Module Snubber RC

À quoi sert un module Snubber RC

Le module Snubber RC est un réseau d’absorption prêt à câbler : une résistance et un condensateur montés en série sur une petite carte, avec un bornier à vis deux pôles pour le raccordement. Il se place en parallèle d’une charge inductive — moteur, bobine de relais, électrovanne, transformateur — ou aux bornes du contact qui la commande.

Son rôle est de fournir un chemin à l’énergie que l’inductance restitue à la coupure du courant. Sans ce chemin, cette énergie se dissipe dans un arc électrique au niveau du contact : le relais clique mal, ses contacts s’usent ou se collent, et les parasites rayonnés perturbent le microcontrôleur qui pilote l’ensemble.

Pourquoi une charge inductive abîme un contact

Une bobine s’oppose aux variations du courant qui la traverse. À la fermeture comme à l’ouverture du contact, le courant ne peut pas changer instantanément : l’inductance réagit en développant une tension d’autant plus élevée que la coupure est rapide.

Sur un relais qui commande un moteur ou une électrovanne, cette surtension a trois conséquences visibles :

• un arc entre les lames du contact à chaque coupure, qui les creuse et finit par les souder ;
• une salve de parasites conduits et rayonnés, capable de réinitialiser un Arduino ou de perturber un capteur placé à proximité ;
• une usure prématurée du contact, surtout sur les relais de faible puissance comme ceux des modules à relais.

Ce que fait le réseau RC

Le condensateur offre à l’énergie de la bobine un réservoir où elle se décharge au lieu de passer par l’arc. La résistance, placée en série, limite le courant de décharge du condensateur au moment de la fermeture du contact : sans elle, le condensateur se comporterait comme un court-circuit pendant l’impulsion de charge.

Le réseau amortit donc la surtension et l’oscillation qui suit la coupure, ce qui réduit l’arc et le rayonnement. Deux propriétés le distinguent de la diode de roue libre :

• il agit sur les deux fronts, à la fermeture comme à l’ouverture, alors que la diode n’agit qu’à l’ouverture ;
• il ne ralentit pas la libération du relais, contrairement à la diode qui piège l’énergie dans la bobine et retarde la retombée du contact.

Il ne se substitue pas à une varistance : le réseau RC amortit, la varistance écrête les surtensions en absorbant l’énergie au-delà d’un seuil. Les deux se rencontrent souvent ensemble dans la même protection.

Caractéristiques du module

Les modules de ce type sont vendus montés, avec le réseau déjà soudé : il n’y a rien à calculer ni à régler, seulement deux fils à serrer dans le bornier.

Câblage

En parallèle de la charge

C’est le montage le plus courant : les deux fils du module se serrent dans le bornier et viennent se placer aux deux bornes de la charge, aussi près que possible de celle-ci.

• En continu, sur un moteur ou une électrovanne : un fil sur la borne positive de la charge, l’autre sur la borne négative.
• En alternatif, sur une charge raccordée au secteur : entre la sortie du contact qui commande la charge et le neutre, le module se trouvant ainsi en parallèle de la charge lorsque le contact est fermé.

Aux bornes du contact de commutation

Placer le module directement aux bornes du contact — commun et contact de travail d’un relais, ou anode et cathode d’un triac — traite l’arc à sa source. Ce montage est correct, mais il fait passer en permanence, contact ouvert, le très faible courant du condensateur si la charge reste sous tension.

Variante en continu : la diode de roue libre

Sur une bobine alimentée en continu, une diode montée en parallèle de la bobine, cathode côté positif, dissipe la surtension dans la bobine elle-même et ne coûte presque rien. Elle reste la solution la plus simple ; on lui reproche seulement de retarder la retombée du relais. Sur un moteur continu, sur une charge alternative, ou quand la vitesse de retombée compte, le réseau RC est préférable.

Mini-projet Arduino : mesurer l’effet du module

Ce montage fait la démonstration la plus parlante : un relais commandé par l’Arduino alimente un petit moteur continu, une longueur de fil non connectée sert d’antenne, et le programme compte les impulsions parasites qu’elle capte. On compare le comptage avec le module snubber et sans lui.

Matériel

• un Arduino Uno et son câble USB
• un module 1 relais 5 V
• un moteur continu et une alimentation 12 V
• le module Snubber RC
• un fil souple de 40 à 50 cm servant d’antenne
• fils de liaison et une platine d’essai

Câblage

1. broche numérique 7 de l’Arduino vers l’entrée IN du module relais ; alimenter le module relais en 5 V et à la masse.
2. le pôle positif de l’alimentation 12 V vers le commun du module relais, le contact de travail vers la borne positive du moteur, la borne négative du moteur à la masse de l’alimentation 12 V.
3. le module Snubber RC en parallèle du moteur : un fil sur la borne du moteur reliée au contact, l’autre sur la borne négative du moteur.
4. le fil antenne sur la broche numérique 2, laissé libre à l’autre extrémité, éloigné d’une dizaine de centimètres du moteur.

