Guide complet des limiteurs de courant d’appel : technologies, sélection et solutions sur rail DIN

Points clés

• Le courant d’appel, également appelé courant de démarrage, peut dépasser nettement le courant en régime établi et solliciter les dispositifs de protection ainsi que certains composants.
• Les limiteurs à thermistance NTC sont simples à mettre en œuvre, mais peuvent entraîner un temps de refroidissement entre deux mises sous tension et une dissipation continue en fonctionnement.
• Les conceptions avec relais de dérivation intégré permettent de réduire les pertes en régime établi et d’améliorer le comportement lors d’un redémarrage.
• Les modules sur rail DIN (TS35) offrent une approche structurée pour l’intégration dans les armoires électriques et les systèmes de distribution.
• Le choix d’un limiteur dépend notamment du type de charge, du courant nominal, du mode de commutation et des conditions d’environnement.

1. Comprendre le courant d’appel

Découvrez la série TPS-ICL-3P de limiteurs de courant d’appel pour entrées triphasées 400 V AC, disponibles en 12 A, 16 A et 25 A, adaptés aux onduleurs photovoltaïques et aux armoires de commande industrielles.

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TPS-ICL-3P-12A

Limiteur de courant d’appel triphasé, 12 A. Adapté aux onduleurs photovoltaïques triphasés de petite puissance et aux armoires de commande industrielles compactes.

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TPS-ICL-3P-16A

Limiteur de courant d’appel triphasé, 16 A. Adapté à la protection des moteurs, transformateurs et autres charges inductives ou capacitives triphasées lors de la mise sous tension.

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TPS-ICL-3P-25A

Limiteur de courant d’appel triphasé, 25 A. Conçu pour des onduleurs photovoltaïques d’environ 10 à 30 kW et des applications industrielles nécessitant des courants plus élevés.

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Le courant d’appel correspond au courant initial élevé absorbé lors de la mise sous tension d’un équipement électrique. Ce phénomène apparaît généralement parce que la charge présente une faible impédance au démarrage.

Exemples courants :

• les condensateurs se comportent initialement comme des quasi-courts-circuits ;
• les transformateurs peuvent connaître une saturation du noyau ;
• les moteurs ne disposent pas encore de force contre-électromotrice (back EMF) à l’arrêt.

Il en résulte des pointes de courant qui peuvent durer de quelques microsecondes à plusieurs centaines de millisecondes.

1.1 Contexte physique

L’amplitude du courant d’appel dépend notamment de :

• l’instant de commutation sur la forme d’onde AC ;
• le magnétisme résiduel dans les composants inductifs ;
• l’impédance totale du circuit.

Pour les charges capacitives, la relation peut être approchée par :

I = C · dV/dt

Cela explique pourquoi des variations rapides de tension peuvent générer des pics de courant élevés.

2. Effets d’un courant d’appel non maîtrisé

Un courant d’appel non limité peut entraîner :

• des déclenchements intempestifs de disjoncteurs ;
• l’ouverture de fusibles au démarrage ;
• une sollicitation accrue des redresseurs et des condensateurs ;
• une usure des contacts dans les relais et les contacteurs.

Des creux de tension peuvent également perturber d’autres équipements connectés.

Pour ces raisons, la limitation du courant d’appel est souvent prise en compte dès la conception, en particulier dans les environnements industriels.

3. Technologies de limitation du courant d’appel

Différentes technologies existent selon les exigences de l’application.

3.1 Thermistances NTC

Les thermistances NTC (Negative Temperature Coefficient) sont largement utilisées.

Principe de fonctionnement :

• résistance élevée à froid, ce qui limite le courant initial ;
• diminution de la résistance lorsque la température augmente, ce qui permet le fonctionnement normal.

Avantages :

• mise en œuvre simple ;
• composant passif ;
• solution économiquement accessible.

Limites :

• nécessité d’un temps de refroidissement avant une nouvelle mise sous tension ;
• dissipation continue en fonctionnement.

3.2 Limiteurs avec relais de dérivation

Pour réduire ces limites, certaines conceptions intègrent un relais de dérivation.

Fonctionnement type :

• au démarrage, le courant traverse un élément de limitation ;
• après un court délai, un relais shunte cet élément ;
• en régime établi, le courant circule dans un chemin à faible résistance.

Intérêts :

• réduction des pertes en régime établi ;
• meilleure aptitude aux redémarrages.

Cette approche est souvent retenue lorsque la fréquence de commutation est élevée ou lorsque l’optimisation énergétique fait partie des critères du projet.

3.3 Limitation du courant de défaut

Les limiteurs de courant de défaut sont conçus pour réagir à des conditions anormales telles que les courts-circuits.

Exemples :

• limiteurs à semi-conducteurs dans des systèmes d’électronique de puissance ;
• solutions spécialisées dans les réseaux de distribution.

Dans de nombreuses applications industrielles, un limiteur dédié au courant d’appel reste toutefois suffisant.

