Les intégrateurs de systèmes, tableautiers, équipes achats et ingénieurs électriciens rencontrent souvent des difficultés non pas en régime permanent, mais au moment de la mise sous tension. Les disjoncteurs peuvent déclencher lors de l’enclenchement initial, les dispositifs de protection peuvent nécessiter un surdimensionnement, les circuits comportant des transformateurs peuvent présenter des courants de magnétisation élevés, et plusieurs alimentations peuvent absorber simultanément leur courant d’entrée de crête.
Le TPS AC Inrush Current Limiter est conçu pour maîtriser ces conditions de démarrage dans les armoires électriques. Ces appareils montés sur rail DIN associent une limitation contrôlée du courant d’appel à un relais de bypass intégré et sont disponibles en classes de courant de 12 A, 16 A et 25 A.
1. Pourquoi limiter le courant d’appel AC dans une armoire électrique
Dans de nombreuses armoires industrielles, le courant en régime permanent n’est pas la principale difficulté pour le dimensionnement des protections d’un circuit. La phase critique se situe souvent dans les premières millisecondes suivant la mise sous tension.
Lors de l’enclenchement, les condensateurs de forte capacité se chargent, les transformateurs peuvent absorber un courant de magnétisation élevé, et plusieurs équipements en aval peuvent simultanément solliciter un courant secteur important. Un circuit qui paraît correctement dimensionné sur la seule base du courant nominal peut ainsi provoquer des déclenchements intempestifs ou nécessiter une marge supplémentaire au niveau des protections lors de la mise en service.
Pour les intégrateurs de systèmes et les tableautiers, le comportement au démarrage intervient dans plusieurs aspects de la conception électrique :
- protection et coordination du circuit ;
- câblage de l’armoire et dimensionnement des conducteurs ;
- regroupement des équipements sur une alimentation commune ;
- comportement au démarrage lors de la mise en service ;
- fonctionnement après des cycles de mise hors tension et de remise sous tension.
Les équipes achats en constatent les conséquences lorsque des courants d’appel élevés imposent des dispositifs de protection de calibre supérieur, des circuits supplémentaires ou d’autres modifications de l’architecture initiale de l’armoire.
Un limiteur de courant d’appel AC peut contribuer à maîtriser ces pointes de courant de courte durée et permettre de dimensionner les protections et le câblage sur la base d’un profil de démarrage plus prévisible. La coordination finale doit néanmoins être vérifiée au niveau du système complet.
Cette approche peut notamment être pertinente lorsque plusieurs alimentations sur rail DIN, telles que les TPS010-100W GP Series, TPS030-130W Pro Series ou TPS100-320W Peak DR Plus, sont mises sous tension à partir du même départ.
2. Présentation de la gamme TPS : limitation du courant d’appel sur rail DIN pour systèmes 230 V AC et 400 V AC
La gamme TPS AC Inrush Current Limiter est conçue pour un montage sur rail DIN et est disponible en classes de courant de 12 A, 16 A et 25 A.
Pour les applications monophasées, les modèles disponibles comprennent :
La gamme étendue comprend également des variantes de commande triphasées 400 V AC, ce qui permet aux équipes d’ingénierie d’envisager une approche commune de la limitation du courant d’appel pour différentes architectures d’armoires électriques.
Les principales caractéristiques documentées comprennent :
- montage sur rail DIN ;
- relais de bypass intégré ;
- limitation du courant de crête à 45 A ;
- durée de limitation de 100–500 ms ;
- indice de protection IP20 ;
- refroidissement par convection ;
- température de fonctionnement de −40 °C à +70 °C ;
- MTBF de 300 000 h.
Ces paramètres concernent à la fois le comportement électrique au démarrage et l’intégration pratique dans l’armoire. Ils doivent donc être considérés conjointement lors de la sélection du modèle approprié.
3. Relais de bypass intégré ou simple limitation par NTC
L’une des principales caractéristiques de conception de la gamme TPS est son relais de bypass intégré. Son principe de fonctionnement se distingue ainsi des circuits simples de limitation du courant d’appel reposant uniquement sur une thermistance NTC.
