Alimentations industrielles 24 V haute efficacité sur rail DIN : modèles monophasés ultra-compacts pour armoires électriques

1. Contraintes d’espace : pourquoi choisir une alimentation compacte sur rail DIN

Les armoires électriques modernes doivent intégrer un nombre croissant de fonctions dans un volume limité. Les alimentations dotées de boîtiers relativement larges occupent une partie importante du rail DIN, qui pourrait autrement être utilisée pour des modules d’E/S, des relais, des dispositifs de protection ou d’autres composants de commande.

Une alimentation compacte sur rail DIN peut contribuer à optimiser l’espace de montage disponible sans nécessiter immédiatement une armoire de plus grandes dimensions. Les architectures d’alimentation à découpage compactes et les composants fonctionnant à haute fréquence permettent d’obtenir une densité de puissance supérieure à celle de conceptions conventionnelles plus volumineuses. Les modèles de faible puissance tels que le TPS010-GP24V de 10 W présentent un profil étroit adapté aux installations dans lesquelles la largeur disponible sur le rail DIN constitue une contrainte importante.

Une densité de puissance élevée doit toutefois être considérée conjointement avec la gestion thermique. La réduction de la largeur d’un appareil ne supprime pas les pertes thermiques. Les espacements nécessaires, la ventilation, les limites de température ambiante, les éventuelles règles de déclassement et les instructions d’installation propres au modèle restent des paramètres importants lors de la conception d’armoires à forte densité d’équipements.

2. Performances électriques : rendement, ondulation et bruit, temps de maintien

Les caractéristiques électriques d’une alimentation industrielle sur rail DIN influencent à la fois le comportement des charges raccordées et la conception globale du système. La plage de tension d’entrée, le rendement, la régulation de sortie, l’ondulation et le bruit (Ripple and Noise), la réponse dynamique et le temps de maintien (Hold-up Time) doivent donc être évalués en fonction des exigences de l’application, et pas uniquement de la puissance nominale.

Les modèles monophasés TPS sont disponibles avec de larges plages de tension d’entrée AC, notamment des unités conçues pour fonctionner sous 85–264 V AC. Une large plage d’entrée peut faciliter l’utilisation dans différents réseaux électriques sans nécessiter de sélection manuelle de la tension d’entrée.

Rendement élevé et PFC actif

Le rendement a un effet direct sur la quantité de chaleur dissipée à l’intérieur de l’armoire électrique. Plus le rendement est élevé, plus la proportion de puissance d’entrée convertie en puissance DC utile est importante et plus les pertes thermiques sont faibles.

Certains modèles TPS atteignent un rendement supérieur à 90 %. Dans les armoires soumises à des contraintes thermiques importantes, une réduction des pertes peut simplifier la gestion thermique et limiter la charge thermique supplémentaire imposée aux composants voisins.

Les modèles de puissance supérieure peuvent également intégrer une correction active du facteur de puissance (Power Factor Correction, PFC). Lorsqu’elle est présente, la PFC améliore le facteur de puissance côté entrée et peut contribuer au respect des exigences relatives aux courants harmoniques, par exemple celles de la norme EN 61000-3-2.

Faible ondulation et faible bruit

L’ondulation et le bruit sont particulièrement importants lorsqu’une alimentation sur rail DIN pour capteurs, instruments de mesure, modules d’E/S analogiques ou autres équipements électroniques sensibles est nécessaire. Un niveau excessif de perturbations de commutation sur l’alimentation DC peut affecter la qualité des mesures ou perturber des signaux analogiques et numériques de faible niveau.

Certains modèles TPS spécifient une ondulation et un bruit inférieurs à 100 mV p-p. La valeur admissible pour une application donnée doit être déterminée en fonction de la sensibilité des équipements raccordés, du cheminement des câbles, du concept de mise à la terre et de masse ainsi que de la conception CEM globale du système.

Temps de maintien

Le temps de maintien (Hold-up Time) indique pendant combien de temps la sortie reste dans sa plage de fonctionnement spécifiée après une interruption de la tension d’entrée AC. Ce paramètre peut être important pour les automates, contrôleurs et autres charges électroniques exposés à de brèves interruptions du réseau.

Certains modèles offrent un temps de maintien d’au moins 20 ms à pleine charge. Selon l’application et les exigences du contrôleur raccordé, cette durée peut contribuer à franchir de très courtes interruptions de la tension d’entrée. Il convient néanmoins de vérifier que le temps de maintien disponible satisfait aux exigences minimales d’alimentation DC des équipements connectés.

