Général
Q : Quelle est la différence entre un relais et un contacteur ?
R : Ces deux termes désignent généralement un dispositif de commutation électromécanique fonctionnant selon le même principe physique, dans lequel une bobine est utilisée pour générer une force magnétique qui actionne mécaniquement un contact électrique. Si le terme « relais » est largement utilisé dans diverses industries pour désigner des dispositifs de faible et moyenne puissance, le terme « contacteur » est plus courant dans le domaine des hautes puissances. Le « moteur » magnétique est généralement réalisé à l'aide d'un plongeur au centre du corps de la bobine pour les contacteurs, par opposition à une conception à armature articulée, qui est normalement utilisée pour les relais.
Q : La nouvelle génération de contacteurs fonctionne sans remplissage de gaz. Quel est l'avantage des contacteurs non remplis de gaz ? Un contacteur rempli de gaz peut-il se rompre ?
R : Afin de protéger les contacts de commutation et de favoriser un arrêt rapide des arcs de commutation, de nombreux contacteurs sont remplis de gaz inerte sous pression. L'azote ou l'hydrogène sont couramment utilisés, mais le SF6 (hexafluorure de soufre) est également utilisé, principalement dans les applications industrielles. En revanche, le remplissage de gaz sous pression nécessite beaucoup plus d'efforts dans la conception et le processus de fabrication, afin de garantir une rétention fiable du gaz pendant toute la durée de vie du contacteur. Comme ces contacteurs doivent être hermétiquement étanche, ils présentent également un risque de rupture lorsque des arcs extrêmement puissants, en cas de surintensités ou de courts-circuits, génèrent une pression de gaz excessive à l'intérieur de la chambre du contact. Les derniers modèles de contacteurs de TE fonctionnent donc sans gaz inerte, ce qui élimine également la nécessité de les rendre hermétiques. Ces modèles sont toujours protégés contre la pollution et permettent un échange de gaz et une égalisation de la pression intérieure et extérieure, ce qui élimine pratiquement tout risque de rupture en cas d'arc électrique extrême. Veuillez contacter TE Connectivity (TE) pour en savoir plus sur les avantages des contacteurs sans gaz.
Q : À quoi servent les relais et contacteurs haute tension (HT) ?
R : Dans les véhicules hybrides et électriques, les relais et contacteurs haute tension sont généralement utilisés pour les applications suivantes :
- Contacteur principal : utilisé à la fois sur le circuit positif et le circuit négatif de la batterie principale. Les contacteurs principaux connectent et déconnectent la batterie principale de l'ensemble du groupe motopropulseur électrique du véhicule.
- Relais de précharge : un relais de précharge est utilisé en conjonction avec une résistance de précharge pour protéger les contacteurs principaux contre un courant d'appel excessif et pour charger le condensateur de filtrage de l'onduleur à un niveau généralement compris entre 90 et 98 % de la tension de la batterie.
- Contacteur de chargeur : utilisé pour établir la connexion entre le chargeur de batterie et la batterie principale lorsque le véhicule est connecté à une borne de recharge.
- Contacteurs auxiliaires : ils contrôlent les autres charges électriques du véhicule qui sont alimentées par la batterie HT. Un exemple typique est le chauffage électrique de l'habitacle des voitures entièrement électriques, où aucune chaleur résiduelle provenant d'un moteur à combustion n'est disponible à cette fin.
De plus, les contacteurs HT pour les véhicules sont parfois utilisés dans des systèmes fixes tels que les stations de recharge CC, les systèmes de stockage de batterie fixes, les systèmes d'alimentation électrique sans coupure et autres.
Performances électriques
Q : Pour quelles plages de performances les contacteurs peuvent-ils être utilisés ?
R : La gamme de contacteurs TE comprend des produits robustes capables de répondre aux exigences des véhicules électriques à batterie les plus puissants pouvant atteindre une puissance de pointe de 500 kW. La gamme comprend également des produits miniaturisés destinés aux charges en série et aux applications de précharge à faible puissance.
Q : Quel courant continu les contacteurs peuvent-ils supporter ?