Les thermistances NTC peuvent assurer une limitation efficace du courant d’appel dans les applications appropriées, mais leur résistance dépend fortement de leur température. Après fonctionnement, une thermistance peut rester chaude et présenter une résistance plus faible lors d’un redémarrage ultérieur. Ce comportement doit être pris en compte dans les applications soumises à des cycles de mise sous tension fréquents ou rapprochés.
Dans une architecture avec relais de bypass, l’élément de limitation intervient pendant la phase de démarrage, puis est contourné en fonctionnement normal. Cette approche peut notamment être pertinente pour :
- les applications avec commutations répétées ;
- la réduction de la sollicitation thermique continue de l’élément de limitation ;
- un comportement au démarrage plus prévisible d’un cycle de fonctionnement à l’autre ;
- la séparation entre la fonction de limitation au démarrage et la conduction en régime permanent.
Le choix de l’architecture dépend de l’application. Dans les systèmes industriels où la répétabilité du comportement au démarrage constitue un paramètre de conception important, un limiteur assisté par relais peut présenter des avantages par rapport à un circuit reposant uniquement sur une NTC.
Cela peut notamment être pertinent lorsque plusieurs alimentations AC/DC partagent le même départ, par exemple dans des systèmes utilisant les TPS010-100W GP Series ou TPS030-130W Pro Series.
4. Applications : charges capacitives, inductives et transformateurs
Le limiteur TPS est spécifié pour les charges capacitives, les charges inductives et les transformateurs d’isolement. Ces types de charges peuvent générer au démarrage des courants nettement supérieurs à leur courant de fonctionnement normal.
4.1 Charges capacitives
De nombreux systèmes d’électronique de puissance présentent une capacité d’entrée importante. À la mise sous tension, les condensateurs de forte capacité initialement déchargés peuvent présenter une faible impédance et provoquer une impulsion de courant brève mais importante.
Ce comportement est courant avec les alimentations sur rail DIN, les alimentations pour PC industriels, les blocs ATX et les alimentations open frame. Lorsque plusieurs équipements sont raccordés au même circuit et mis sous tension simultanément, le cumul de leurs courants d’appel peut devenir un paramètre important pour la coordination des disjoncteurs et des fusibles.
Parmi les alimentations susceptibles d’être intégrées dans ce type d’architecture figurent notamment les FSP300-70PFL-SK, FSP700-80PSA-SK, FSP500-50FDB et TPS-GSH180S.
4.2 Charges inductives
Les charges inductives présentent un comportement différent au démarrage. Le courant de magnétisation, la phase du réseau au moment de la commutation, le flux magnétique résiduel et la topologie du circuit peuvent provoquer des pointes de courant qui ne ressortent pas d’un calcul fondé uniquement sur le courant nominal de fonctionnement.
La limitation du courant initial peut donc contribuer à rendre le comportement à l’enclenchement de ces circuits plus prévisible.
4.3 Transformateurs d’isolement
Les transformateurs constituent une source courante de courants d’appel élevés. Selon le point de la forme d’onde AC auquel intervient la mise sous tension et l’état magnétique du noyau, le courant de magnétisation initial peut largement dépasser le courant de fonctionnement normal du transformateur.
Un limiteur de courant d’appel correctement sélectionné peut contribuer à maîtriser ce phénomène lors de la première mise en service, des commutations courantes, des opérations de maintenance ou d’un redémarrage après une coupure d’alimentation.
La documentation TPS mentionne également la possibilité d’utiliser des disjoncteurs plus petits et plus rapides ainsi qu’une éventuelle réduction de la section des conducteurs. Ces possibilités dépendent de la conception complète du circuit et ne remplacent pas les calculs système relatifs au dimensionnement des conducteurs, à la protection contre les surcharges et les courts-circuits ou à la coordination des dispositifs de protection.
5. Comment choisir entre 12 A, 16 A et 25 A
La sélection doit commencer par le courant permanent du circuit, puis prendre en compte le type et le nombre de charges en aval ainsi que leur comportement lors d’une mise sous tension simultanée.