Relier la masse de l’alimentation 12 V à celle de l’Arduino si l’on souhaite, mais le montage fonctionne aussi sans, le fil antenne n’étant relié qu’à l’entrée.

Programme

/*
 * Compteur de parasites moteur, avec ou sans module Snubber RC
 * Composants, brochage et fiche complete : www.marocproduits.com
 */

const int BROCHE_RELAIS = 7;
const int BROCHE_ANTENNE = 2;

unsigned long compteur = 0;
int niveauPrecedent = 0;

void setup() {
  pinMode(BROCHE_RELAIS, OUTPUT);
  pinMode(BROCHE_ANTENNE, INPUT);
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Compteur de parasites pret");
}

void loop() {
  // Le relais met le moteur sous tension puis le coupe
  digitalWrite(BROCHE_RELAIS, HIGH);
  delay(500);
  digitalWrite(BROCHE_RELAIS, LOW);
  delay(500);

  // Lecture de l'antenne : chaque changement d'etat est compte
  int niveau = digitalRead(BROCHE_ANTENNE);
  if (niveau != niveauPrecedent) {
    compteur = compteur + 1;
    niveauPrecedent = niveau;
  }

  Serial.print("Impulsions parasites comptees : ");
  Serial.println(compteur);
}

Ce qu’on observe

Ouvrir le moniteur série à 9600 bauds et laisser tourner le montage une trentaine de secondes : le compteur avance par bonds au rythme des commutations du relais. Relevant ensuite la valeur, débrancher les deux fils du module snubber et refaire la même mesure dans les mêmes conditions : sur un moteur à balais, le comptage est en général plus élevé sans le module.

La comparaison porte sur des nombres lus par l’Arduino, pas sur une impression : elle se refait à volonté, et l’écart se constate aussi bien avec un relevé manuel qu’en laissant le programme afficher le total. L’écart exact dépend du moteur, de la longueur du fil et de la proximité : c’est la comparaison entre les deux configurations qui compte, pas la valeur absolue.

Pour aller plus loin

Remplacer le moteur par une bobine de relais 5 V commandée par un transistor 2N2222 : les impulsions à la coupure sont plus franches, et l’on voit nettement la différence entre l’absence de protection, une diode de roue libre et le réseau RC.

Sur le secteur : ce qu’il faut vérifier avant de câbler

Le réseau RC est utilisé sur des installations alimentées en 230 V alternatif, notamment pour protéger le contact d’un relais qui commande un ventilateur, un moteur ou un transformateur. Trois règles s’appliquent alors :

• couper l’alimentation au disjoncteur avant toute intervention, et vérifier l’absence de tension ;
• vérifier la tension de service du condensateur du module avant de le raccorder au secteur ; un condensateur destiné à l’alternatif doit être de classe X2 et non un modèle basse tension ;
• le module ne remplace ni un fusible ni un disjoncteur : il protège le contact, pas les personnes ni les câbles.

Un module par charge inductive : mettre un seul réseau à l’entrée d’une installation ne protège pas les contacts de chacun des appareils qui y sont raccordés.

Questions fréquentes

Faut-il respecter un sens de branchement ?

Non. Le réseau RC et le composant disque de protection ne sont pas polarisés : les deux fils peuvent être serrés indifféremment dans l’un ou l’autre pôle du bornier.

Le module remplace-t-il une varistance ?

Non, ce sont deux protections différentes. Le réseau RC amortit la surtension et l’oscillation à la coupure ; la varistance écrête les surtensions au-delà d’un seuil en absorbant l’énergie. Une varistance 14D471K placée elle aussi en parallèle de la charge complète le réseau, en particulier sur un réseau perturbé.

Le module est-il utile en courant continu ?

Oui, pour amortir l’arc et le rayonnement d’un moteur à balais ou d’une électrovanne. Sur une simple bobine de relais alimentée en continu, la diode de roue libre est souvent préférée, plus simple et moins encombrante ; le réseau RC garde l’avantage de ne pas retarder la retombée du contact.

Peut-on protéger plusieurs charges avec un seul module ?

Non. Chaque charge inductive doit avoir le sien, placé au plus près d’elle : un réseau commun situé à l’entrée du montage n’a aucun effet sur la surtension produite aux bornes de chaque charge.

Le module chauffe-t-il ?

La résistance dissipe une faible puissance en régime normal, l’échauffement reste modéré. Sur une charge fortement inductive ou en commutation très fréquente, laisser un peu d’air autour de la carte et éloigner les fils sensibles.

À combiner avec

• Module 1 relais 5 V pour la commutation côté Arduino
• Module 4 relais 5 V pour commander plusieurs charges
• Varistance 14D471K en complément contre les surtensions
• Moteur continu pour tester l’effet du module
• Transistor 2N2222 pour piloter une bobine de relais