3. Intégration mécanique : rail DIN 35 mm, chocs et vibrations

L’intégration mécanique influence le temps de montage, la maintenance et le fonctionnement à long terme. Les alimentations TPS sur rail DIN sont conçues pour être montées sur des rails DIN standard de 35 mm, notamment les profils TS35/7,5 et TS35/15 selon le modèle.

Le mécanisme de fixation doit assurer un maintien fiable tout en permettant une installation et un remplacement pratiques lors du câblage ou des opérations de maintenance. L’accessibilité des bornes constitue également un critère important, en particulier lorsque des conducteurs de section importante ou un câblage dense sont utilisés.

Les chocs et vibrations mécaniques peuvent également être déterminants dans certaines machines industrielles. Les machines CNC, presses, équipements mobiles ou systèmes automatisés de manutention peuvent soumettre les composants installés dans l’armoire à des sollicitations mécaniques répétées.

Lorsque des niveaux élevés de chocs ou de vibrations sont attendus, les caractéristiques environnementales spécifiées pour l’alimentation doivent être comparées aux conditions réelles de l’installation. La fixation interne des composants, la conception du circuit imprimé, la construction mécanique et le mode de montage peuvent tous influencer la résistance mécanique de l’ensemble.

Pour plus d’informations sur le câblage et l’installation, consultez notre guide d’installation et de câblage des alimentations sur rail DIN.

4. Applications : des capteurs à l’automatisation des machines

Le 24 V DC est largement utilisé dans l’automatisation industrielle. Les différents types de charges imposent cependant des exigences différentes à l’alimentation. Le choix doit donc prendre en compte à la fois la consommation en régime permanent et le comportement dynamique de la charge.

Automatisation des machines et charges inductives

Les systèmes de commande de machines peuvent comprendre des automates, des IHM, des relais, des électrovannes, des vannes, des contacteurs et des moteurs DC. Certains de ces équipements peuvent nécessiter, lors de la commutation ou du démarrage, un courant sensiblement supérieur à celui consommé en régime permanent.

Pour les applications comportant des pointes de charge de courte durée, une alimentation disposant d’une fonction Power Boost ou d’une réserve de puissance appropriée peut être pertinente. Des modèles tels que la série TPS100 DR-Plus peuvent fournir temporairement une puissance de sortie supérieure à leur puissance nominale continue, selon le modèle et les conditions de fonctionnement.

Cette réserve peut permettre d’alimenter des charges présentant des pointes de courant temporaires sans dimensionner l’alimentation uniquement sur la base d’un courant de démarrage de courte durée. L’amplitude et la durée du courant de pointe, sa fréquence de répétition, la température ambiante et le comportement des protections doivent néanmoins être vérifiés dans la fiche technique du modèle concerné.

Capteurs et instrumentation

Pour les capteurs, les équipements de mesure analogiques et les systèmes d’E/S déportés, la stabilité de la tension ainsi que l’ondulation et le bruit peuvent être plus importants qu’une capacité de surcharge de courte durée.

Une tension de sortie réglable peut également être utile lorsque la résistance des câbles entraîne une chute de tension significative entre l’alimentation et la charge. Le réglage doit rester dans la plage spécifiée de l’alimentation ainsi que dans la plage de tension d’entrée admissible de tous les équipements raccordés.

5. Conformité et fonctions de protection

La conformité d’une alimentation doit être évaluée au niveau du modèle, car les normes applicables et les homologations peuvent varier au sein d’une même famille de produits. Pour les équipements destinés aux marchés internationaux, les équipes d’ingénierie et d’achats techniques doivent vérifier les documents requis en matière de sécurité, de CEM et d’accès au marché avant de spécifier une référence donnée.

Les alimentations TPS sur rail DIN sont disponibles avec marquage CE et avec des homologations de sécurité spécifiques selon le modèle. Lorsque UL 60950-1, IEC/EN/UL 62368-1 ou une autre norme est requise pour un projet, il convient de vérifier l’homologation correspondante et l’édition applicable de la norme pour la référence concernée, plutôt que de les supposer valables pour l’ensemble de la gamme.