5.1 TPS-ESB-01-12A
Le TPS-ESB-01-12A peut convenir à des circuits monophasés compacts présentant un courant permanent modéré mais des pointes importantes au démarrage, notamment pour des groupes d’alimentations sur rail DIN, des armoires de commande de petite taille, des circuits d’alimentation pour PC industriels ou des circuits auxiliaires alimentés par transformateur.
5.2 TPS-ESB-01-16A
Le TPS-ESB-01-16A offre une classe de courant permanent supérieure pour les circuits monophasés lorsque 12 A ne suffisent pas.
La sélection doit être fondée sur le courant réel du départ et le profil de démarrage, plutôt que de considérer systématiquement le modèle 16 A comme une solution par défaut.
5.3 TPS-ESB-01-25A
Le TPS-ESB-01-25A est destiné aux circuits présentant un courant permanent plus élevé et peut être adapté lorsque plusieurs charges capacitives, des charges à transformateur ou un nombre plus important d’équipements en aval partagent le même segment d’entrée.
Le seul courant nominal ne suffit pas pour sélectionner le modèle. Les équipes d’ingénierie doivent également examiner les points suivants :
- Combien d’équipements en aval sont mis sous tension simultanément ?
- Quel est le comportement en courant d’appel de chaque équipement ?
- Le circuit comporte-t-il des capacités d’entrée importantes ?
- Des transformateurs sont-ils présents sur le circuit ?
- Quelles caractéristiques sont requises pour le disjoncteur ou le fusible en amont ?
- À quelle fréquence l’armoire est-elle mise hors tension puis remise sous tension ?
Ces paramètres constituent une base de sélection plus pertinente que le seul courant nominal indiqué sur les plaques signalétiques.
6. Installation, protection et conception de l’armoire électrique
Le limiteur TPS est conçu pour un montage sur rails DIN TS 35/7,5 ou TS 35/15, dans l’orientation de montage spécifiée.
La gamme utilise des bornes à vis pour des conducteurs AWG 13–11 et repose sur un refroidissement par convection. Ses dimensions approximatives sont les suivantes :
- Largeur : 22,5 mm
- Hauteur : 100 mm
- Profondeur : 112 mm
La largeur réduite de 22,5 mm peut faciliter l’intégration à proximité des dispositifs de protection du départ ou d’autres équipements de conversion de puissance lorsque l’espace disponible sur le rail DIN est limité.
Un limiteur de courant d’appel ne remplace pas le dimensionnement approprié des fusibles, disjoncteurs, conducteurs ou dispositifs de protection contre les courts-circuits. Sa fonction consiste à limiter la pointe de courant au démarrage, ce qui peut contribuer à une coordination plus adaptée des protections en amont.
Deux points sont particulièrement importants lors de la conception de l’armoire :
- Le limiteur doit être sélectionné dans le cadre de l’architecture complète du circuit, plutôt que d’être ajouté uniquement après l’apparition de déclenchements intempestifs.
- Le regroupement des charges en aval et leur mise sous tension simultanée doivent être documentés, en particulier lorsque plusieurs alimentations ou circuits alimentés par transformateur partagent le même départ.
Par exemple, lorsqu’un circuit alimente des équipements tels que le TPS100-320W Peak DR Plus ou le FSP350-70PFL-SK, leurs caractéristiques réelles au démarrage doivent être prises en compte dans l’évaluation du circuit.
7. Conformité, fiabilité et documentation pour les achats
Pour la qualification technique et l’approbation fournisseur, les informations relatives aux conditions environnementales, à la sécurité, à la CEM et à la fiabilité doivent être examinées conjointement avec les caractéristiques électriques.
Les spécifications documentées comprennent :
- indice de protection IP20 ;
- fréquence d’entrée de 50 Hz ;
- humidité relative jusqu’à 95 %, sans condensation ;
- altitude de fonctionnement jusqu’à 2 000 m ;
- température de fonctionnement : −40 °C à +70 °C ;
- température de stockage jusqu’à −40 °C ;
- MTBF : 300 000 h.
