Pourquoi choisir un relais statique mince avec dissipateur thermique intégré ?

Les relais statiques sont largement utilisés dans l'automatisation industrielle car ils offrent une commutation rapide, silencieuse et sans contact. Cependant, un problème doit toujours être pris en compte lors de leur utilisation : la chaleur.

Contrairement à un relais électromécanique, un relais statique utilise des transistors à semi-conducteurs. Ces composants génèrent de la chaleur lorsque du courant traverse le circuit de sortie. Si cette chaleur n'est pas dissipée efficacement, la température interne du relais peut augmenter et affecter sa fiabilité à long terme.

Les installations SSR traditionnelles utilisent souvent un relais séparé et un dissipateur thermique externe. Cependant, pour les panneaux de commande compacts, cette approche peut nécessiter un espace de montage et des travaux d'installation supplémentaires.

Ce relais statique mince avec dissipateur thermique intégré combine le dispositif de commutation et la structure de gestion thermique en une seule unité compacte.

Pour les fabricants de panneaux, les constructeurs de machines OEM et les ingénieurs en automatisation, cette conception peut simplifier l'installation tout en contribuant à maintenir une dissipation thermique fiable dans les armoires de commande à espace limité.

Pourquoi un relais statique a-t-il besoin d'un système de dissipation de chaleur ?

Lorsqu'un relais statique commute une charge, le dispositif de sortie semi-conducteur subit une faible chute de tension tout en conduisant le courant.

Une partie de l'énergie électrique est donc convertie en chaleur.

La quantité de chaleur générée dépend de plusieurs facteurs, notamment :

• Courant de charge

• caractéristiques du semi-conducteur de sortie

• Cycle de service de commutation

• Température ambiante

• densité d'installation

• Circulation d'air à l'intérieur de l'armoire

Avec l'augmentation du courant, la gestion thermique devient plus importante.

Si une chaleur excessive reste emprisonnée à l'intérieur du relais, la température de la jonction du semi-conducteur peut dépasser la plage de fonctionnement prévue.

Cela peut entraîner :

• Capacité de courant réduite

• Vieillissement accéléré des composants

• Performances de commutation instables

• Durée de vie plus courte

• Défaillance inattendue du relais

C’est pourquoi la dissipation de chaleur doit être prise en compte lors du choix du relais statique, et non après la construction du panneau de commande.

Qu'est-ce qu'un relais statique (SSR) avec dissipateur thermique intégré ?

Un dissipateur thermique intégré SSR combine le dispositif de commutation à semi-conducteurs et une structure de dissipation de chaleur en un seul produit assemblé.

Au lieu d'installer :

Relais statique + Dissipateur thermique séparé + Matériel de montage

L'ingénieur installe un module intégré.

Cette conception est particulièrement pratique pour les relais statiques minces sur rail DIN utilisés dans les armoires d'automatisation modernes.

La structure intégrée peut fournir :

• Installation compacte

• Montage simplifié

• contact thermique plus homogène

• Nombre de composants réduit

• disposition de panneau plus propre

Dans les environnements de production où de nombreux canaux de commutation sont installés, ces avantages deviennent de plus en plus importants.

1. Dissipateurs thermiques intégrés : gain de place sur le panneau de commande

L'espace disponible sur les panneaux de commande devient de plus en plus précieux.

Les systèmes d'automatisation modernes nécessitent souvent davantage de points d'E/S d'automates programmables, de relais, de borniers, d'alimentations, de modules de communication et de dispositifs de protection dans des boîtiers plus petits.

Un relais statique classique avec dissipateur thermique séparé peut occuper un espace de montage considérable.

Un relais statique mince avec dissipateur thermique intégré combine ces fonctions dans un ensemble plus compact.

Cela peut aider les ingénieurs :

• Augmenter la densité d'installation sur rail DIN

• Réduire la taille totale de l'armoire

• Prévoyez de l'espace pour les composants de commande supplémentaires.

• Améliorer l'organisation des canaux

• Construire des machines plus compactes

La différence peut paraître minime lorsqu'on observe un seul relais.

