Selon la personne à laquelle vous demandez, les relais d'état solide sont la meilleure solution de commutation de puissance, mais d'autres insistent sur le fait que les relais électromécaniques sont le choix évident. Qui dit vrai et pour quelles raisons ? Pour répondre à ces questions, explorons les différences entre les relais électromécaniques et les relais d'état solide et leur fonctionnement et comparons leurs spécifications de performance sur plusieurs niveaux.
Qu'est-ce qu'un relais ?
Un relais est une solution de commutation d'alimentation qui peut être utilisée pour allouer de l'énergie sans ouvrir et fermer manuellement l'interrupteur. Pour allumer et éteindre, un relais nécessite simplement un petit signal électrique. Ce signal est un "portier" métaphorique pour un signal électrique beaucoup plus grand. La capacité d'avoir un contrôle de faible puissance sur un signal de haute puissance est ce qui a rendu les relais si importants à travers l'histoire de l'électronique.
Quelles sont les différences entre les relais électromécaniques et les relais d'état solides ?
Relais électromécanique (EMR)
Un relais électromécanique utilise une partie mobile physique pour connecter des contacts dans le composant de sortie du relais. Le mouvement de ce contact est généré à l'aide de forces électromagnétiques à partir du signal d'entrée de faible puissance, ce qui permet d'achever le circuit qui contient le signal de grande puissance. La composante physique dans le relais électromécanique fait habituellement un « clic », ce qui peut être utile dans certaines situations, bien qu'il puisse conduire à un arc intérieur et prend un temps relativement important pour se déplacer.
Relais d'état solide (SSR)
Un relais d'état solide pourrait être l'affiche de l'industrie des semi-conducteurs. Les SSRs utilisent un signal électrique de faible puissance pour générer un signal semi-conducteur optique, généralement avec un octocoupleur, qui transmet et dynamise le signal de sortie. Lorsqu'il est activé, le signal optique d'entrée agit comme le « commutateur » qui permet à un signal haute tension de passer à travers le composant de sortie du SSR. Il existe plusieurs façons de le faire, mais le thème commun entre eux est le manque de pièces mobiles, ce qui les rend solides.
Figure 1 – Un EMR typique (relais électromécanique) et un schéma de blocs EMR représentant ses parties mobiles.
Figure 2 – Relais d'état solide à montage sur panneau - de Crydom et un schéma montrant le mécanisme de l'optotransistor. Schéma avec la permission de Wikipedia.
Les deux technologies peuvent être utilisées pour des applications de chauffage, d'éclairage, de contrôle de mouvements et plus encore. Cependant, les relais d'état solide Sont supérieurs aux relais électromécaniques dans la plupart des catégories comparables. Les relais électromécaniques sont une technologie relativement ancienne qui utilise une approche de conception mécanique simple, alors que les relais d'état solide sont beaucoup plus récents et avancés - et oui, plus complexes. On peut affirmer que quelque chose de complexe n'est pas nécessairement meilleur qu'un produit plus simple et comparable qui fait la même tâche. Cependant, les SSRs, qui sont plus complexes pourraient simplement vous convaincre quand il s'agit de performance.
Quels sont les avantages de l'utilisation d'un relais d'état solide au lieu d'un relais électromécanique ?
Les relais d'état solide sont vendus à un prix plutôt élevé, voire intimidant, par rapport à un relais électromécanique. Cependant, l'intégration d'un SSR plutôt qu'un EMR peut entraîner un coût global égal ou même inférieur en fonction de l'application particulière, quelque chose dont nous parlerons un peu plus tard. En outre, les SSRs surpassent souvent les EMRs dans plusieurs domaines. Comparons les deux :
Comme vous pouvez le constater, les SSRs sont en général plus dynamiques dans leur performance et les fonctionnalités qu'ils offrent en comparaison des EMRs. Il existe cependant un domaine où les EMRs ont souvent l'avantage : la gestion thermique. Les SSRs peuvent avoir des ordres de grandeur de dissipation de puissance plus grands que les relais électromécaniques simplement à cause de la physique qu'ils utilisent. Cela signifie généralement que les concepteurs de composants doivent intégrer les dissipateurs thermiques et les ventilateurs dans leurs conceptions, ce qui augmente le coût initial global que vous engagez en utilisant le SSR.
Toutefois, avant d'éliminer les SSRs uniquement en fonction du coût initial, abordons davantage le coût total de possession ainsi que les personnes qui déterminent ce que signifie « coût ».
