Généralités
Q : Quelle est la différence entre un relais et un contacteur ?
R : En général, les deux termes désignent un dispositif de commutation électromécanique, fonctionnant sur le même principe physique, avec une bobine qui est utilisée pour générer une force magnétique qui actionne mécaniquement un contact électrique. Alors que le terme relais est largement utilisé dans diverses industries pour les appareils de faible et moyenne puissance, le terme contacteur est plus courant dans le domaine de la haute puissance. Le « moteur » magnétique est généralement réalisé avec un poussoir au centre du corps de la bobine pour les contacteurs, par opposition à une conception d’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 une extinction rapide des arcs de commutation, de nombreux contacteurs sont remplis de gaz inerte sous pression. L’azote ou l’hydrogène est couramment utilisé, le SF6 (hexafluorure de soufre) est également appliqué, principalement dans des applications industrielles. D’un autre côté, un remplissage de gaz sous pression nécessite beaucoup plus d’efforts dans la conception et le processus de fabrication, pour assurer une tenue fiable du gaz tout au long de la durée de vie du contacteur. Comme ces contacteurs doivent être hermétiquement scellés par nature, ils comportent également un risque de rupture, lorsque des arcs électriques extrêmement forts – en cas de surintensités ou de courts-circuits élevés – génèrent une pression de gaz excessive à l’intérieur de la chambre de contact. Les conceptions de contacteurs les plus récentes de TE fonctionnent donc sans gaz inerte, éliminant également le besoin d’un joint hermétique. Ces conceptions sont toujours protégées 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 extrême. Veuillez contacter TE Connectivity (TE) pour en savoir plus sur les avantages des contacteurs non remplis de gaz. Lien vers la vidéo EVC 250.
Q : Quelles sont les applications des 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 la ligne plus et la ligne moins de la batterie de traction. Les contacteurs principaux connectent et déconnectent la batterie de traction de l’ensemble de la transmission électrique du véhicule.
- Relais de précharge : pour protéger les contacteurs principaux d’un courant d’appel excessif, un relais de précharge est utilisé, avec une résistance de précharge, pour charger le condensateur de filtrage de l’onduleur de puissance à un niveau équivalant à 90 à 98 % de la tension de la batterie.
- Contacteur de chargeur : utilisé pour établir la connexion entre le chargeur de batterie et la batterie de traction, lorsque le véhicule est connecté à une station de charge.
- Contacteurs auxiliaires : ils contrôlent d’autres charges électriques dans le véhicule qui sont actionnées par la batterie HT. Un exemple typique est le chauffage électrique pour l’habitacle des voitures entièrement électriques, où aucune chaleur résiduelle du moteur à combustion n’est disponible à cet effet.
En outre, les contacteurs HT automobiles sont parfois utilisés dans des systèmes stationnaires tels que les stations de charge CC, les systèmes de stockage de batterie stationnaires, les systèmes d’alimentation sans interruption et autres.
Performances électriques
Q : Pour quelles plages de performances les contacteurs peuvent-ils être utilisés ?
R : La gamme de contacteurs de TE comprend des produits à usage intensif répondant aux exigences des véhicules électriques avec batterie les plus puissants, avec une puissance de crête allant jusqu’à 500 kW, ainsi que des produits miniaturisés pour les charges en série de faible puissance et les applications de précharge.
Q : Quel courant continu peut être géré par les contacteurs ?
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 composants internes du contacteur et est transférée à l’extérieur. Cette élévation 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 en permanence 150 °C. L’efficacité du mécanisme de refroidissement dépend de la section transversale ou de la résistance thermique du conducteur connecté à l’extérieur et de la température ambiante. La chaleur est conduite par les connexions électriques vers l’environnement. Pour obtenir un courant constant, le système atteint le boîtier stationnaire après environ 3 à 5 minutes. Exemple : Connecté avec des barres de bus de 50 mm², le contacteur EVC 250 serait capable de transporter 250 A à une température ambiante de 85 °C. Avec une barre de bus de 125 mm², cette limite serait portée à 375 A.
Q : Quelle surcharge peut être gérée par un contacteur ?
R : Pour les pics de charge de quelques secondes, le processus de transfert de chaleur est trop lent pour que la température terminale change de manière significative. Pendant des durées plus longues, l’élévation de température à l’intérieur du contacteur pourrait causer des dommages irréversibles. Le contacteur EVC 250, par exemple, gère 1 500 A jusqu’à 20 s ou 2 000 A jusqu’à 5 s. Veuillez contacter TE Connectivity pour obtenir plus d’informations et d’assistance.
Q : Qu’arrive-t-il à un contacteur pendant un court-circuit ?