Lorsque 10, 20 canaux de commutation ou plus sont installés, le gain d'espace total devient beaucoup plus important.

2. Moins de composants signifie une installation plus rapide

L'installation d'un relais statique et d'un dissipateur thermique séparés nécessite plusieurs étapes.

Le fabricant de panneaux peut avoir besoin de :

1. Sélectionnez le SSR.

2. Sélectionnez un dissipateur thermique compatible.

3. Préparer la surface de montage.

4. Appliquer l'interface thermique requise.

5. Fixez le relais statique au dissipateur thermique.

6. Installez l'ensemble complet dans l'armoire.

Un relais statique intégré simplifie ce processus car la structure thermique fait déjà partie du produit.

Cela peut réduire :

• Temps d'assemblage

• matériel de montage

• erreurs d'installation

• travail d'appariement des composants

• Complexité de la production

Pour un panneau de commande individuel, la différence peut être modeste.

Pour un fabricant d'équipement d'origine (OEM) produisant des centaines de machines similaires, la réduction de quelques étapes d'assemblage par relais peut améliorer l'efficacité de la production.

3. La conception intégrée contribue à standardiser les performances thermiques

Les performances thermiques dépendent non seulement de la taille du dissipateur thermique, mais aussi de l'efficacité du transfert de chaleur du relais statique vers la surface de refroidissement.

Avec un dissipateur thermique installé séparément, les performances peuvent être influencées par :

• Pression de montage

• contact de surface

• matériau d'interface thermique

• Qualité de l'installation

• Compatibilité avec les dissipateurs thermiques

Une conception intégrée permet de réduire certaines de ces variables.

Comme le relais et la structure de dissipation de chaleur sont conçus comme une seule unité, le chemin thermique peut être plus cohérent d'une installation à l'autre.

Ceci est particulièrement utile pour les fabricants de machines qui souhaitent standardiser la construction des panneaux de commande sur plusieurs lots de production.

Une installation uniforme peut contribuer à un comportement thermique plus prévisible.

4. Sa conception mince est utile pour les sections de sortie PLC haute densité.

Les relais statiques intégrés minces sont particulièrement utiles dans les armoires de commande où de nombreux canaux de sortie d'automates programmables doivent commuter des charges sur le terrain.

Un chemin de contrôle typique peut ressembler à ceci :

Sortie automate programmable → Relais statique mince → Charge sur site

Les chargements possibles comprennent :

• électrovannes

• Petits radiateurs

• Indicateurs

• Actionneurs

• Équipement de traitement

• Charges de contrôle répétitives

Lorsque de nombreux canaux de sortie sont disposés côte à côte, la largeur des composants devient importante.

L'utilisation de relais statiques minces permet de créer une disposition propre canal par canal sans consommer une longueur excessive de rail DIN.

Un dissipateur thermique intégré offre un autre avantage : la gestion thermique ne nécessite pas de composants de refroidissement encombrants séparés pour chaque canal.

5. Les dissipateurs thermiques intégrés peuvent simplifier la disposition des panneaux.

La conception d'un panneau de commande de qualité ne se résume pas à l'intégration des composants dans un boîtier.

La structure interne doit également rester facile à comprendre et à maintenir.

L'utilisation de modules SSR intégrés peut contribuer à créer des agencements plus organisés entre :

• Sorties PLC

• Modules de commutation

• borniers

• Câblage sur le terrain

Une mise en page claire peut faciliter :

• Câblage plus facile à suivre

• Diagnostic des pannes plus rapide

• Remplacement des composants simplifié

• Les modifications futures seront plus pratiques

Ceci est particulièrement précieux dans les systèmes d'automatisation multicanaux où des dizaines de circuits quasi identiques sont installés ensemble.

6. Une gestion thermique compacte est utile pour les commutations fréquentes.

Les relais statiques sont souvent choisis pour les applications nécessitant des commutations fréquentes. Contrairement aux relais électromécaniques, les relais statiques ne font pas appel à des contacts mécaniques.

