Relais statiques: types, applications pratiques, schémas de câblage

Les démarreurs et contacteurs classiques font progressivement partie du passé. Leur place dans l'électronique automobile, les appareils électroménagers et l'automatisation industrielle est occupée par un relais à semi-conducteurs - un dispositif semi-conducteur dans lequel il n'y a pas de pièces mobiles.

Les appareils ont différentes conceptions et schémas de câblage, dont dépendent leurs domaines d'application. Avant d'utiliser l'appareil, vous devez comprendre son principe de fonctionnement, vous renseigner sur les caractéristiques de fonctionnement et de connexion de différents types de relais. Les réponses à ces questions sont détaillées dans l'article.

Dispositif de relais à semi-conducteurs

Les relais statiques modernes (TTR) sont des dispositifs semi-conducteurs modulaires qui sont des commutateurs électriques de puissance.

Les nœuds de travail clés de ces dispositifs sont représentés par des triacs, des thyristors ou des transistors. Les TTR n'ont pas de pièces mobiles, ce qui diffère des relais électromécaniques.

La taille du relais à semi-conducteurs dépend en grande partie de la charge maximale admissible et de la capacité d'évacuer la chaleur par transfert de chaleur et convection (+)

La structure interne de ces appareils peut varier considérablement en fonction du type de charge réglable et du circuit électrique.

Les relais statiques les plus simples incluent les nœuds suivants:

• nœud d'entrée avec fusibles;
• chaîne de déclenchement;
• isolation optique (galvanique);
• nœud de commutation;
• circuits de protection;
• sortie du nœud à la charge.

Le nœud d'entrée TTR est un circuit primaire avec une résistance connectée en série. Un fusible dans ce circuit est facultatif. La tâche du nœud d'entrée est d'accepter le signal de commande et de transmettre la commande aux commutateurs de commutation de charge.

En courant alternatif, l'isolement galvanique est utilisé pour séparer la commande et le circuit principal. Le principe de fonctionnement du relais dépend largement de son appareil.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 en cas de panne de l'appareil, l'équipement connecté peut également tomber en panne.

Le but principal des relais statiques est de fermer / ouvrir le réseau électrique en utilisant un signal de commande faible. Contrairement aux analogues électromécaniques, ils ont une forme plus compacte et ne produisent pas de clics caractéristiques pendant le fonctionnement.

Le principe de fonctionnement du TTR

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

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

Dans la version classique, deux contacts d'un circuit commuté et deux fils de commande sont inclus dans le boîtier de l'appareil. Leur nombre peut évoluer avec l'augmentation du nombre de phases connectées. En fonction de la présence de tension dans le circuit de commande, la charge principale est activée ou désactivée par les éléments semi-conducteurs.

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

Par conséquent, à des tensions élevées, de faibles courants de fuite peuvent se produire, ce qui peut nuire au fonctionnement de l'équipement connecté.

Classification des relais statiques

La portée du relais est diverse, par conséquent, leurs caractéristiques de conception peuvent varier considérablement, en fonction des besoins d'un circuit automatique particulier. Les TTR 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 le nombre de phases connectées

Les relais statiques sont utilisés à la fois dans le cadre d'appareils électroménagers et 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;
• triphasé.

TTR monophasé permettent de travailler avec des courants de 10-100 ou 100-500 A. Leur contrôle s'effectue à l'aide d'un signal analogique.

Il est recommandé de connecter des fils de différentes couleurs au relais triphasé, afin que lors de l'installation de l'équipement, vous puissiez les connecter correctement

Relais statiques triphasés capable de faire passer le courant dans la gamme de 10-120 A. Leur dispositif implique un principe de fonctionnement réversible, qui assure la fiabilité de la régulation de plusieurs circuits électriques simultanément.

Souvent, les SSR triphasés sont utilisés pour fournir un moteur à induction. Dans son circuit de commande, des fusibles rapides sont obligatoirement inclus du fait des forts courants d'appel.

