Introduction - Relais et contacteurs

Relais et contacteur : différences

Les relais à semi-conducteurs (en anglais SSR – Solid State Relay) sont des composants utilisés pour contrôler la charge de courant en utilisant un semi-conducteur commandé par un circuit électronique isolé. L'isolation galvanique est réalisée à l'aide d'un élément optoélectronique tel qu'une diode émettant un rayonnement infrarouge, photodiode, phototransistor, photothyristor ou phototriac. À l'état de repos du relais, lorsque le courant ne circule pas à travers la LED dans le circuit d'entrée, l'élément optoélectronique reste éteint et sa résistance de substitution est très élevée. Après l'activation de la diode, le photoélément est irradié et commence à conduire, activant ainsi le circuit de charge. Cette solution permet d'augmenter considérablement la fréquence de coupure, élimine le phénomène d'arc électrique et permet d'obtenir une durabilité de l'ordre de 10⁹ .

Schéma bloc du relais à semi-conducteurs

L'enclenchement du relais, en fonction du type, peut se faire en appliquant au circuit d'entrée une tension continue (de 3V à 32V) ou une tension alternative (de 90V à 280V à 50Hz). Il est également possible de déclencher le relais par courant. Selon l'usage, ils sont conçus pour commuter des courants continus et alternatifs. Des relais triphasés sont également fabriqués, utilisés par exemple pour la mise en marche de moteurs électriques triphasés.

Quels sont les types et les applications des relais ?

On distingue les relais :

Relais enclenchant au « zéro » de la tension – la conduction se produit lorsque la tension d'alimentation passe par zéro. Grâce à cette solution, elle augmente progressivement sans causer d'interférences radioélectriques. Utilisés pour contrôler des charges de nature inductive et résistive (résistances chauffantes, ampoules).
Relais enclenchant « immédiatement » – l'enclenchement se produit immédiatement après l'application de la tension de commande. Ce type de commande est destiné aux solutions nécessitant un temps de réponse court.
Relais enclenchant au « pic » de la tension - l'actionnement du relais se produit lorsque la tension d'alimentation atteint sa valeur de crête. Utilisés pour des charges fortement inductives (transformateurs).
Relais enclenchant analogiquement – commandés par un signal analogique (0-10V DC ou 4-20mA DC). Utilisé pour le contrôle fluide de l'intensité lumineuse, du chauffage, etc.

Quels paramètres caractérisent les relais à semi-conducteurs?

Circuit d'entrée

• plage de tension de commande – plage de tensions appliquées à l'entrée, dans lesquelles le relais reste activé (par exemple : 3-32VDC, 9-280VAC),
• plage de courant d'entrée – détermine le courant d'entrée maximal pour l'état de marche et d'arrêt du relais,
• temps d'activation et de désactivation – temps, écoulé depuis l'application/retrait du signal de commande jusqu'à l'activation/désactivation complète du relais.

Circuit de sortie

• plage de tension de charge – plage de tensions appliquées aux bornes de sortie,
• tension maximale – valeur maximale admissible de surtension dans le réseau d'alimentation ne causant pas de dommage au relais,
• courant de charge – valeur maximale admissible du courant circulant dans le circuit de sortie,
• courant de surcharge maximal non répétitif – valeur maximale de l'impulsion de courant d'une demi-onde sinusoïdale,
• I² t maximal – valeur de l'intégrale de Joule, utilisée pour le choix des fusibles.

Paramètres d'utilisation

• tension d'isolation – valeur efficace de la tension du réseau d'alimentation qui peut apparaître entre les bornes d'entrée et de sortie du relais,
• résistance d'isolation – valeur minimale de la résistance mesurée à l'aide d'un signal de courant continu de 500V,
• capacité entre l'entrée et la sortie – mesurée entre les bornes d'entrée et de sortie,
• plage de température ambiante pendant le fonctionnement.

Refroidissement du relais

La durée de vie des relais à semi-conducteurs est pratiquement illimitée à condition, qu'ils soient correctement refroidis. Il est donc important de prêter une attention particulière au choix du dissipateur thermique, d'utiliser de la pâte thermique et d'assurer une circulation d'air adéquate. Une bonne solution consiste à monter le relais avec le dissipateur thermique sur un rail DIN en laissant de l'espace libre autour.

