Relais statique : types, application pratique, schémas de connexion

Les démarreurs et contacteurs classiques appartiennent progressivement au passé.Leur place dans l'électronique automobile, les appareils électroménagers et l'automatisation industrielle est occupée par les relais statiques - un dispositif semi-conducteur qui ne comporte aucune pièce mobile.

Les appareils ont des conceptions et des schémas de connexion différents qui déterminent leur champ d'application. Avant d'utiliser l'appareil, vous devez comprendre son principe de fonctionnement, connaître les caractéristiques de fonctionnement et de connexion des différents types de relais. Les réponses aux questions ci-dessus sont décrites en détail dans l'article présenté.

Dispositif de relais statique

Les relais statiques (SSR) modernes sont des dispositifs semi-conducteurs modulaires qui agissent comme des interrupteurs électriques de puissance.

Les unités opérationnelles clés de ces appareils sont représentées par des triacs, des thyristors ou des transistors. Les relais statiques n'ont pas de pièces mobiles, ce qui les différencie des relais électromécaniques.

La taille d'un relais statique dépend en grande partie de la capacité de charge maximale et de la capacité à dissiper la chaleur par transfert de chaleur et convection (+)

Les composants internes de ces appareils peuvent varier considérablement en fonction du type de charge régulée et du circuit électrique.

Les relais statiques les plus simples comprennent les composants suivants :

• unité d'entrée avec fusibles ;
• circuit de déclenchement ;
• isolation optique (galvanique);
• unité de commutation ;
• circuits de protection;
• charger le nœud de sortie.

Le nœud d'entrée SSR est un circuit primaire avec une résistance connectée en série. Un fusible est intégré à ce circuit en option. La tâche du nœud d'entrée est de recevoir un signal de commande et de transmettre une commande aux commutateurs commutant la charge.

Avec le courant alternatif, une isolation galvanique est utilisée pour séparer les circuits de commande et principaux. Le principe de fonctionnement du relais dépend en grande partie de sa conception. Le circuit de déclenchement responsable du traitement du signal d'entrée peut être inclus dans l'unité d'isolation optique ou situé séparément.

L'unité de protection empêche les surcharges et les erreurs, car si l'appareil tombe en panne, l'équipement connecté peut également tomber en panne.

L'objectif principal des relais statiques est de fermer/ouvrir un réseau électrique à l'aide d'un signal de commande faible. Contrairement à leurs homologues électromécaniques, ils ont une forme plus compacte et ne produisent pas de clics caractéristiques pendant le fonctionnement.

Principe de fonctionnement du TTP

Le fonctionnement d'un relais statique est assez simple. La plupart des relais statiques sont conçus pour contrôler l'automatisation dans les réseaux 20-480 V.

L'isolation optique vous permet de créer des signaux de commande de puissance minimale, ce qui est essentiel pour les capteurs fonctionnant à partir de sources d'alimentation autonomes (+)

Dans la version classique, le corps de l'appareil comprend deux contacts du circuit commuté et deux fils de commande. Leur nombre peut changer à mesure que le nombre de phases connectées augmente. En fonction de la présence de tension dans le circuit de commande, la charge principale est activée ou désactivée par des éléments semi-conducteurs.

Une caractéristique des relais statiques est la présence d'une résistance non infinie.Si les contacts des appareils électromécaniques sont complètement déconnectés, alors dans les appareils à semi-conducteurs, l'absence de courant dans le circuit est assurée par les propriétés des matériaux semi-conducteurs.

Par conséquent, à des tensions élevées, de petits courants de fuite peuvent apparaître, ce qui peut affecter négativement le fonctionnement des équipements connectés.

Classification des relais statiques

Les domaines d'application des relais sont variés, leurs caractéristiques de conception peuvent donc varier considérablement en fonction des besoins d'un circuit automatique particulier. Les relais statiques sont classés en fonction du nombre de phases connectées, du type de courant de fonctionnement, des caractéristiques de conception et du type de circuit de commande.

