur poids réduit, et la plupart de ces interrupteurs ne sont pas utilisés dans les appareils à haute puissance (principalement les lampes de table, les ventilateurs de table, certaines radios) principalement jusqu'à 2 ampères. Dans certains cas, notamment dans les hôpitaux et autres établissements publics, les parties exposées des interrupteurs d'éclairage sont constituées de matériaux antimicrobiens tels que le cuivre , pour le contrôle des infections .