R : Lors d’un court-circuit, le courant croissant génère une force de répulsion qui pourrait 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 excessif pourrait détruire thermiquement le contacteur. Pour le contacteur EVC 175, la limite de transport actuelle est de 5 000 A. Pour le contacteur EVC 250, il est de 6 000 A. En cas de courts-circuits avec des surintensités modérées, le temps de déclenchement du fusible est trop long pour protéger le système contre les 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. Étant donné que deux contacteurs sont normalement dans le circuit, nous recommandons d’ouvrir les deux simultanément, ce qui augmente la limite de rupture jusqu’à 6 000 A à 400 V.
Q : Qu’est-ce qui détermine l’efficacité de la bobine ? Quelles sont les exigences du pilote de la bobine ?
R : Pour séparer les hautes tensions, de grands espaces de contact sont nécessaires. En position ouverte, le ressort de retenue retient l’armature pour fournir une résistance aux chocs appropriée. Pour surmonter ces écarts et forces de contact élevés, un flux magnétique élevé 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 pouvant atteindre 6 A. De tels courants élevés ne pouvant être appliqués que pour fermer les contacts, le courant doit ensuite être réduit pour éviter la surchauffe de la bobine. Une fois les contacts fermés et l’armature en position, le flux magnétique nécessaire pour maintenir l’armature en position est inférieur d’une amplitude. Cette réduction de puissance de la bobine peut être effectuée à l’aide d’un économiseur externe ou par configuration interne de la bobine d’amplification/de 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 commencer que 100 ms minimum après l’application de l’alimentation à la bobine. Pour la modulation de largeur d’impulsion (PWM), TE recommande une fréquence minimale de 20 kHz. La tension minimum de la bobine oscillante doit toujours être supérieure à la tension de maintien spécifiée. Pour le fonctionnement à l’arrêt, le temps de réponse du système mécanique dépend de la terminaison externe de la bobine. Par conséquent, le pilote PWM doit être arrêté de manière à ne pas ralentir l’ouverture du contact. Veuillez tenir compte des « Recommandations de circuit » 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 ne dépend que du courant de la bobine. Si le PWM est réglé sur un certain niveau de tension de la 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 rendre l’influence de la température négligeable.
Q : Qu’est-ce qui est important pour faire fonctionner un contacteur avec une bobine d’amplification ?
R : L’électronique d’amplification applique la tension complète de la bobine à une bobine d’amplification séparée pour une durée limitée. Cette impulsion est enclenchée immédiatement lorsqu’une tension est appliquée. Si la tension d’alimentation nécessaire n’est pas atteinte pendant le temps de déclenchement de l’électronique d’amplification, le contacteur ne se ferme pas. Par conséquent, il est nécessaire que la tension minimale d’alimentation soit atteinte dans les 50 ms. La terminaison de la bobine de maintien se fait avec une diode Zener 80 V. Il est possible d’installer une diode de terminaison supplémentaire en parallèle. La tension de terminaison doit être Vz > 33 V, pour que le temps de chute soit court.
Q : Pourquoi la polarité de la 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 vers l’avant, 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 peut-on faire si une capacité de coupure bidirectionnelle est requise ?
R : Dans le cas où deux contacteurs sont utilisés dans le circuit, l’un peut être disposé en avant et l’autre en sens inverse. En ouvrant les deux contacteurs en même temps, la capacité de coupure combinée est nettement meilleure à celle d’un seul contacteur dans la direction avant.
Recommandations d’application
Q : Que faut-il prendre en compte avec les matériaux en silicone lors de l’utilisation de relais ou de contacteurs qui ne sont pas étanches ?
R : L’utilisation de matériaux contenant du silicone ou de son dérivé peut avoir un impact sur le bon fonctionnement des contacts électriques. En raison de l’énergie de l’arc 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 fortement de tester minutieusement la compatibilité de contact des silicones prévus. Veuillez contacter TE Connectivity pour obtenir plus d’informations et d’assistance.
Q : TE propose-t-il des solutions pour les applications supérieures à 500 V CC ?
R : En fonction des exigences de coordination de l’isolation, des solutions jusqu’à 900 V CC sont disponibles. De plus, TE développe actuellement des solutions adaptées aux niveaux de tension jusqu’à 1000 V CC en conformité avec la norme CEI 60664. Veuillez contacter TE Connectivity pour plus de détails.
Q : Comment protéger un pilote de bobine contre les transitoires de coupure de la bobine du contacteur ?
R : La meilleure solution consiste à utiliser une diode Zener parallèle au pilote de la bobine. Pour plus d’informations, veuillez également vous référer à nos « Fiches techniques » liées à chaque numéro de pièce, lesquelles sont accessibles sous « Voir toute la documentation » dans notre catalogue de produits . Apprenez-en encore plus dans nos « Notes d’application automobile » et « Définitions de relais ».
Q : Y a-t-il des conseils relatifs au montage des barres de bus sur le contacteur ?
R : Veuillez tenir compte des couples maximum autorisés et éviter tout désalignement entre la barre de bus 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 non comprimé.
