Personnalisé Relais pour nouvelles énergies photovoltaïques et charge de véhicules électriques Fabricants

Pourquoi l'interruption de l'arc CC constitue le principal défi de conception des nouveaux relais énergétiques

Les ingénieurs de Fanhar Electronics répondent régulièrement à cette question de la part des concepteurs d'onduleurs et de chargeurs : pourquoi un relais CA stetard ne peut-il pas simplement être utilisé à une tension nominale CC équivalente ? La réponse réside dans la physique des arcs. Dans les circuits AC, le courant passe par zéro deux fois par cycle, ce qui éteint naturellement l'arc entre les contacts lors de la commutation. Les circuits à courant continu n'ont pas de passage par zéro : une fois qu'un arc se forme entre les contacts ouverts, il se maintient tant que la tension aux bornes de l'espace dépasse le seuil d'extinction de l'arc.

Nouveaux relais d'énergie destinés au service CC haute tension, répondent à ce problème grâce à une combinaison de mesures de conception : écarts de contact élargis pour forcer l'arc à s'étirer et à refroidir, des bobines d'éruption magnétiques qui dévient l'arc dans des chambres de coupure en céramique et des matériaux de contact sélectionnés pour leur faible érosion en cas d'arc soutenu. Sans ces caractéristiques, un relais commutant entre 600 et 1 000 V CC peut ne pas s'interrompre dans le temps requis, entraînant un soudage par contact ou une carbonisation interne compromettant l'isolation.

La polarité de la connexion CC compte également. De nombreuses conceptions de relais scellés sont conçues pour la commutation CC uniquement dans une orientation de polarité spécifique par rapport à l'aimant de soufflage d'arc. L'inversion de polarité peut réduire la force d'extinction effective de l'arc de 30 à 50 %, raccourcissant ainsi considérablement la durée de vie des contacts. Confirmez toujours les exigences de polarité dans la fiche technique du relais avant de finaliser la disposition des PCB ou des borniers.

Stratégies de gestion thermique pour les relais dans les boîtiers scellés d'onduleurs photovoltaïques

Les onduleurs string et les micro-onduleurs sont généralement installés à l'extérieur, en plein soleil, où les températures internes du boîtier peuvent atteindre 70 °C à 85 °C même lorsque la température ambiante n'est que de 40 °C. Pour Relais photovoltaïques and Relais d'énergie solaire montés à l'intérieur de ces boîtiers, la gestion thermique n'est pas une considération secondaire : elle affecte directement à la fois la capacité de contact et la longévité de la bobine.

La résistance de la bobine augmente avec la température (environ 0,4 % par °C pour les enroulements en cuivre ), ce qui signifie qu'un relais conçu pour s'activer à 80 % de la tension nominale à température ambiante peut ne pas fonctionner de manière fiable à des températures élevées si la tension de la bobine se situe à l'extrémité basse de la plage d'alimentation. Les ingénieurs doivent valider la marge de tension d'appel sur toute la plage de températures de fonctionnement, et pas seulement à température ambiante.

Du côté des contacts, les courbes de déclassement de courant continu publiées dans les fiches techniques des relais supposent généralement une convection à l'air libre. Dans les enceintes scellées avec une mauvaise circulation d'air, le déclassement réel peut être de 15 à 25 % plus agressif que la courbe publiée. Lorsque l'espace sur la carte le permet, la sélection d'un relais d'une classe de courant supérieure au courant de charge maximal calculé offre une marge thermique significative sans impact significatif sur les coûts.

Exigences d’endurance mécanique pour l’infrastructure de recharge des véhicules électriques

Les stations de recharge commerciales pour véhicules électriques connaissent des cycles de commutation bien supérieurs à ceux de la plupart des applications de contrôle industrielles. Une station de recharge rapide DC occupée peut terminer 40 à 80 sessions de charge par jour , chacune nécessitant plusieurs opérations de connexion et de déconnexion de relais pour la détection du véhicule, le séquençage de précharge et le contrôle du contacteur principal. Sur une durée de vie de dix ans, cela peut s'accumuler entre 150 000 et 300 000 opérations mécaniques sur les seuls relais de commutation primaires.

Relais de recharge pour véhicules électriques destinés à cette tâche doivent répondre aux objectifs d'endurance mécanique (fonctionnement sans charge) et d'endurance électrique (fonctionnement au courant et à la tension de charge nominale). Les deux chiffres ne sont pas équivalents : l’endurance électrique à pleine charge CC est généralement inférieure ou égale à un dixième de l’endurance mécanique. Spécifier uniquement l'endurance mécanique lors de la comparaison des options de relais est une erreur d'approvisionnement courante qui entraîne des pannes prématurées sur le terrain.

Les circuits de relais de précharge, utilisés pour limiter le courant d'appel dans les condensateurs du bus avant la fermeture du contacteur principal, méritent une attention particulière. Ces relais commutent fréquemment dans des conditions de charge partielle qui accélèrent un mode de défaillance spécifique : la rugosité de la surface de contact due à des arcs répétés à faible énergie. L'utilisation d'un type de relais avec des contacts scellés et un recouvrement de contacts en métal noble en position de précharge prolonge considérablement les intervalles de maintenance par rapport aux conceptions à cadre ouvert.

Choisir entre des relais CC haute tension et des contacteurs pour les systèmes d'énergie renouvelable

La frontière entre Relais CC haute tension et les contacteurs CC sont souvent mal compris dans la conception des nouveaux systèmes énergétiques. Les relais et les contacteurs partagent le même principe de fonctionnement fondamental : une bobine électromagnétique actionne un ensemble de contacts, mais ils diffèrent par leur capacité de courant, leur facteur de forme et la puissance du circuit de commande dont ils ont besoin. Pour Relais d'énergie renouvelable dans la gamme 10A-100A, les boîtiers de relais scellés offrent des avantages significatifs en termes d'espace et de poids sur la carte par rapport aux contacteurs équivalents, avec une consommation électrique de bobine souvent inférieure à 1 W dans les configurations de verrouillage.

Les critères pratiques de sélection se résument à trois paramètres :

• Courant de commutation nominal : Les relais sont généralement préférés jusqu'à 100 A ; au-delà, les contacteurs sont plus rentables par ampère de capacité.
• Tension de fonctionnement : Des relais scellés avec éclatement magnétique sont désormais disponibles jusqu'à 1 500 V CC, couvrant la plupart des tensions de chaînes photovoltaïques résidentielles et commerciales. Les applications à l'échelle industrielle au-dessus de 1 500 VCC nécessitent généralement des dispositifs de classe contacteur.
• Intégration du circuit de contrôle : Les bobines de relais peuvent être pilotées directement à partir des sorties du microcontrôleur ou du pilote de porte ; la plupart des contacteurs nécessitent un rail d'alimentation de bobine dédié de 24 V CC ou CA, ce qui ajoute à la complexité de la nomenclature.

Nous fournissons des solutions de relais validées pour les onduleurs de stockage résidentiels, les boîtiers de combinaison photovoltaïques commerciaux et les systèmes de gestion de batteries couplés en courant continu, aidant les équipes de conception à faire correspondre le bon dispositif de commutation à chaque nœud de la chaîne de conversion d'énergie.