Relais statique fait maison : instructions de montage et conseils de raccordement

Le relais statique (RS) est un appareil de la série des composants électroniques à action non mécanique. L'absence de mécanique offre plus de possibilités aux amateurs d'électronique pour fabriquer un relais statique soi-même pour un usage personnel.

Examinons cette possibilité plus en détail.

Construction et principe de fonctionnement du RS

Si la plupart de l'électronique similaire contient traditionnellement des pièces mobiles de groupes de contacts, le relais statique ne comporte pas du tout de telles pièces. La commutation du circuit par le schéma de l'appareil s'effectue selon le principe d'un interrupteur électronique. Et le rôle des interrupteurs électroniques est généralement joué par les semi-conducteurs intégrés dans le corps du relais – transistors de puissance, triacs, thyristors.

Avant d'essayer de fabriquer un relais statique soi-même, il est logique de se familiariser avec la construction de base de tels dispositifs et de comprendre leur principe de fonctionnement.

La production industrielle fabrique des relais statiques de différentes configurations, destinés à des conditions d'utilisation pratique très variées. Le choix de modifications est vaste.

Dans le cadre d'une étude approfondie de l'appareil, il convient de souligner immédiatement les avantages du RS :

• commutation de charge puissante ;
• vitesse de commutation élevée ;
• isolation galvanique parfaite ;
• capacité à supporter brièvement de fortes surcharges.

Parmi les constructions mécaniques, il n'est réellement pas possible de trouver un relais avec des paramètres similaires. En général, les avantages des relais statiques par rapport à leurs homologues mécaniques sont exprimés par une liste impressionnante.

Deux appareils électroniques assurant fonctionnellement la commutation des circuits : à gauche, construit sur une base statique, à droite – un système de commutation mécanique traditionnel.

Les conditions d'exploitation pour le RS ne limitent pratiquement pas l'utilisation de ces appareils. De plus, l'absence de pièces mécaniques mobiles a un effet favorable sur la durée de vie des appareils. Il y a donc toutes les raisons de se lancer dans le relais statique – assembler l'appareil soi-même.

Cependant, pour être juste, en plus des aspects positifs, il convient de noter les propriétés du relais qui sont considérées comme des défauts. Ainsi, pour l'utilisation d'appareils puissants, un composant supplémentaire est généralement nécessaire pour évacuer la chaleur.

En cas de commutation de charges puissantes, les relais statiques sont presque toujours équipés de puissants radiateurs de refroidissement. Cela complique quelque peu l'utilisation des TTR.

Les radiateurs de refroidissement des relais statiques ont des dimensions plusieurs fois supérieures à celles des TTR, ce qui réduit la commodité et la rationalité du montage.

Les appareils TTR en cours de fonctionnement (à l'état fermé) produisent un courant de fuite inverse et présentant une caractéristique courant-tension non linéaire. Tous les relais statiques ne peuvent pas être utilisés sans restrictions sur les caractéristiques des tensions commutées.

Conception destinée à une utilisation uniquement dans les circuits où l'alimentation est en courant continu. Généralement, ces appareils se caractérisent par de petites dimensions et une faible puissance de commutation.

Certains types d'appareils sont conçus pour commuter uniquement le courant continu. L'incorporation de relais statiques dans un circuit nécessite généralement des mesures supplémentaires pour éviter les déclenchements intempestifs.

Les relais statiques se trouvent souvent dans le tableau électrique général de l'appartement.

Comment fonctionne un relais statique ?

Le signal de commande (généralement une tension de bas niveau, provenant par exemple d'un contrôleur de gestion) est appliqué à la LED d'une paire optoélectronique présente dans le circuit du TTR. La LED commence à émettre de la lumière vers le photodiode, qui à son tour s'ouvre et commence à laisser passer le courant.

Schéma généralisé d'un TTR montrant comment fonctionne l'appareil électronique : 1 – source de tension de commande ; 2 – optocoupleur à l'intérieur du boîtier du relais ; 3 – source de courant de charge ; 4 – charge

Le courant passant par le photodiode arrive à l'électrode de commande du transistor de commutation ou du thyristor. Le commutateur s'ouvre et ferme le circuit de charge.

C'est ainsi que fonctionne la fonction de commutation de l'appareil. Toute l'électronique est traditionnellement enfermée dans un boîtier monolithique. C'est d'ailleurs pourquoi l'appareil a reçu le nom de relais statique.

Pour savoir comment connecter un relais statique, vous pouvez lire ce document.

Variétés de commutateurs statiques

Toute la gamme existante d'appareils peut être divisée en groupes en fonction de la catégorie de charge connectée, des spécificités de contrôle et de commutation des tensions.

