Relais à semi-conducteurs vs relais électromécaniques

Selon les personnes interrogées, les relais à semi-conducteurs sont la solution supérieure de commutation de puissance, mais d'autres insistent sur le fait que les relais électromécaniques sont le choix évident. Qui a raison et pour quelles raisons ? Pour répondre à ces questions, explorons les différences entre les relais électromécaniques et les relais à semi-conducteurs, ainsi que leur mode de fonctionnement, et comparons leurs spécifications de performance à plusieurs niveaux.

Qu'est-ce qu'un relais ?

Un relais est une solution de commutation de puissance qui peut être utilisée pour distribuer de l'énergie sans ouvrir et fermer manuellement l'interrupteur. Pour commuter l'alimentation, un relais nécessite simplement un petit signal électrique. Ce signal est un « gardien » métaphorique pour un signal électrique beaucoup plus important. La capacité de contrôler un signal de haute puissance avec une faible puissance est ce qui a rendu les relais si importants tout au long de l'histoire de l'électronique.

Quelles sont les différences entre les relais électromécaniques et les relais statiques ?

Relais électromécanique (EMR)

Un relais électromécanique utilise une pièce mobile physique pour connecter des contacts au sein du composant de sortie du relais. Le mouvement de ce contact est généré par des forces électromagnétiques provenant du signal d'entrée à basse puissance, permettant la fermeture du circuit contenant le signal de forte puissance. Le composant physique à l'intérieur du relais électromécanique émet souvent un son de « clic », qui peut être utile dans certaines situations, bien qu'il puisse entraîner un arc interne et prenne un temps relativement long à se déplacer.

Relais à semi-conducteurs (SSR)

Un relais à semi-conducteurs pourrait bien être l'emblème de l'industrie des semi-conducteurs. Les SSR utilisent un signal électrique de faible puissance pour générer un signal optique à semi-conducteurs, généralement avec un octocoupleur, qui transmet et alimente le signal de sortie. Lorsqu'il est activé, le signal optique d'entrée agit comme l’« interrupteur » qui permet à un signal haute tension de passer à travers le composant de sortie du SSR. Il existe plusieurs manières de le faire, mais le thème commun entre elles est l'absence de pièces mobiles, ce qui les rend à semi-conducteurs.

Les deux technologies peuvent être utilisées pour des applications dans le chauffage, l'éclairage, le contrôle de mouvement, et plus encore. Cependant, les relais à semi-conducteurs sont supérieurs aux électromécaniques dans la plupart des catégories comparatives. Les relais électromécaniques sont une technologie relativement ancienne qui utilise une approche de conception mécanique simple, tandis que les relais à semi-conducteurs sont beaucoup plus récents et avancés—et oui, plus complexes. On peut soutenir que quelque chose de complexe n'est pas nécessairement meilleur qu'un produit plus simple comparable qui accomplit la même tâche. Cependant, le relais à semi-conducteurs plus complexe pourrait bien vous séduire en termes de performance.

Quels sont les avantages d'un relais statique par rapport à un relais électromécanique ?

Les relais statiques sont accompagnés d'un prix d'achat initial assez élevé et peut-être intimidant par rapport à un relais électromécanique. Cependant, intégrer un SSR plutôt qu'un EMR peut entraîner un coût global égal ou même inférieur selon l'application particulière, ce que nous discuterons un peu plus tard. De plus, les SSR surpassent souvent les EMR dans plusieurs domaines. Comparons les deux :

Comme vous pouvez le voir, les SSR sont en général plus dynamiques dans leurs performances et les fonctionnalités qu'ils offrent par rapport aux EMR. Il y a cependant un domaine où les EMR ont souvent l'avantage : la gestion thermique. Les SSR peuvent avoir des dissipations de puissance d'un ordre de grandeur supérieur à celui des relais électromécaniques simplement en raison de la physique qu'ils utilisent. Cela signifie généralement que les concepteurs de composants doivent intégrer des dissipateurs thermiques et des ventilateurs dans leurs conceptions, ce qui augmente effectivement le coût initial que vous engagez en utilisant le SSR.
 
Avant de rejeter les SSR uniquement sur la base du coût initial, parlons davantage du coût total de possession ainsi que des personnes déterminant ce que signifie réellement «coût».