Protection du relais

Un autre aspect important est la protection contre les effets des courts-circuits ou des surcharges. Les fusibles temporisés ne sont pas capables de protéger les relais à semi-conducteurs, c'est pourquoi pour une protection adéquate, il faut utiliser des fusibles ultra-rapides, dont la valeur de l'intégrale de Joule est inférieure à celle de l'intégrale du semi-conducteur. Pour une protection complète du relais, il est nécessaire de connecter un varistor à la sortie pour la protection contre les surtensions.

Quel est le principe de fonctionnement des relais électromagnétiques?

Principe de fonctionnement des relais électromagnétiquesest similaire au principe de fonctionnement d'un contacteur électromagnétique. Les contacts des relais ont une capacité de charge de courant relativement faible, de l'ordre de quelques ampères. Par conséquent, le relais est équipé d'un électroaimant beaucoup plus petit que le contacteur, et les contacts ne disposent pas de dispositifs supplémentaires pour éteindre l'arc.

Les dimensions du relais sont plus petites que celles du contacteur, tandis que la durabilité du relais est très élevée et atteint plusieurs dizaines de millions de connexions. Les relais, selon leur destination, ont une ou plusieurs paires de contacts. Ils peuvent fonctionner sous l'influence de changements d'intensité de courant, de tension, de direction de flux de courant, de fréquence, de déphasage, etc. Le principe de fonctionnement du relais est expliqué par le dessin:

Le passage du courant à travers l'enroulement de la bobine provoque l'attraction de l'armature. Après l'attraction de l'armature, les contacts normalement fermés se ferment: (1), (2), (3) et les contacts normalement ouverts s'ouvrent (4). Après la déconnexion de la tension et la chute de l'armature, les contacts s'ouvrent: (1),(2),(3) et les contacts normalement ouverts se ferment (4). Dans les solutions de construction de relais les plus courantes, la tension de la bobine est de 230VAC ou 24VDC, le courant de travail des contacts - de 1 à 10A, le nombre de contacts - d'une à quatre paires commutables.

Qu'est-ce qu'un contacteur?

Un contacteur est un interrupteur, dont les contacts de travail sont fermés à l'aide d'un électroaimant et maintenus dans cet état, tant que la tension de la bobine est suffisamment élevée. Après l'interruption du circuit de la bobine de l'électroaimant, l'armature tombe (sous l'effet d'un ressort) et les contacts de travail s'ouvrent.

Construction du contacteur

Fonctionnement et construction du contacteurest similaire à la construction et au fonctionnement des relais électromagnétiques. La différence réside dans le fait, que les contacteurs servent à connecter les circuits principaux (par exemple, les moteurs), tandis que les relais électromagnétiques sont destinés à connecter les circuits auxiliaires (par exemple, de commande, de signalisation). Les contacteurs, en plus des contacts principaux, peuvent avoir plusieurs contacts auxiliaires servant à la signalisation ou au blocage. Le principe de fonctionnement du contacteur est expliqué par le schéma :

Sous l'effet du courant traversant la bobine du contacteur S, une force attire l'armature K, ce qui provoque le court-circuit des contacts principaux Z1, Z2, Z3 et auxiliaires z1, z2. Les contacteurs sont principalement destinés à la connexion à distance des circuits triphasés de courant alternatif dans les conditions définies par la catégorie d'utilisation AC3 et AC4 (connexion de moteurs à cage). Ils peuvent également être utilisés pour connecter des moteurs à bagues (catégorie AC2) ou des appareils de chauffage (catégorie AC1).

En plus des contacteurs de courant alternatif, il existe également des contacteurs de courant continu. Ils ont une commande électromagnétique ou pneumatique, et tant les électroaimants que les électrovannes sont commandés par courant continu. Les principales applications de ces contacteurs sont la traction ferroviaire, tramway et à batterie (chariots).

Les contacteurs proposés par la société DACPOL sont disponibles pour les bobines AC dans une plage de puissance de 1,5 à 238kW et pour les bobines DC dans une plage de puissance de 2,2 à 11kW. L'équipement comprend une large gamme de contacts auxiliaires et de relais temporisés à bornes, de modules d'interface et d'éléments RC. Il est également possible de monter en option des relais thermiques pour la protection des moteurs électriques.