Cela signifie qu'ils peuvent proposer :

• Aucune usure par contact mécanique

• rebond sans contact

• commutation rapide

• Fonctionnement silencieux

• Capacité de cycle de commutation élevée

Les applications typiques comprennent :

• Contrôle de la température

• Équipement d'emballage

• Systèmes de chauffage

• Machines d'automatisation

• Contrôle des processus

• Équipement de production répétitif

Cependant, un fonctionnement fréquent peut également entraîner une charge thermique soutenue.

Un dissipateur thermique intégré offre un chemin thermique dédié qui contribue à gérer la chaleur générée lors de commutations continues ou répétitives.

7. Intégré ne signifie pas que la chaleur peut être ignorée.

Il s'agit d'un point d'ingénierie important. Un dissipateur thermique intégré améliore la dissipation de la chaleur, mais n'élimine pas les limites thermiques.

Les ingénieurs doivent tout de même évaluer :

• Courant de charge réel

• Température ambiante

• Cycle de service de commutation

• orientation d'installation

• Nombre de SSR adjacents

• Circulation d'air à l'intérieur de l'armoire

• Déclassement requis

• données thermiques du fabricant

Par exemple, plusieurs relais statiques minces montés à proximité les uns des autres peuvent chauffer l'air ambiant et augmenter la température locale de l'armoire.

Même si chaque relais individuel possède son propre dissipateur thermique intégré, le système global peut tout de même nécessiter :

• Espacement supplémentaire

• Ventilation de l'armoire

• Refroidissement par air pulsé

• Courant de fonctionnement réduit

Il convient donc d'évaluer une conception compacte dans le cadre de l'environnement thermique global.

8. Le courant nominal ne doit pas être le seul critère de sélection.

Une erreur fréquente consiste à choisir un relais statique (SSR) uniquement en fonction de l'intensité nominale imprimée sur le produit.

Les performances réelles dépendent de l'application concrète.

Les ingénieurs devraient également prendre en compte :

Type de charge

Les charges résistives, inductives et capacitives peuvent créer différentes conditions de commutation.

Courant d'appel

Certaines charges consomment un courant nettement plus important lors de leur mise sous tension.

Température de fonctionnement

Un relais utilisé dans un environnement à 25 °C peut se comporter différemment d'un relais installé à l'intérieur d'une armoire chaude.

Fréquence de commutation

Le fonctionnement répété modifie le profil thermique du SSR.

Densité d'installation

L'installation côte à côte de plusieurs relais statiques peut augmenter la température locale.

Type de sortie

Le relais statique (SSR) doit correspondre aux exigences de charge CA ou CC.

Signal d'entrée

L'entrée du relais doit être compatible avec la sortie de l'automate programmable ou du contrôleur.

Le dissipateur thermique intégré contribue à la gestion thermique, mais le choix correct du circuit électrique reste essentiel.

9. Dissipateur thermique intégré ou dissipateur thermique séparé : lequel est le meilleur ?

Aucune des deux solutions n'est automatiquement meilleure pour toutes les applications.

Les relais statiques à dissipateur thermique intégré sont souvent meilleurs lorsque :

• L'espace disponible sur le rail DIN est limité.

• De nombreux canaux de commutation sont nécessaires

• L'efficacité de l'installation est importante

• La conception des panneaux doit être normalisée.

• Les charges de puissance modérée sont contrôlées

• Des équipements d'automatisation compacts sont en cours de conception

Il peut être préférable d'utiliser des dissipateurs thermiques séparés pour relais statiques dans certains cas :

• Des courants de charge plus élevés sont impliqués

• De grands dissipateurs thermiques sont nécessaires

• Une conception thermique sur mesure est nécessaire

• Le refroidissement par air pulsé doit être optimisé.

• La densité de puissance est très élevée

Le choix optimal dépend de la charge électrique et de l'environnement thermique. Toutefois, pour les systèmes de commande compacts, un relais statique mince intégré peut offrir un compromis efficace entre la densité des panneaux et la gestion thermique.