3.4 Symboles et schémas

Les représentations schématiques usuelles incluent :

• une thermistance NTC représentée par une résistance avec marquage lié à la température ;
• un limiteur actif représenté par un bloc fonctionnel ou un symbole de commande de courant ;
• une conception avec relais de dérivation représentée par une thermistance avec contact en parallèle.

4. Limiteurs de courant d’appel montés sur rail DIN

Les modules sur rail DIN (TS35) apportent une approche modulaire pour l’installation dans les armoires de commande et les systèmes de distribution.

Caractéristiques typiques :

• montage sur rail DIN standard de 35 mm ;
• boîtier compact ;
• raccordement par bornes à vis ;
• intégration dans des architectures d’armoire existantes.

Avantages pratiques :

• installation simplifiée ;
• conception évolutive du système ;
• câblage plus structuré.

La plupart des modules sont prévus pour une installation à l’intérieur d’une enveloppe, avec un indice de protection IP20 et un refroidissement par convection naturelle.

5. Paramètres clés de performance

Lors de la sélection d’un limiteur, plusieurs paramètres doivent être évalués.

5.1 Limitation du courant de crête

Ce paramètre définit le courant d’appel maximal autorisé pendant une durée donnée. Les valeurs typiques dépendent du dispositif et de l’application.

5.2 Intervalle de répétition

Il indique la rapidité avec laquelle le dispositif peut gérer un nouveau cycle de mise sous tension.

• solutions NTC seules : temps de récupération généralement plus long ;
• solutions avec relais : intervalles plus courts possibles.

5.3 Conditions d’environnement

Vérifier notamment :

• la plage de température de fonctionnement ;
• les limites d’humidité ;
• l’altitude d’installation.

5.4 Conformité et normes

Selon l’application, les références pertinentes peuvent inclure :

• EN 62368-1 ;
• la série EN 61000 (EMC).

La conformité dépend du produit considéré et de la documentation fournie par le fabricant.

6. Domaines d’application typiques

6.1 Équipements industriels

• moteurs ;
• convoyeurs ;
• compresseurs.

6.2 Systèmes HVAC

• compresseurs ;
• électronique de commande.

6.3 Systèmes d’éclairage

• drivers LED ;
• ballasts électroniques.

6.4 Systèmes UPS

• redémarrage contrôlé des charges en aval.

6.5 Variateurs de fréquence (VFD)

• charge des condensateurs du bus DC.

6.6 Distribution d’énergie

• protection centralisée dans les tableaux et infrastructures.

7. Critères de sélection

7.1 Définir les paramètres électriques

• courant en régime établi (RMS) ;
• pic de courant d’appel attendu ;
• tension et fréquence d’alimentation.

7.2 Prendre en compte le type de charge

• charge capacitive ;
• charge inductive ;
• charge mixte.

7.3 Évaluer les conditions de fonctionnement

• température ;
• fréquence de commutation ;
• espace disponible pour l’installation.

7.4 Choisir la technologie adaptée

• NTC : solution simple et économique ;
• solution à relais : pertes réduites en régime établi et redémarrage facilité.

8. Recommandations d’installation

• Couper l’alimentation avant toute intervention.
• Utiliser des outils appropriés et une isolation adaptée.
• Respecter l’orientation de montage prescrite.
• Prévoir une ventilation suffisante.
• Suivre les sections de conducteurs et les couples de serrage spécifiés.

Les modules sur rail DIN sont généralement destinés à un usage en intérieur, à l’intérieur d’une enveloppe adaptée.

9. FAQ

Q : Le courant d’appel est-il identique au courant de démarrage ?
Oui. Les deux termes sont généralement utilisés de manière interchangeable.

Q : Une thermistance NTC peut-elle être utilisée seule ?
Oui, selon la fréquence de commutation et les conditions thermiques de l’application.

Q : Les limiteurs sur rail DIN conviennent-ils aux systèmes triphasés ?
Il convient d’utiliser des versions triphasées dédiées lorsque cela est nécessaire.

Q : Qu’est-ce qu’un limiteur à large plage de tension ?
Il s’agit d’un dispositif conçu pour accepter une plage de tension d’entrée plus étendue, par exemple pour des applications internationales.

10. Perspectives

Les évolutions de l’électronique de puissance, notamment les semi-conducteurs à large bande interdite et les commandes numériques, influencent les concepts de limitation du courant. Néanmoins, les solutions éprouvées, telles que les limiteurs à relais et les composants passifs, restent largement utilisées dans les applications industrielles.

11. Conclusion

Le courant d’appel est un phénomène courant dans les systèmes électriques. Avec une conception appropriée et un choix cohérent des composants, son impact peut être maîtrisé de manière efficace.

La sélection d’un limiteur de courant d’appel adapté suppose de :

• comprendre le comportement de la charge ;
• ajuster les paramètres électriques ;
• tenir compte des conditions d’exploitation et de l’environnement.

Il convient de se référer à la documentation du fabricant pour vérifier l’adéquation à l’application et la conformité aux exigences du projet.