R : En général, la capacité de transport de courant est limitée par la dissipation thermique interne et la gestion thermique. La puissance dissipée augmente la température des parties internes du contacteur et se propage vers l'extérieur. Cette augmentation de la température extérieure détermine la limite de courant pour laquelle le contacteur peut être utilisé. TE recommande que la température finale des bornes de contact ne dépasse pas 150 °C en continu. L'efficacité du mécanisme de refroidissement dépend de la section ou de la résistance thermique du conducteur connecté à l'extérieur et de la température ambiante. La chaleur est conduite vers l'environnement par les connexions électriques. Pour un courant constant, le système atteint l'état stationnaire après environ 3 à 5 minutes. Exemple : connecté à des jeux de barres de 50 mm², le contacteur EVC 250 serait capable de transporter 250 A à une température ambiante de 85 °C. Avec un jeu de barres de 125 mm², cette limite serait portée à 375 A.
Q : Quelle surcharge un contacteur peut-il supporter ?
R : Pour des pointes de charge de quelques secondes, le processus de transfert thermique est trop lent pour que la température aux bornes change de manière significative. Pour des durées plus longues, l'augmentation de température à l'intérieur du contacteur pourrait causer des dommages irréversibles. Le contacteur EVC 250, par exemple, supporte 1 500 A pendant 20 secondes maximum ou 2 000 A pendant 5 secondes maximum. Veuillez contacter TE Connectivity pour plus d'informations et d'assistance.
Q : Que se passe-t-il au niveau d'un contacteur lors d'un court-circuit ?
R : Lors d'un court-circuit, l'augmentation du courant génère une force de répulsion qui peut dépasser la force de maintien des contacts. Si le fusible n'est pas correctement adapté à la capacité de coupure et de transport du contacteur, les contacts peuvent se souder ou un arc électrique excessif peut détruire le contacteur par effet thermique. Pour le contacteur EVC 175, la limite de transport de courant est de 5 000 A. Pour le contacteur EVC 250, elle est de 6 000 A. Dans le cas de courts-circuits avec des surintensités modérées, le temps de déclenchement du fusible est trop long pour protéger le système contre des dommages graves. Le contacteur doit donc couper la surintensité. Un seul contacteur peut couper des courants allant jusqu'à 2 000 A à 400 V en quelques millisecondes. Comme le circuit comporte généralement deux contacteurs, nous recommandons de les ouvrir simultanément, ce qui augmente la limite de coupure jusqu'à 6 000 A à 400 V.
Q : Qu'est-ce qui détermine l'efficacité de la bobine ? Quelles sont les exigences pour la bobine de commande ?
R : Pour séparer les hautes tensions, de grands écarts de contact sont nécessaires. En position ouverte, le ressort de maintien retient l'armature pour assurer une bonne résistance aux chocs. Pour surmonter ces écarts et forces de contact élevés, un flux magnétique important doit être généré. Pour obtenir les forces nécessaires, les bobines sont conçues avec des résistances relativement faibles. Par conséquent, les pilotes doivent être capables de fournir des courants allant jusqu'à 6A. De tels courants élevés ne peuvent être appliqués que pour fermer les contacts, après quoi le courant doit être réduit pour éviter la surchauffe de la bobine. Une fois que les contacts sont fermés et que l'armature est en position de repos, le flux magnétique nécessaire pour maintenir l'armature en position est réduit d'un ordre de grandeur. Cette réduction de la puissance de la bobine peut être réalisée à l'aide d'un économiseur externe ou d'une configuration interne de bobine d'amplification/maintien.
Q : Qu'est-ce qui est important pour faire fonctionner un contacteur avec un économiseur externe ?
R : Le fonctionnement de l'économiseur externe ne doit démarrer que 100 ms minimum après la mise sous tension de la bobine. Pour la modulation de la largeur d'impulsion (PWM), TE recommande une fréquence minimale de 20 kHz. La tension minimale de la bobine oscillante résultante doit toujours être supérieure à la tension de maintien spécifiée. Pour le fonctionnement en mode déconnexion, le temps de réponse du système mécanique dépend du raccordement externe de la bobine. Par conséquent, le pilote MLI doit être raccordé de manière à ne pas ralentir l'ouverture du contact. Veuillez tenir compte des « Recommandations de circuits » figurant dans nos « Fiches techniques ». Lien vers la fiche technique du contacteur principal EVC 250. La résistance de la bobine varie en fonction de la température de la bobine. La force magnétique dépend uniquement du courant de la bobine. Si le MLI est réglé sur un certain niveau de tension de bobine, ces variations thermiques doivent être prises en compte. Pour minimiser la charge thermique du système, il est préférable de contrôler le courant de la bobine afin de négliger l'influence de la température.