Par nombre de phases connectées

Les relais statiques sont utilisés aussi bien dans les appareils électroménagers que dans l'automatisation industrielle avec une tension de fonctionnement de 380 V.

Par conséquent, ces dispositifs semi-conducteurs, en fonction du nombre de phases, sont divisés en :

• monophasé;
• trois phases.

Relais statiques monophasés permettent de travailler avec des courants de 10-100 ou 100-500 A. Ils sont contrôlés à l'aide d'un signal analogique.

Il est recommandé de connecter des fils de couleurs différentes au relais triphasé afin qu'ils puissent être connectés correctement lors de l'installation de l'équipement.

Relais statiques triphasés sont capables de faire passer un courant compris entre 10 et 120 A. Leur dispositif suppose un principe de fonctionnement réversible, qui garantit la fiabilité de la régulation simultanée de plusieurs circuits électriques.

Des relais statiques triphasés sont souvent utilisés pour assurer le fonctionnement d'un moteur asynchrone. Des fusibles rapides doivent être inclus dans son circuit de commande électrique en raison des courants d'appel élevés.

Par type de courant de fonctionnement

Les relais statiques ne peuvent pas être configurés ou reprogrammés, ils ne peuvent donc fonctionner normalement que dans une certaine plage de paramètres électriques du réseau.

Selon les besoins, les relais statiques peuvent être commandés par des circuits électriques avec deux types de courant :

• permanent;
• variables.

De même, les relais statiques peuvent être classés selon le type de tension de charge active. La plupart des relais des appareils électroménagers fonctionnent avec des paramètres variables.

Le courant continu n'est utilisé comme principale source d'électricité dans aucun pays du monde, les relais de ce type ont donc un champ d'application étroit

Les appareils à courant de commande constant se caractérisent par une grande fiabilité et utilisent pour la régulation une tension de 3 à 32 V. Ils peuvent résister à une large plage de température (-30..+70°C) sans changement significatif de leurs caractéristiques.

Les relais régulés AC ont une tension de commande de 3-32 V ou 70-280 V. Ils se caractérisent par de faibles interférences électromagnétiques et une vitesse de fonctionnement élevée.

Par caractéristiques de conception

Les relais statiques sont souvent installés dans le tableau électrique général d'un appartement, c'est pourquoi de nombreux modèles disposent d'un bloc de montage pour le montage sur un rail DIN.

De plus, il existe des radiateurs spéciaux situés entre le TSR et la surface d'appui. Ils vous permettent de refroidir l'appareil sous des charges élevées, tout en conservant ses caractéristiques de performance.

Le relais est monté sur un rail DIN principalement via un support spécial, qui a également une fonction supplémentaire : il élimine l'excès de chaleur pendant le fonctionnement de l'appareil.

Il est recommandé d'appliquer une couche de pâte thermique entre le relais et le radiateur, ce qui augmente la surface de contact et augmente le transfert de chaleur. Il existe également des TTP conçus pour être fixés au mur avec des vis ordinaires.

Par type de système de contrôle

Le principe de fonctionnement d'un relais réglable d'équipement ne nécessite pas toujours son fonctionnement instantané.

Par conséquent, les fabricants ont développé plusieurs schémas de contrôle SSR qui sont utilisés dans divers domaines :

1. Contrôler "par zéro". Ce type de commande de relais statique implique un fonctionnement uniquement à une valeur de tension de 0. Il est utilisé dans les appareils avec des charges capacitives, résistives (chauffage) et inductives faibles (transformateurs).
2. Instantané. Utilisé lorsqu'il est nécessaire d'actionner brusquement le relais lorsqu'un signal de commande est appliqué.
3. Phase. Il s'agit de réguler la tension de sortie en modifiant les paramètres du courant de commande. Utilisé pour changer en douceur le degré de chauffage ou d'éclairage.

