Chapitre 09 · Sujet 3 sur 4
LED, drivers et commande (DALI, détection)
Comment fonctionne un luminaire LED avec son driver, quelles contraintes il impose au circuit, et comment le commander par détection, 1-10 V ou DALI.
Niveau 1
L'essentiel
- Une LED ne se branche pas directement sur 230 V : elle a besoin d'un driver qui lui fournit le bon courant ou la bonne tension continue.
- À la mise sous tension, les drivers appellent un très fort courant pendant un instant : cela limite le nombre de luminaires par disjoncteur et par contacteur.
- On commande l'éclairage par interrupteur, bouton-poussoir et télérupteur, par détecteur de présence ou d'absence, ou par un bus de gradation (1-10 V, DALI).
- DALI utilise deux fils de commande, sans polarité, en plus de l'alimentation ; chaque luminaire a une adresse.
- La détection et la gradation selon la lumière du jour réduisent fortement la consommation.
Comprendre
Le driver
Le driver transforme le 230 V alternatif en courant continu adapté aux LED. Il existe deux grandes familles :
- à courant constant (par exemple 350 mA, 700 mA) : pour les modules LED des luminaires ;
- à tension constante (12 V ou 24 V) : pour les rubans LED, que l'on peut couper à longueur.
Brancher un ruban 24 V sur un driver à courant constant, ou l'inverse, détruit les LED ou empêche l'allumage.
Le courant d'appel
Au moment de l'allumage, les condensateurs des drivers se chargent : pendant une fraction de milliseconde, le courant peut être des dizaines de fois plus élevé que le courant normal. Si l'on met trop de luminaires sur un même circuit, le disjoncteur déclenche à la mise sous tension, ou les contacts du contacteur se soudent. Les fabricants donnent le nombre maximal de drivers par disjoncteur selon sa courbe.
Les commandes
- Détecteur de présence : allume quand quelqu'un entre, éteint après une temporisation sans mouvement.
- Détecteur d'absence : l'utilisateur allume lui-même, le détecteur éteint quand il n'y a plus personne. C'est souvent plus économe dans les bureaux.
- Gradation 1-10 V : deux fils polarisés ; tous les luminaires d'une ligne reçoivent le même niveau.
- DALI : bus numérique à deux fils, chaque luminaire est adressable individuellement et peut renvoyer son état (voir Les bus : KNX, DALI, Modbus).
Sur le terrain
Dans un couloir d'une école à Mons, 24 luminaires LED sont commandés par trois détecteurs de présence. Le premier jour, le disjoncteur C10 déclenche à chaque allumage. Le technicien consulte la fiche du driver : le fabricant admet au maximum 15 drivers de ce modèle sur un C10. Il répartit les luminaires sur deux circuits et ajoute un relais adapté aux charges LED derrière chaque détecteur. Le problème disparaît.
Erreurs fréquentes
- Dimensionner le circuit d'éclairage sur la seule puissance des luminaires sans regarder le courant d'appel.
- Inverser la polarité d'une ligne 1-10 V.
- Raccorder un ruban LED tension constante sur un driver courant constant.
- Placer un détecteur derrière un obstacle ou face à une bouche de ventilation (déclenchements intempestifs).
- Traiter une ligne DALI comme une très basse tension de sécurité (TBTS) : elle n'en est pas une, ses conducteurs doivent être isolés comme ceux du 230 V.
Niveau supérieur
L'essentiel
- Le facteur de puissance, les harmoniques et le courant d'appel des drivers conditionnent le dimensionnement des circuits et des appareils de commande.
- Une ligne DALI accepte au plus 64 adresses courtes, 16 groupes et 16 scènes ; DALI-2 normalise aussi les capteurs et boutons sur le bus (norme IEC 62386).
- L'alimentation du bus DALI est limitée en courant ; il faut faire le bilan des consommations des appareils raccordés.
- L'économie d'énergie se calcule à partir de la puissance installée, des heures et des taux de réduction dus à la détection et à la lumière du jour.
Approfondir
Grandeurs électriques d'un driver
La puissance absorbée par un luminaire est celle indiquée pour le luminaire complet (driver compris). Le courant en régime vaut I = P / (U × λ), λ étant le facteur de puissance. À faible gradation, λ se dégrade souvent et le courant n'est plus proportionnel à la lumière.