Applications courantes des relais statiques intégrés minces

Les relais statiques minces avec dissipateurs thermiques intégrés peuvent être utilisés dans de nombreux systèmes industriels, notamment :

Panneaux de commande PLC

Les interfaces de commutation compactes permettent de gérer plusieurs sorties dans un espace limité sur rail DIN.

Machines d'emballage

La fréquence de commutation et la conception compacte de la machine rendent les relais statiques minces utiles pour les appareils de chauffage et les charges auxiliaires.

Contrôle du chauffage industriel

La commutation à semi-conducteurs est largement utilisée pour la régulation répétitive de la température.

Machines de transformation des aliments

Les fonctions de chauffage, de scellage et de contrôle des processus nécessitent souvent des commutations répétées.

Lignes de production automatisées

Les sections de commutation à haute densité peuvent tirer profit de modules étroits sur rail DIN.

Équipement de fabrication électronique

Un système de commutation compact, silencieux et à haute fréquence peut s'avérer utile dans les systèmes d'automatisation de précision.

Automatisation des bâtiments

Le chauffage et d'autres charges électriques contrôlées peuvent utiliser la commutation SSR en fonction de l'application.

Pourquoi les équipementiers et les fabricants de panneaux bénéficient d'une conception SSR intégrée

Pour les fabricants d'équipement d'origine (OEM), le choix des composants influe sur bien plus que les seules performances électriques.

Cela influence également :

• Travail à l'assemblage

• Dimensions du meuble

• Gestion des stocks

• Cohérence de l'installation

• Entretien

• Évolutivité de la production

Un relais statique mince intégré réduit le nombre de pièces séparées nécessaires pour chaque canal de commutation.

Cela peut simplifier la nomenclature des matériaux et rendre l'assemblage répétitif des armoires plus cohérent.

Pour les fabricants produisant des panneaux de commande en grande quantité, cela peut être tout aussi important que les performances de commutation du relais.

RY-ELE Solutions de relais statiques minces

RY-ELE propose des solutions de relais statiques minces pour les applications d'automatisation industrielle et de panneaux de commande.

Les conceptions intégrées combinent une fonctionnalité de commutation compacte avec des structures de dissipation de chaleur pour permettre une installation sur rail DIN peu encombrante.

Ces solutions peuvent être utilisées dans des applications telles que :

• Interfaces de sortie PLC

• Automatisation industrielle

• machines d'emballage

• Contrôle du chauffage

• Panneaux de commande de la machine

• Équipement de traitement

• Systèmes de commutation multicanaux

Lors du choix d'un relais statique mince intégré, les ingénieurs doivent prendre en compte l'environnement d'exploitation complet, notamment le type de charge, le courant réel, la fréquence de commutation, la température ambiante, la densité d'installation et le flux d'air.

L'objectif n'est pas seulement de gagner de la place.

Il s'agit de créer un système de commutation compact qui reste stable dans des conditions réelles d'utilisation.

Réflexions finales

Un relais statique mince avec dissipateur thermique intégré combine deux fonctions importantes :

Commutation électrique et gestion thermique.

Le boîtier mince permet de gagner de la place sur le rail DIN, tandis que le dissipateur thermique intégré offre un chemin direct pour évacuer la chaleur générée par les dispositifs de commutation à semi-conducteurs.

Pour les panneaux de commande industriels haute densité, cette conception peut offrir plusieurs avantages pratiques :

• Encombrement réduit

• Moins de composants

• Assemblage plus rapide

• Installation thermique plus cohérente

• Des agencements de panneaux plus propres

• Meilleure adéquation aux systèmes de commutation multicanaux

Cependant, le refroidissement intégré ne dispense pas d'effectuer des calculs thermiques et un déclassement approprié.

La meilleure conception est celle qui équilibre la compacité, la charge électrique, la densité d'installation et la dissipation de chaleur .

Compte tenu de ces facteurs, les relais statiques minces avec dissipateurs thermiques intégrés peuvent constituer une solution efficace pour les systèmes d'automatisation industrielle modernes.