Les relais statiques diffèrent également par de nombreux autres paramètres, moins importants. Par conséquent, lors de l'achat d'un TSR, il est important de comprendre le schéma de fonctionnement de l'équipement connecté afin d'acheter le dispositif de contrôle le plus approprié.

Une réserve de marche doit être prévue, car le relais a une durée de vie rapidement consommée par des surcharges fréquentes.

Avantages et inconvénients du TTP

Les relais statiques ne remplacent pas en vain les démarreurs et contacteurs classiques du marché. Ces dispositifs semi-conducteurs présentent de nombreux avantages par rapport à leurs homologues électromécaniques, ce qui oblige les consommateurs à les choisir.

Les relais pour microcircuits sont de taille compacte et très limités en termes de flux de courant maximum. Ils sont fixés principalement en soudant des pattes spéciales

Ces avantages comprennent :

1. Faible consommation d'énergie (90 % de moins).
2. Dimensions compactes permettant d'installer des appareils dans des espaces limités.
3. Vitesse de démarrage et d'arrêt élevée
4. Bruit de fonctionnement réduit, pas de clics caractéristiques d'un relais électromécanique.
5. Aucun entretien n'est à prévoir.
6. Longue durée de vie grâce à une ressource de centaines de millions d'opérations.
7. Grâce aux larges possibilités de modification des composants électroniques, les TSR ont des domaines d'application élargis.
8. Aucune interférence électromagnétique pendant le fonctionnement.
9. Les dommages aux contacts dus aux chocs mécaniques sont éliminés.
10. Absence de contact physique direct entre les circuits de commande et de commutation.
11. Possibilité de régulation de charge.
12. La présence de circuits automatiques dans les SSR pulsés qui protègent contre les surcharges.
13. Possibilité d'utilisation dans des environnements explosifs.

Les avantages indiqués des relais statiques ne suffisent pas toujours au fonctionnement normal de l'équipement. C'est pourquoi ils n'ont pas encore complètement remplacé les contacteurs électromécaniques.

Pour un fonctionnement stable de puissants relais statiques, une dissipation efficace de la chaleur est importante, car à des températures élevées, la tension de charge est fortement déformée (+)

Les TTP présentent également des inconvénients qui empêchent leur utilisation dans de nombreux cas.

Les inconvénients comprennent :

1. Incapacité de faire fonctionner la plupart des appareils avec des tensions supérieures à 0,5 kV.
2. Prix ​​élevé.
3. Sensibilité aux courants élevés, notamment dans les circuits de démarrage des moteurs.
4. Restrictions d'utilisation dans des conditions de forte humidité.
5. Diminution critique des caractéristiques de performance à des températures inférieures à 30°C en dessous de zéro et supérieures à 70°C au-dessus de 70°C.
6. Le boîtier compact entraîne un échauffement excessif de l'appareil à des charges constamment élevées, ce qui nécessite l'utilisation de dispositifs de refroidissement passifs ou actifs spéciaux.
7. Possibilité de faire fondre l'appareil à cause de la chaleur lors d'un court-circuit.
8. Les microcourants à l'état fermé du relais peuvent être critiques pour le fonctionnement de l'équipement. Par exemple, les lampes fluorescentes connectées au réseau peuvent clignoter périodiquement.

Ainsi, les relais statiques ont certaines applications. Dans les circuits d'équipements industriels à haute tension, leur utilisation est fortement limitée en raison des propriétés physiques imparfaites des matériaux semi-conducteurs.

Cependant, dans l’électroménager et l’industrie automobile, les TTP occupent une position forte en raison de leurs propriétés positives.

Schémas de connexion possibles

Les schémas de connexion des relais statiques peuvent être très divers. Chaque circuit électrique est construit en fonction des caractéristiques de la charge connectée. Des fusibles, contrôleurs et dispositifs de régulation supplémentaires peuvent être ajoutés au circuit.