Comparaison des coûts : comment les relais statiques peuvent rester rentables sur le long terme

Les ingénieurs ont tendance à se concentrer sur la performance, et une meilleure performance signifie généralement des coûts plus élevés. Les responsables de la chaîne d'approvisionnement, en revanche, se soucient beaucoup plus du prix initial des pièces et des délais de livraison, qu'on appelle les coûts d'approvisionnement. Les responsables commerciaux et marketing mettent en lumière les coûts de garantie, qui incluent la durée de vie et les coûts d'entretien associés tels que le 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 unique initial » mentionné précédemment.
 
Par conséquent, le fait que les relais électromécaniques aient un prix initial plus bas ne signifie pas qu'ils « coûtent moins cher » compte tenu de tous les autres coûts cachés qui interviennent plus tard. Beaucoup trop souvent dans les entreprises d'aujourd'hui, les managers exigent des solutions « plus rapides, meilleures et moins chères », qui sont souvent des priorités concurrentes – moins cher ne signifie pas nécessairement plus rapide et/ou meilleur. Cependant, en utilisant les relais et contacteurs à semi-conducteurs Crydom, vous pouvez en effet atteindre plus rapidement, mieux et moins cher en considérant le coût total de possession. Leurs relais à semi-conducteurs sont des solutions fiables qui contribuent à la longévité de l'application, de sorte que vous n'avez presque jamais à vous soucier de les entretenir, de les réparer ou de les remplacer une fois qu'ils ont été installés.

Comparaison du coût total de possession des relais à semi-conducteurs et des relais électromécaniques

Pour vous aider à analyser le coût total de possession (TCO) des SSR par rapport aux EMR, Crydom a développé un calculateur TCO facile à utiliser, disponible sur leur site web sous l'onglet « Outils ». Le calculateur prend en compte les informations liées aux coûts directs et indirects, et suppose également que les deux solutions de commutation ont été correctement sélectionnées pour correspondre à la charge et aux systèmes d'alimentation. De plus, le calculateur intègre principalement les coûts associés à la technologie, car ils sont communs à diverses applications.
 
Le coût par unité du calculateur est le coût d'acquisition de la solution de commutation. Des coûts supplémentaires sont également à prévoir pour l'ajout de dissipateurs de chaleur (pour les SSR) et de sockets (pour les EMR) si nécessaire. L'espérance de vie, donnée en nombre de cycles ou d'opérations, est également prise en compte, tout comme les exigences spécifiques pour une application donnée. Celles-ci peuvent inclure les cycles projetés par minute ou le type de charge (par exemple, résistive, inductive, transformateur/condensateur, ou ballast).
 
Le type de charge est nécessaire pour estimer les ajustements de l'espérance de vie pour les EMR, et le calculateur sélectionne automatiquement le bon détarage en fonction de la charge choisie : détarage de 80 % pour les moteurs, bobines ou solénoïdes ; détarage de 75 % pour les transformateurs ou condensateurs ; et 70 % pour les ballasts. La période de garantie, également incluse dans le calcul, est utilisée comme référence temporelle dans les résultats estimés du coût total. Elle peut être ajustée pour montrer différentes périodes, d'un mois à un an ou plus. Le coût par service, une autre variable, doit également être considéré, car il change entre les applications ou d'un modèle d'entreprise à un autre. La figure 3 montre le calculateur TCO de Crydom.

Lorsque vous devez choisir entre la technologie de relais électromécaniques et la technologie de relais à semi-conducteurs, vous pouvez avoir du mal à dépasser le coût initial des SSR. Cependant, bien que le coût initial des EMR soit inférieur à celui des SSR, à mesure que le nombre de cycles augmente, il en va de même pour le coût d'entretien, de réparation et/ou de remplacement des EMR. Par conséquent, une fois que vous avez calculé le coût total de possession des SSR et des EMR, vous vous rendrez vite compte que le coût sur la durée de vie des SSR est identique ou inférieur à celui des EMR dans de nombreux cas. Étant donné les avantages que les SSR ont sur les EMR en termes de fonctionnalités et de performances, il n'est pas difficile de justifier l'intégration d'un SSR dans votre conception.
 
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