Les fonctions de protection jouent également un rôle important dans la coordination de l’alimentation avec les charges et dispositifs de protection situés en aval. Selon le modèle, elles peuvent notamment comprendre :

• Protection contre les surtensions (OVP) : limite ou interrompt la sortie lorsqu’un défaut interne entraîne un dépassement du seuil de tension spécifié.
• Protection contre les surintensités (OCP) : limite la sortie lorsque le courant de charge dépasse la plage de fonctionnement admissible.
• Protection contre les courts-circuits (SCP) : définit un comportement contrôlé en présence d’un court-circuit en sortie. Le mode de rétablissement peut varier selon le modèle.
• Protection contre les surtempératures (OTP) : disponible sur les modèles concernés afin de protéger l’alimentation lorsque la température interne dépasse la limite spécifiée.

Les seuils de déclenchement et le comportement de rétablissement des protections doivent être vérifiés dans la fiche technique correspondante. Cette vérification est particulièrement importante lorsque l’alimentation doit être coordonnée avec des protections électroniques, des fusibles ou des modules de distribution sélective.

Pour des informations générales sur les normes électrotechniques internationales, consultez l’International Electrotechnical Commission (IEC).

6. Guide de sélection : variantes 12 V et 24 V

Le choix d’une alimentation sur rail DIN nécessite de prendre en compte la charge continue, les pointes de consommation, les conditions environnementales, l’espace de montage disponible et les éventuelles extensions futures.

Un surdimensionnement excessif peut augmenter inutilement le coût et l’encombrement. À l’inverse, une alimentation dimensionnée trop juste peut fonctionner en permanence à proximité de sa limite et ne pas offrir une marge suffisante pour les charges transitoires ou de futures extensions du système.

Série 24 V DC

La gamme 24 V DC couvre les besoins courants des applications industrielles de commande et d’automatisation :

• TPS010-GP24V (10 W) : alimentation compacte pour charges 24 V DC de faible puissance.
• TPS030-GP24V (30 W) : adaptée aux petits circuits de commande et aux applications d’automatisation distribuée. Voir également la série TPS030 Pro.
• TPS060-GP24V (60 W) : destinée aux charges de commande et d’automatisation de puissance intermédiaire.
• TPS100-GP24V (100 W) et TPS100-DR1S24A : variantes destinées aux systèmes présentant des besoins de puissance 24 V DC plus élevés.

Série 12 V DC

Pour les systèmes utilisant un bus d’alimentation 12 V DC, les variantes suivantes sont disponibles :

• TPS010-GP12V (10 W)
• TPS030-GP12V (30 W)
• TPS060-GP12V (60 W)
• TPS100-GP12V (100 W)
• TPS100-DR1S12A
• TPS150-DR1S12A (150 W) : variante de puissance supérieure pour les applications 12 V DC.

Avant de sélectionner un modèle, les caractéristiques électriques, thermiques, mécaniques et environnementales détaillées ainsi que les homologations requises doivent être comparées aux exigences de l’application.

7. Checklist pour les demandes de prix et les achats

Une demande techniquement complète facilite l’identification d’une alimentation industrielle sur rail DIN adaptée et permet de comparer différentes solutions sur une base cohérente.

Lorsque cela est pertinent pour l’application, les informations suivantes doivent être précisées :

• Tension et courant nominaux de sortie : par exemple 24 V DC sous 5 A.
• Charge continue et charge de pointe : indiquer la consommation en régime permanent ainsi que les besoins en courant au démarrage ou lors de transitoires.
• Type de charge : préciser la présence de moteurs, électrovannes, contacteurs, charges capacitives, automates, capteurs ou autres équipements présentant un comportement dynamique particulier.
• Plage de tension d’entrée : indiquer la plage d’entrée AC ou DC disponible ainsi que, le cas échéant, la fréquence du réseau.
• Espace disponible sur le rail DIN : préciser la largeur maximale admissible de l’appareil et les dégagements nécessaires à l’installation.
• Conditions environnementales : indiquer, si nécessaire, la température de fonctionnement, l’altitude, l’humidité ainsi que les exigences en matière de chocs et de vibrations.
• Conditions thermiques : signaler une ventilation limitée, une température élevée dans l’armoire ou d’autres conditions susceptibles d’imposer un déclassement.
• Comportement de protection requis : prendre en compte OCP, SCP, OVP et OTP ainsi que leur coordination avec les dispositifs de protection situés en aval.
• Homologations et normes requises : préciser selon le projet les exigences CE, UL, CB ou les homologations spécifiques aux applications ferroviaires ou maritimes.
• Quantités et exigences de livraison : indiquer les volumes prévisionnels, la date de livraison souhaitée et les éventuelles exigences d’approvisionnement propres au projet.

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8. FAQ