Les drivers sont des charges non linéaires : ils produisent des courants harmoniques, en particulier de rang 3. Dans un réseau 3N 400 V, les harmoniques de rang 3 des trois phases s'additionnent dans le neutre : avec beaucoup d'éclairage LED, le courant de neutre peut approcher, voire dépasser, celui des phases. Voir Énergie réactive et compensation du cos φ pour l'effet sur la compensation.
Courant d'appel et protection
Le pic d'appel, très bref, est caractérisé par sa valeur crête et sa durée (données du driver). On compare ces données aux tableaux des fabricants de disjoncteurs ou on utilise directement le nombre maximal de drivers par disjoncteur. Les solutions : répartir sur plusieurs circuits, choisir une courbe moins sensible si la protection du câble reste assurée (vérification de l'Icc min, voir L'appareillage), utiliser des contacteurs ou relais adaptés aux charges capacitives, ou des limiteurs de courant d'appel.
DALI en pratique
- Deux conducteurs de commande non polarisés ; la topologie est libre (bus, étoile, arbre) mais sans boucle fermée.
- Une alimentation de bus est nécessaire ; son courant est limité : 250 mA au total au maximum pour les alimentations d'un même bus (DALI Alliance). Chaque appareil consomme quelques milliampères, à vérifier sur la fiche technique.
- La longueur et la section des conducteurs sont limitées par la chute de tension sur le bus : la DALI Alliance recommande au plus 300 m entre deux appareils du bus avec des conducteurs de 1,5 mm².
- La tension DALI n'est pas une TBTS : l'isolation des conducteurs de commande doit être celle des conducteurs de puissance. Cela permet d'utiliser un câble à 5 conducteurs (L, N, PE + 2 DALI) : le RGIE admet des circuits de tensions différentes dans un même câble multipolaire si tous les conducteurs sont isolés pour la tension la plus élevée présente, avec des dispositions contre un contact entre circuits (RGIE, Livre 1, 5.2.1.3). Dans une goulotte commune, les connexions des circuits de tensions différentes se font dans des compartiments séparés (RGIE, Livre 1, 5.2.9.6). Voir Séparation BT / TBT.
Stratégies de commande
| Stratégie | Principe | Où l'utiliser |
|---|---|---|
| Présence | allumage et extinction automatiques | couloirs, sanitaires, escaliers |
| Absence | allumage manuel, extinction automatique | bureaux, salles de réunion |
| Lumière du jour | gradation selon la lumière naturelle | rangées près des fenêtres |
| Horaire | coupure en dehors des heures | halls, parkings, façades |
| Maintien du flux | gradation des luminaires neufs, puis remontée | grandes installations DALI |
Exemple chiffré
1. Circuit. 20 luminaires LED de 36 W, λ = 0,95, sur 230 V : P = 20 × 36 = 720 W ; I = 720 / (230 × 0,95) ≈ 3,30 A. Le courant de régime est faible, mais le fabricant du driver admet au maximum 15 drivers sur un C10 (donnée hypothétique de l'exemple, à lire sur la fiche réelle) : on répartit sur deux circuits de 10 luminaires.
2. Bus DALI. Ligne de 40 drivers et 4 capteurs DALI-2. Consommation supposée : 2 mA par driver, 6 mA par capteur (fiches techniques). Total : 40 × 2 + 4 × 6 = 80 + 24 = 104 mA. Une alimentation de bus de 200 mA convient. Adresses : 40 + 4 = 44 appareils ; les drivers utilisent 40 des 64 adresses courtes de pilotes, les capteurs DALI-2 sont adressés comme dispositifs de commande.
3. Économie. Un plateau consomme 512 W d'éclairage, 2500 h par an : 512 × 2500 = 1 280 000 Wh = 1280 kWh. On estime (hypothèse de projet) que la détection d'absence et la gradation lumière du jour réduisent la consommation de 40 % : 1280 × 0,6 = 768 kWh, soit 512 kWh économisés par an.
Erreurs fréquentes
- Dimensionner le neutre d'un circuit triphasé d'éclairage LED à section réduite sans tenir compte des harmoniques de rang 3.
- Dépasser le courant de l'alimentation de bus DALI ou installer deux alimentations sur le même bus sans vérifier leur compatibilité.
- Réaliser une ligne DALI avec un câble de commande d'isolation insuffisante pour cohabiter avec la puissance.
- Annoncer des économies sans préciser les heures de fonctionnement et les hypothèses de réduction.
- Utiliser un contacteur choisi sur son calibre AC-1 pour commuter un grand nombre de drivers.