Du fait que les circuits de commande et de charge de l'appareil ne se chevauchent pas, leurs caractéristiques électriques peuvent différer selon n'importe quel paramètre (+)

Ce qui suit présente les schémas de connexion SSR les plus simples et les plus courants :

• normalement ouvert;
• avec contour associé ;
• normalement fermé;
• trois phases;
• réversible.

Circuit normalement ouvert (ouvert) - un relais dans lequel la charge est alimentée en présence d'un signal de commande. Autrement dit, l'équipement connecté est éteint lorsque les entrées 3 et 4 sont hors tension.

Avant d'acheter un relais, vous devez déterminer le type requis de son état initial (fermé ou ouvert) pour assurer le bon fonctionnement de l'équipement connecté (+)

Circuit normalement fermé — désigne un relais dans lequel la charge est alimentée en l'absence de signal de commande. C'est-à-dire que l'équipement connecté est en état de fonctionnement lorsque les entrées 3 et 4 sont hors tension.

Il existe un schéma de connexion pour un relais statique dans lequel les tensions de commande et de charge sont les mêmes. Cette méthode peut être utilisée simultanément pour travailler dans les réseaux DC et AC.

Relais triphasés sont connectés selon des principes légèrement différents. Les contacts peuvent être connectés en configurations « Étoile », « Triangle » ou « Étoile et Neutre ».

Le choix d'un circuit de connexion de relais triphasé dépend en grande partie des caractéristiques de fonctionnement de l'équipement qui y est connecté en charge

Relais statiques inverseurs utilisé dans les moteurs électriques dans le mode approprié. Ils sont fabriqués en version triphasée et comprennent deux circuits de commande.

S'il est important que le relais maintienne la polarité de connexion des contacts, le marquage indiquera toujours où connecter la phase et le neutre.

Il est nécessaire d'assembler des circuits électriques avec SSR uniquement après les avoir préalablement dessinés sur papier, car des appareils mal connectés peuvent tomber en panne en raison d'un court-circuit.

Application pratique des appareils

Le domaine d'utilisation des relais statiques est assez étendu. En raison de leur grande fiabilité et de l’absence de besoin d’entretien régulier, ils sont souvent installés dans des endroits difficiles d’accès sur les équipements.

Dans de nombreux relais, la connexion des fils du circuit de commande nécessite une polarité qui doit être prise en compte lors de l'installation de l'équipement.

Les principaux domaines d’application du TTP sont :

• système de thermorégulation utilisant des éléments chauffants;
• maintenir des températures stables dans les processus technologiques;
• contrôle des transformateurs;
• réglage de l'éclairage;
• circuits de capteurs de mouvement, d'éclairage, capteurs photo pour l'éclairage public et ainsi de suite.;
• commande de moteur électrique ;
• alimentations sans interruption.

Avec l'automatisation croissante des appareils électroménagers, les relais statiques deviennent de plus en plus courants et le développement des technologies de semi-conducteurs ouvre constamment de nouveaux domaines d'application.

Si vous le souhaitez, vous pouvez assembler vous-même le relais statique. Des instructions détaillées sont fournies dans Cet article.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Les vidéos présentées vous aideront à mieux comprendre le fonctionnement des relais statiques et à vous familiariser avec la façon de les connecter.

Démonstration pratique du fonctionnement d'un relais statique simple :

Analyse des types et caractéristiques des relais statiques :

Test du fonctionnement et du degré d'échauffement du SSR :

Presque tout le monde peut installer un circuit électrique composé d'un relais statique et d'un capteur.

Cependant, la planification d'un circuit fonctionnel nécessite des connaissances de base en génie électrique, car des connexions incorrectes peuvent entraîner un choc électrique ou un court-circuit. Mais grâce aux bonnes actions, vous pouvez obtenir de nombreux appareils utiles dans la vie de tous les jours.

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