Par type de courant de fonctionnement

Les relais statiques ne peuvent pas être configurés ou reprogrammés, ils ne peuvent donc fonctionner correctement qu'avec une certaine plage de paramètres électriques du réseau.

Selon les besoins, le TTR peut être contrôlé par des circuits électriques avec deux types de courant:

• permanent;
• variables.

De même, il est possible de classer TTR par 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 source principale d'électricité dans aucun pays du monde, les relais de ce type ont donc une portée étroite

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

Les relais contrôlés par courant alternatif ont une tension de commande de 3-32 V ou 70-280 V.Ils se distinguent par de faibles interférences électromagnétiques et une vitesse de réponse élevée.

Par caractéristiques de conception

Les relais statiques sont souvent installés dans le panneau électrique commun d'un appartement, de nombreux modèles ont donc un bloc de montage pour un montage sur un rail DIN.

De plus, des radiateurs spéciaux sont situés entre le TTR et la surface de support. Ils vous permettent de refroidir l'appareil à des charges élevées, tout en conservant ses performances.

Le relais est monté sur un rail DIN principalement à travers un support spécial, qui a une fonction supplémentaire - il élimine la chaleur excessive pendant le fonctionnement

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

Par type de schéma de contrôle

Le principe de fonctionnement d'une technologie de relais réglable ne nécessite pas toujours son fonctionnement instantané.

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

1. Contrôle "jusqu'à zéro". Cette option de contrôle d'un relais à semi-conducteurs ne fonctionne que lorsque la valeur de la tension est 0. Elle est utilisée dans les appareils avec des charges capacitives, résistives (réchauffeurs) et inductives faibles (transformateurs).
2. Instantané. Il est utilisé lorsqu'un fonctionnement précis du relais est nécessaire lorsqu'un signal de commande est appliqué.
3. Phase. Il suppose la régulation de la tension de sortie en modifiant les paramètres du courant de commande. Il est utilisé pour modifier en douceur le degré de chauffage ou d'éclairage.

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

Une réserve de marche doit être fournie, car le relais dispose d'une ressource opérationnelle rapidement consommée avec des surcharges fréquentes.

Avantages et inconvénients du TTR

Les relais statiques n'évincent pas en vain les démarreurs et contacteurs conventionnels du marché. Ces dispositifs semi-conducteurs présentent de nombreux avantages par rapport à leurs homologues électromécaniques, ce qui incite les consommateurs à les choisir.

Le relais pour microcircuits a des dimensions compactes et est très limité par le courant transmis maximum. Ils sont fixés principalement en soudant des pieds spéciaux

Ces avantages comprennent:

1. Faible consommation d'énergie (90% de moins).
2. Dimensions compactes pour le montage d'appareils dans un espace limité.
3. Vitesse de démarrage et d'arrêt élevée
4. Bruit de fonctionnement réduit; il n'y a pas de clics caractéristiques d'un relais électromécanique.
5. Aucun entretien n'est prévu.
6. Longue durée de vie grâce à une ressource de centaines de millions d'opérations.
7. En raison des vastes possibilités de modification des composants électroniques, les TTR ont des champs d'application étendus.
8. Absence d'interférences électromagnétiques en fonctionnement.
9. La corruption des contacts due à leur choc mécanique est exclue.
10. Absence de contact physique direct entre les circuits de commande et de commutation.
11. Capacité à réguler la charge.
12. La présence dans le TTR pulsé de circuits automatiques qui protègent contre les surcharges.
13. Possibilité d'utilisation en atmosphères explosives.

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

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

Le TTR présente également des inconvénients qui ne permettent pas de les utiliser dans de nombreux cas.