La documentation produit fait référence aux normes EN 60950-1, EN 61000-6-2 et EN 61000-6-3, ainsi qu’à CE et RoHS.
Dans le cadre de l’évaluation technique et des achats, ces références doivent être confrontées aux exigences de l’application finale et aux normes en vigueur applicables. La documentation au niveau du composant ne permet pas, à elle seule, d’établir la conformité de la machine, de l’armoire ou du système complet.
Pour approfondir les questions relatives aux normes et à la conformité, les équipes d’ingénierie peuvent également consulter les ressources ISO consacrées au management de la qualité, l’IEC ainsi que les informations de la Commission européenne relatives au marquage CE.
8. Informations à inclure dans une demande de prix
Une demande de prix pour un limiteur de courant d’appel AC doit décrire le circuit électrique concerné plutôt que de se limiter à indiquer une classe de courant nominal.
Les informations utiles comprennent notamment :
- la configuration de l’alimentation et la tension, notamment 230 V AC monophasé ou les exigences pertinentes de la gamme pour 400 V AC ;
- la classe de courant permanent requise : 12 A, 16 A ou 25 A ;
- le type de charges en aval : capacitives, inductives, à transformateur ou mixtes ;
- le nombre d’alimentations ou de transformateurs mis sous tension simultanément ;
- les données disponibles concernant le courant d’appel des équipements en aval ;
- le type et le calibre du fusible ou du disjoncteur en amont ;
- la température ambiante et la ventilation de l’armoire ;
- l’espace disponible sur le rail DIN ;
- la fréquence prévue des cycles de mise sous tension et hors tension.
Ces informations permettent d’évaluer le limiteur comme un élément de l’architecture globale de démarrage et de protection, plutôt que comme un composant isolé.
Lorsque la classe de courant requise est déjà déterminée, les modèles monophasés disponibles sont :
FAQ
À quoi sert un limiteur de courant d’appel AC ?
Un limiteur de courant d’appel AC maîtrise la pointe de courant de courte durée susceptible de se produire lors de la charge de condensateurs, de la mise sous tension de transformateurs ou du démarrage simultané de plusieurs équipements alimentés en AC. Dans les armoires industrielles, cette limitation peut contribuer à réduire les déclenchements intempestifs et à rendre le comportement au démarrage plus prévisible.
Pourquoi utiliser un limiteur avec relais de bypass plutôt qu’une simple NTC ?
Une thermistance NTC peut convenir à certaines applications, mais sa résistance dépend de sa température. Si la NTC reste chaude après fonctionnement, sa capacité à limiter le courant lors d’un redémarrage rapide peut différer de celle observée lors d’un démarrage à froid.
Un limiteur doté d’un relais de bypass intégré assure la fonction de limitation pendant le démarrage, puis contourne l’élément de limitation en fonctionnement normal. Cette architecture peut être pertinente lorsque la répétabilité du comportement au démarrage et la sollicitation thermique continue constituent des paramètres de conception importants.
Comment choisir entre 12 A, 16 A et 25 A ?
Il convient de commencer par le courant permanent du circuit, puis d’évaluer la nature des charges en aval, leur démarrage simultané, la présence éventuelle de transformateurs, les données disponibles concernant le courant d’appel et les protections en amont.
Le limiteur ne doit pas être sélectionné uniquement à partir des courants nominaux des équipements raccordés.
Un limiteur de courant d’appel peut-il faciliter la coordination des disjoncteurs et des fusibles ?
La limitation du courant au démarrage peut contribuer à réduire les déclenchements intempestifs des dispositifs de protection en amont et à faciliter une coordination plus appropriée des disjoncteurs ou des fusibles. Le concept de protection final doit néanmoins être validé pour l’ensemble du système électrique.
Quelles applications peuvent bénéficier d’une limitation du courant d’appel AC ?
Les applications typiques comprennent les charges capacitives, les charges inductives, les transformateurs d’isolement, les groupes d’alimentations sur rail DIN et les systèmes d’alimentation pour PC industriels, ainsi que d’autres circuits d’armoire dans lesquels le courant au démarrage est élevé par rapport au courant de fonctionnement normal.