Ainsi, au total, il y aura trois groupes :

1. Appareils fonctionnant dans les circuits à courant continu.
2. Appareils fonctionnant dans les circuits à courant alternatif
3. Constructions universelles

Le premier groupe est constitué d'appareils avec des paramètres de tensions de commande de 3 à 32 volts. Il s'agit d'une électronique relativement compacte, dotée d'un affichage LED, capable de fonctionner sans interruption à des températures comprises entre -35 et +75 ºC.

Configuration très courante d'un appareil électronique destiné à être utilisé dans un réseau électrique monophasé. D'autres variantes existent, mais sont beaucoup moins fréquentes.

Le deuxième groupe comprend les appareils destinés à être installés dans des réseaux à tension alternative. Ici sont présentés des modèles de relais statiques (SSR) pour installation dans des réseaux à courant alternatif, commandés par une tension de 24 à 250 volts. Certains appareils peuvent commuter des charges de forte puissance.

Le troisième groupe comprend les appareils universels. La conception des circuits de ce type d'appareils permet un réglage manuel pour une utilisation dans diverses conditions.

En fonction de la nature de la charge connectée, il faut distinguer deux types de relais statiques à courant alternatif : monophasés et triphasés. Les deux types sont conçus pour commuter des charges assez puissantes avec des courants de 10 à 75 A. Les valeurs de crête de courte durée peuvent atteindre 500 A.

Variante très courante pour une utilisation dans un réseau électrique triphasé. Souvent utilisé comme régulateur linéaire de puissants radiateurs électriques (éléments chauffants).

Les charges commutées par les relais statiques peuvent être des circuits capacitifs, résistifs ou inductifs. Les conceptions des commutateurs permettent un contrôle fluide et silencieux, par exemple, des éléments chauffants, des lampes à incandescence et des moteurs électriques.

La fiabilité de fonctionnement est assez élevée. Mais la stabilité et la durabilité des relais statiques dépendent en grande partie de la qualité de fabrication des produits. Ainsi, les appareils fabriqués sous une certaine marque « Impuls » sont souvent signalés comme ayant une durée de vie limitée.

En revanche, les produits de la société « Schneider Electric » ne donnent lieu à aucune critique.

Comment fabriquer un RS soi-même ?

Compte tenu de la particularité structurelle de l'appareil (monolithe), le circuit est assemblé non pas sur une plaque de circuit imprimé en textolite, comme c'est généralement le cas, mais par câblage en surface.

Voici à quoi ressemble une construction maison d'un relais statique. Faire quelque chose de similaire n'est pas difficile. Il suffi de compétences de base en électronique et en électricité. Le coût matériel est faible.

On peut trouver de nombreuses solutions de circuits dans ce domaine. La variante spécifique dépend de la puissance de commutation requise et d'autres paramètres.

Composants électroniques pour l'assemblage du circuit

La liste des élements d'un circuit simple pour l'apprentissage pratique et la construction d'un relais statique fait maison est la suivate :

1. Optocoupleir de type MOC3083.
2. Triac de type BT139-800.
3. Transistor de la série KT209.
4. Résistances, diode Zener, LED.

Tous les composants électroniques indiqués sont soudés en montage en fils volants selon le schéma suivant :

Schéma de principe d'un relais statique de faible puissance à assembler soi-même. Le nombre réduit de composants et le montage en fils volants simple permettent de souder le circuit sans difficulté.

Grâce à l'utilisation de l'opto-coupleur MOC3083 dans le circuit de génération du signal de commande, la tension d'entrée peut varier de 5 à 24 volts.

Et grâce à la chaîne composée d'une diode Zener et d'une résistance de limitation, le courant traversant la LED de contrôle est réduit au minimum possible. Cette solution assure une longue durée de vie à la LED de contrôle.

Vérification du fonctionnement du circuit assemblé

Le circuit assemblé doit être vérifié pour son bon fonctionnement. Il n'est pas nécessaire de connecter la tension de charge de 220 volts dans le circuit de commutation via le triac. Il suffit de brancher un appareil de mesure – un testeur – en parallèle sur la ligne de commutation du triac.

Vérification du fonctionnement du relais statique à l'aide d'un appareil de mesure. Si une tension de commande est appliquée à l'entrée du dispositif, la jonction du triac doit être ouverte.

Le mode de mesure du testeur doit être réglé sur « MΩ » et l'alimentation (5-24 V) doit être appliquée au circuit de génération de tension de commande. Si tout fonctionne correctement, le testeur doit afficher une différence de résistance allant de « MΩ » à « kΩ ».