Les inconvénients comprennent:

1. L'incapacité de la plupart des appareils avec des tensions supérieures à 0,5 kV.
2. Coût élevé.
3. Sensibilité aux courants élevés, notamment dans les circuits de démarrage des moteurs électriques.
4. Restrictions d'utilisation dans des conditions d'humidité élevée.
5. Une diminution critique des performances à des températures inférieures à 30 ° C au gel et supérieures à 70 ° C à la chaleur.
6. Le boîtier compact conduit à un chauffage excessif de l'appareil à des charges stables et élevées, ce qui nécessite l'utilisation de dispositifs de refroidissement passifs ou actifs spéciaux.
7. La capacité de faire fondre l'appareil de chauffer pendant un court-circuit.
8. Les micro-courants 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 des applications spécifiques. Dans les chaînes d'équipements industriels haute tension, leur utilisation est fortement limitée en raison des propriétés physiques imparfaites des matériaux semi-conducteurs.

Cependant, dans les appareils électroménagers et l'industrie automobile, les TTR occupent une position forte en raison de leurs propriétés positives.

Schémas de câblage 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 contrôle supplémentaires peuvent être ajoutés au circuit.

Étant donné que les circuits de commande et les charges dans l'appareil ne se chevauchent pas, leurs caractéristiques électriques peuvent différer de tous les paramètres (+)

Ensuite, les schémas de connexion TTR les plus simples et les plus courants seront présentés:

• normalement ouvert;
• avec circuit connecté;
• normalement fermé;
• triphasé;
• réversible.

Circuit normalement ouvert (ouvert) - un relais dont la charge est excitée en présence d'un signal de commande. C'est-à-dire que l'équipement connecté est éteint lorsque les entrées 3 et 4 sont hors tension.

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

Circuit normalement fermé - on entend un relais dont la charge est excitée en l'absence de signal de commande. C'est-à-dire que l'équipement connecté est en état de marche avec les entrées 3 et 4 hors tension.

Il existe un schéma de connexion de relais à semi-conducteurs dans lequel la tension de commande et de charge est la même. Cette méthode peut être utilisée simultanément pour le travail dans les réseaux DC et AC.

Relais triphasés reliés par des principes légèrement différents. Les contacts peuvent être connectés dans les options "Étoile", "Triangle" ou "Étoile avec neutre".

Le choix d'un schéma de connexion de relais triphasé dépend en grande partie des caractéristiques de fonctionnement de l'équipement qui lui est connecté en tant que charge

Relais inverseurs à semi-conducteurs sont appliqués dans les moteurs électriques dans le mode correspondant. Ils sont fabriqués en version triphasée et comprennent deux boucles de contrôle.

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

Il est seulement nécessaire d'assembler les circuits électriques avec des TTR après qu'ils ont été pré-dessinés sur du papier, car les appareils mal connectés peuvent tomber en panne en raison d'un court-circuit.

Utilisation 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 zones d'équipement difficiles d'accès.

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

Les principaux domaines d'application du TTR sont:

• Système de thermorégulation avec utilisation d'éléments chauffants;
• maintien d'une température stable dans les processus technologiques;
• contrôle du fonctionnement du transformateur;
• réglage de l'éclairage;
• circuits de détection de mouvement, éclairage, photocapteurs pour l'éclairage public et similaires;
• commande de moteur électrique;
• alimentations sans coupure.

Avec l'augmentation de l'automatisation des appareils électroménagers, les relais à semi-conducteurs se généralisent et les technologies de semi-conducteurs en développement ouvrent constamment de nouveaux domaines d'application.

Si vous le souhaitez, vous pouvez assembler vous-même un relais à semi-conducteurs. Des instructions détaillées sont fournies dans cet article.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Les vidéos présentées aideront à mieux comprendre le fonctionnement des relais statiques et à se familiariser avec les méthodes de leur connexion.

Une démonstration pratique du fonctionnement d'un simple relais statique:

Analyse des variétés et caractéristiques du fonctionnement des relais statiques:

Test du fonctionnement et du degré de chauffage du TTR:

Presque tout le monde peut monter un circuit électrique à partir d'un relais à semi-conducteurs et d'un capteur.

Cependant, la planification d'un circuit de travail nécessite des connaissances de base en génie électrique, car une mauvaise connexion peut entraîner un choc électrique ou un court-circuit. Mais grâce aux actions correctes, vous pouvez obtenir de nombreux appareils utiles dans la vie quotidienne.

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