En tant qu'ingénieur électricien, j'ai toujours été fasciné par la complexité et la sophistication des systèmes électriques. L'un des composants qui a particulièrement retenu mon attention ces dernières années est le relais statique (SSR). Dans ce guide complet, je vais vous présenter les principes de base des relais statiques, notamment ce qu'ils sont, comment ils fonctionnent, leurs avantages par rapport aux relais mécaniques traditionnels et leurs différentes applications.
Qu'est-ce qu'un relais statique ?
Un relais statique est un composant électronique utilisé pour contrôler le flux de courant électrique sans avoir besoin de pièces mobiles. Contrairement aux relais mécaniques traditionnels, qui utilisent un contact physique entre deux surfaces conductrices pour fermer ou ouvrir un circuit électrique, les relais statiques utilisent des matériaux semi-conducteurs tels que le silicium pour remplir la même fonction. Les relais statiques sont également appelés relais à semi-conducteurs ou commutateurs à semi-conducteurs.
Comment fonctionne un relais statique ?
Un relais statique est constitué d'un capteur qui est également un dispositif électronique qui répond à un signal de commande pour activer ou désactiver l'alimentation d'une charge. Il existe différents types de relais statiques, mais les principaux types comprennent les relais statiques à couplage optique et les relais statiques à couplage par transformateur. Dans un relais statique à couplage par transformateur, un faible courant continu est fourni au primaire du transformateur via un convertisseur CC/CA.
Ce courant est ensuite converti en courant alternatif et augmenté pour faire fonctionner le dispositif à semi-conducteurs (TRIAC dans le cas suivant) ainsi que le circuit de déclenchement. Le degré d'isolation entre l'entrée et la sortie dépend de la conception du transformateur.
Dans le cas des SSR à couplage optique, un dispositif semi-conducteur photosensible est utilisé pour effectuer l'opération de commutation. Un signal de commande est appliqué à la LED, ce qui provoque l'activation du dispositif photosensible par détection de la lumière émise par la LED. En raison du principe de photodétection, ce type de SSR offre un degré d'isolation relativement élevé par rapport aux SSR à couplage par transformateur.
En termes simples, un relais statique est un relais sans contacts mobiles. En termes de fonctionnement, un relais statique n'est pas très différent d'un relais mécanique à contacts mobiles. Cependant, les relais statiques utilisent des éléments de commutation à semi-conducteurs tels que des thyristors, des triacs, des diodes et des transistors.
Structure d'un relais statique (SSR)
La structure de base d'un SSR comprend un circuit d'entrée, un circuit de sortie et un circuit de commande.
Circuit d'entrée
Le circuit d'entrée est chargé de recevoir le signal de commande, qui est généralement un signal CC à basse tension. Le circuit d'entrée peut également comprendre une barrière d'isolation qui sépare le circuit de commande du circuit de sortie afin d'assurer la sécurité et d'éviter les interférences électriques.
Circuit de sortie
Le circuit de sortie est chargé de commuter la charge, qui est généralement une tension alternative ou continue. Le circuit de sortie peut être constitué d'un triac, d'un thyristor ou d'un autre dispositif à semi-conducteur. Ces dispositifs sont capables de supporter des niveaux de courant et de tension élevés, ce qui les rend idéaux pour commuter des charges lourdes.
Circuit de commande
Le circuit de commande est chargé de contrôler le circuit de sortie en fonction du signal d'entrée. Le circuit de commande peut comprendre un microcontrôleur, un circuit logique ou tout autre dispositif de commande capable de détecter le signal d'entrée et de commuter le circuit de sortie en conséquence. Le circuit de commande peut également inclure des fonctionnalités supplémentaires telles qu'une protection contre les surtensions, un arrêt thermique ou une limitation de courant afin d'éviter tout dommage au dispositif ou à la charge.
Applications des relais statiques
Les relais statiques sont utilisés dans un large éventail d'applications, notamment :
- Systèmes de chauffage et de refroidissement
- Contrôle de l'éclairage
- Contrôle des moteurs
- Alimentations électriques
- Automatisation industrielle
- Équipements médicaux
- Systèmes de sécurité
Conclusion
Les relais statiques sont des relais qui utilisent des éléments de commutation à semi-conducteurs, principalement des semi-conducteurs optiques appelés optocoupleurs, pour isoler les signaux d'entrée et de sortie. L'optocoupleur convertit le signal électrique en un signal optique et transmet le signal à travers l'espace, isolant ainsi complètement les sections d'entrée et de sortie tout en transmettant le signal à grande vitesse.