Q : Que doit-on prendre en compte lors de l'utilisation d'un contacteur avec une bobine d'amplification ?
R : Le circuit électronique d'amplification applique la tension maximale de la bobine à une bobine d'amplification séparée pendant une durée limitée. Cette impulsion démarre immédiatement lorsqu'une tension est appliquée. Si la tension d'enclenchement nécessaire n'est pas atteinte pendant la durée d'activation du circuit électronique d'amplification, le contacteur ne se ferme pas. Il est donc nécessaire que la tension d'enclenchement minimale soit atteinte dans les 50 ms. Le raccordement de la bobine de maintien est effectué à l'aide d'une diode Zener de 80 V. Il est possible d'installer une diode de raccordement supplémentaire en parallèle. La tension de raccordement doit être supérieure à 33 V afin de réduire le temps de coupure.
Q : Pourquoi la polarité de charge est-elle importante pour un contacteur ?
R : La capacité de coupure à haute tension est obtenue en utilisant des aimants placés perpendiculairement aux bornes de contact. Les deux bornes sont reliées en interne par un pont. Lorsque le pont de contact s'éloigne des contacts fixes, deux arcs sont générés. Dans le sens du courant direct, les aimants dévient les arcs vers l'extérieur, ce qui entraîne une extinction rapide de l'arc. Dans le sens inverse du courant, les arcs pourraient fusionner au centre, ce qui réduirait la capacité de coupure.
Q : Que faire si une capacité de coupure bidirectionnelle est requise ?
R : Si deux contacteurs sont utilisés dans le circuit, ils peuvent être disposés de manière à ce que l'un soit en sens direct et l'autre en sens inverse. En ouvrant les deux contacteurs en même temps, la capacité de coupure combinée est nettement supérieure à celle d'un seul contacteur en sens direct.
Recommandations pour l'application
Q : Que faut-il prendre en considération avec les matériaux en silicone lors de l'utilisation de relais ou de contacteurs qui ne sont pas hermétiques ?
R : L'utilisation de matériaux contenant du silicone ou ses dérivés peut avoir un impact sur le bon fonctionnement des contacts électriques. Sous l'effet de l'énergie de l'arc électrique d'un contact de commutation, les molécules volatiles de silicone se transforment en composés siliceux qui se déposent sur la surface du contact et créent des couches isolantes. TE Connectivity recommande donc vivement de tester minutieusement la compatibilité des silicones envisagés avec les contacts. Veuillez contacter TE Connectivity pour plus d'informations et d'assistance.
Q : Proposez-vous des solutions pour des applications supérieures à 500 V CC ?
R : En fonction des exigences de coordination de l'isolation, des solutions allant jusqu'à 900 V CC sont disponibles. De plus, TE développe actuellement des solutions adaptées à des niveaux de tension allant jusqu'à 1 000 V CC et conformes à la norme CEI 60664. Veuillez contacter TE Connectivity pour plus de détails.
Q : Comment doit-on protéger une bobine de commande contre les transitoires de coupure provenant de la bobine du contacteur ?
R : La solution idéale est d'utiliser une diode Zener en parallèle avec la bobine de commande. Pour plus d'informations, veuillez également vous reporter à nos « fiches techniques » associées à chaque référence et disponibles sous « Voir toute la documentation » dans notre catalogue de produits. Pour en savoir plus, consultez nos "Notes d'application pour le secteur automobile" et "Définitions des relais"
Q : Existe-t-il des conseils concernant le montage des jeux de barres avec le contacteur ?
R : Veuillez tenir compte des couples maximaux autorisés et éviter tout désalignement entre le jeu de barres et les bornes du contacteur afin de garantir une pression d'interface uniforme. TE recommande l'utilisation de rondelles élastiques coniques. Lors du montage d'une cosse de câble, assurez-vous que le câble est libre et n'est pas comprimé.
Voir les contacteurs haute tension de TE pour l'industrie automobile