Comparer les coûts : comment les SSRS peuvent encore valoir la peine à long terme
Les ingénieurs ont tendance à se concentrer sur les performances et une meilleure performance signifie généralement des coûts plus élevés. Les gestionnaires de la chaîne d'approvisionnement, d'autre part, sont beaucoup plus concernés par le prix initial des pièces et les délais de livraison, appelés coûts d'approvisionnement. Les gestionnaires d'affaires et de marketing mettent en évidence les coûts de garantie, y compris l'espérance de vie et les coûts de maintenance associés tels que les temps d'arrêt, le temps de déplacement, le temps de remplacement et de réparation ainsi que la main-d'œuvre. De tous ces coûts, seul le prix initial des pièces peut être assimilé au « coût initial unique ».
Par conséquent, juste parce que les relais électromécaniques ont un prix initial inférieur ne signifie pas qu'ils « coûtent moins » compte tenu de l'ensemble des autres coûts cachés qui entrent en jeu plus tard. Trop souvent dans les entreprises d'aujourd'hui, les gestionnaires exigent des solutions « plus rapides et moins coûteuses », qui sont souvent des priorités concurrentes - moins cher ne signifie pas nécessairement plus rapide et / ou mieux. Cependant, en utilisant des relais et des contacteurs à l'état solide Crydom, vous pouvez effectivement obtenir plus, plus rapidement, mieux et moins cher en considérant le coût total de possession. Leurs relais d'état solide effectuent de manière fiable des solutions qui contribuent à la longévité de l'application, de sorte que vous avez rarement à vous soucier de l'entretien, de la réparation ou du remplacement une fois qu'elles ont été installées.
Un outil utile pour comparer le coût total de possession
Pour vous aider à analyser le coût total de possession (TCO) pour les SSRs par rapport aux EMRs, Crydom a développé une calculatrice TCO facile à utiliser qui peut être trouvée sur son site Internet sous l'onglet « Outils ». La calculatrice considère les informations apparentées aux coûts directs et indirects, et elle suppose également que les deux solutions de substitution ont été sélectionnées pour correspondre à la charge et aux systèmes d'alimentation. En outre, la calculatrice intègre des coûts principalement associés à la technologie, car ils sont communs parmi diverses applications.
Le coût de la calculatrice par unité est le coût d'acquisition de la solution de commutation. Il en existe également pour l'ajout de dissipateurs thermique (pour les SSRs) et les prises (pour les EMRs) si l'une ou l'autre est requise. La durée de vie, donnée en nombre de cycles ou d'opérations, est également prise en compte, de même que les exigences spécifiques pour une application donnée. Ceux-ci peuvent inclure des cycles projetés par minute ou le type de charge (par exemple résistif, inductif, transformateur / condensateur ou ballast).
Le type de charge est nécessaire pour estimer les ajustements de la durée de vie pour les EMRs et la calculatrice sélectionne automatiquement un déclassement approprié en fonction de la charge choisie : réduction de 80 % pour les moteurs, les bobines ou les solénoïdes ; 75 % de réduction pour les transformateurs ou les condensateurs et 70 % pour les ballasts. La période de garantie, également incluse dans le calcul, est utilisée pour une référence temporelle dans les résultats estimés du coût total. Il peut être ajusté pour afficher des délais différents, d'un mois à un année ou plus. Le coût par service, une autre variable, doit également être pris en compte, car il change entre les applications ou d'un modèle commercial à l'autre. La figure 3 montre la calculatrice TCO de Crydom.
Figure 3 – Calculatrice TCO de Crydom.
Lorsque vous choisissez entre la technologie de relais électromécanique et la technologie à l'état solide, vous aurez peut-être du mal à dépasser le coût initial des SSRs. Cependant, alors que le coût initial du EMR est inférieur à celui du SSR, le nombre de cycles augmente de même que le coût de la maintenance, de la réparation et / ou du remplacement du EMR. Par conséquent, une fois que vous avez travaillé sur le coût total de possession des SSRs et des EMRs, vous allez rapidement vous rendre compte que le coût de la durée de vie des SSRs est égal ou inférieur à celui des EMRs dans de nombreux cas. Compte tenu des avantages que les SSRs ont sur les EMRs en ce qui concerne les fonctionnalités et les performances, il n'est pas difficile de justifier l'intégration d'un SSR dans votre conception.
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