Structure du boîtier monolithique

Pour la base du boîtier du futur relais statique, une plaque d'aluminium de 3 à 5 mm d'épaisseur est nécessaire. Les dimensions de la plaque ne sont pas critiques, mais doivent correspondre aux conditions d'une dissipation thermique efficace du triac lorsque cet élément électronique chauffe.

Structure pour le coulage du boîtier du futur appareil. Elle est réalisée à partir d'une bande de carton ou d'autres matériaux appropriés. Elle est fixée sur le substrat en aluminium avec de la colle universelle.

La surface de la plaque d'aluminium doit être plane. De plus, il est nécessaire de traiter les deux faces – les poncer avec du papier abrasif fin, puis les polir.

À l'étape suivante, la plaque préparée est équipée d'un « coffrage » – une bordure en carton épais ou en plastique est collée sur le pourtour. On doit obtenir une sorte de boîte qui sera ensuite remplie de résine époxy.

À l'intérieur de la boîte ainsi créée, on place le circuit électronique du relais statique assemblé en « fils volants ». Seul le triac est placé sur la surface de la plaque d'aluminium.

Fixation du triac sur le substrat en aluminium. La condition principale est que ce composant électronique doit être fermement pressé contre la base métallique. Seule ainsi sont assurés une dissipation thermique de qualité et un fonctionnement fiable.

Aucun autre composant ni conducteur du circuit ne doit entrer en contact avec le substrat en aluminium. Le triac est appliqué sur l'aluminium par la partie du boîtier conçue pour le montage sur un dissipateur thermique.

Vous devez utiliser de la pâte thermoconductrice sur la zone de contact entre le boîtier du triac et le substrat en aluminium. Certaines marques de triacs à anode non isolée doivent impérativement être installées avec une entretoise en mica.

Variante de fixation du triac au substrat à l'aide d'un rivet. Sur la face arrière, le rivet est aplati au ras de la surface du substrat.

Vous devez presser fermement le triac contre la base avec un poids et le coller sur son pourtour avec de la colle époxy, ou le fixer d'une manière ou d'une autre sans altérer la planéité de la face arrière du substrat (par exemple avec un rivet).

Préparation du compound et remplissage du boîtier

Pour fabriquer le corps solide du dispositif électronique, vous devrez préparer un mélange de compound. Le mélange de compound est composé de deux composants :

1. Résine époxy sans durcisseur.
2. Poudre d'albâtre.

Grâce à l'ajout d'albâtre, l'artisan résout deux problèmes à la fois : il obtient un volume suffisant de compound de coulage avec une consommation nominale de résine époxy et crée un coulage de consistance optimale.

Vous devez mélanger soigneusement le mélange, puis vous pouvez ajouter le durcisseur et mélanger à nouveau soigneusement. Ensuite, vous versez délicatement le montage « suspendu » à l'intérieur du boîtier en carton avec le compound créé.

Voici à quoi ressemble un exemple fini de relais statique assemblé artisanalement. Assez inhabituel et peu présentable, mais suffisamment fiable.

Le coulage est effectué jusqu'au niveau supérieur, ne laissant à la surface qu'une partie de la tête de la LED de contrôle. Initialement, la surface du compound peut sembler peu lisse, mais après un certain temps, l'aspect changera. Il ne reste plus qu'à attendre le durcissement complet de la pièce coulée.

En substance, vous pouvez utiliser toute solution adaptée au coulage. Le critère principal est que la composition de coulage ne doit pas être conductrice d'électricité, et doit en outre former un bon degré de rigidité après durcissement. Le boîtier moulé du relais statique constitue une sorte de protection du circuit électronique contre les dommages physiques accidentels.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Cette vidéo montre comment et à partir de quels composants électroniques vous pouvez fabriquer un relais statique. L'auteur explique clairement tous les détails de la pratique de fabrication qu'il a personnellement rencontrés lors de la production du commutateur électronique :

Vidéo sur le problème que vous pourriez rencontrer après l'achat d'un relais statique monophasé (TTR) auprès de revendeurs de Chine. En passant, il présente un aperçu de l'appareil de commutation :

La fabrication artisanale de relais statiques – est une solution tout à fait possible, mais applicable aux dispositifs destinés à une charge basse tension consommant une puissance relativement faible.

Les appareils plus puissants et à haute tension sont difficiles à fabriquer soi-même. De plus, cette entreprise vous coûtera financièrement le même montant qu'un exemplaire d'usine. Ainsi, si nécessaire, il est plus simple d'acheter un appareil prêt à l'emploi de fabrication industrielle.

Si vous avez des questions concernant l'assemblage du relais statique, veuillez les poser dans la section commentaires, et nous essaierons de vous donner une réponse aussi claire que possible. Vous pouvez également y partager votre expérience de fabrication personnelle du relais ou fournir des informations précieuses sur le sujet de l'article.