Un relais est un interrupteur à commande électrique utilisé pour contrôler une haute tension ou un courant élevé à l’aide d’un petit signal. Il assure l’isolation électrique entre les circuits de commande et de charge, améliorant ainsi la sécurité et la fiabilité. Les relais sont utilisés dans les systèmes d’alimentation, les machines, les véhicules et l’automatisation. Cet article explique en détail le fonctionnement des relais, leurs pièces, leurs types, leurs valeurs nominales, leurs applications, leurs défaillances et des conseils de conception.
Aperçu du Relais
Un relais est un interrupteur à commande électrique conçu pour permettre à un courant faible et de faible puissance de contrôler un courant beaucoup plus important, ce qui en fait un composant de base dans les circuits électriques et électroniques modernes. Cette capacité est requise dans les applications où le contrôle direct de dispositifs à haute tension ou à courant élevé peut présenter des risques pour la sécurité ou réduire l’efficacité. En isolant le côté commande du côté alimentation, les relais protègent les circuits sensibles de faible puissance contre les pics de tension, les surtensions et autres contraintes électriques potentiellement dommageables. Au-delà de la sécurité, les relais permettent l’automatisation, permettant aux contrôleurs, aux microcontrôleurs et aux capteurs de faire fonctionner de manière fiable des charges lourdes telles que des moteurs, des systèmes d’éclairage, des unités CVC et des machines industrielles.
Fonctions du relais
Un relais est un type d’interrupteur qui utilise l’électricité pour contrôler d’autres circuits électriques. À l’intérieur d’un relais, il y a une bobine de fil. Lorsque l’électricité circule à travers la bobine, elle crée un champ magnétique. Ce champ magnétique tire une petite pièce métallique appelée armature, qui se déplace et change la position des contacts. Les contacts sont soit fermés pour laisser passer l’électricité, soit ouverts pour arrêter l’écoulement.
Le processus se déroule par étapes :
• La bobine reçoit de l’électricité - un champ magnétique se forme.
• L’induit se déplace - les contacts s’activent ou se désactivent.
• La bobine s’éteint - un ressort ramène l’induit à sa position de départ.
Composants d’un relais
Le relais est un interrupteur électrique qui utilise un électroaimant pour fonctionner. La principale pièce inductive est la bobine et le noyau, qui génère une force magnétique lorsqu’un courant électrique crée un champ magnétique. Cet ensemble est souvent protégé par un boîtier.
Le mécanisme de commutation mécanique comprend l’armature, qui se déplace en réponse à la force magnétique et fournit une polarisation mécanique pour le fonctionnement. Un ressort fonctionne pour restaurer l’armature dans sa position d’origine lorsque le champ magnétique est supprimé ; Ce ressort est souvent fait d’un alliage d’argent pour la conductivité.
L’action de commutation électrique se produit au niveau des contacts : le contact mobile est physiquement déplacé par l’induit pour connecter ou déconnecter les circuits, tandis que les contacts fixes (NO/NF) représentent l’état normalement ouvert (NO) ou normalement fermé (NC) du relais, déterminant la connexion par défaut du circuit.
Spécifications de la bobine de relais
| Paramètre | Ce que cela signifie | Exemple (Relais 5 V) |
|---|---|---|
| Résistance de la bobine | La résistance de la bobine, calculée en divisant la tension par le courant. | R = 5V ÷ 0.07A = 71Ω |
| Puissance de la bobine | La quantité d’énergie électrique utilisée par la bobine, calculée en multipliant la tension par le courant. | P = 5 V × 0,07 A = 0,35 W |
| Tension d’enroulement | La tension à laquelle le relais commence à s’allumer. Généralement autour de 75 à 80 % de la tension nominale. | 3,8 à 4 V |
| Tension de chute | La tension en dessous de laquelle le relais s’éteint. Généralement autour de 10 à 30 % de la tension nominale. | 1 à 1,5 V |
Commutation de contact de relais
Commutation AC
Lors de la commutation de charges CA, le courant passe naturellement par zéro à chaque cycle du courant alternatif. Cela permet d’arrêter les arcs électriques qui peuvent se former lorsque les contacts s’ouvrent, ce qui facilite la commutation AC et réduit les dommages aux contacts du relais.
Commutation CC
DC est constant et ne passe pas par zéro. Cela rend plus probable la formation d’un arc lorsque les contacts s’ouvrent. Ces arcs peuvent endommager ou souder les contacts, il faut donc faire particulièrement attention lors de l’utilisation de relais avec des charges CC.
Méthodes pour prévenir la formation d’arcs électriques
• Diodes flyback : Couramment utilisées pour les charges CC afin de rediriger le courant en toute sécurité.
• Amortisseurs RC : Utilisés à la fois pour AC et DC pour limiter les pics de tension.
• Varistors à oxyde métallique (MOV) : Suppriment les transitoires à haute tension et protègent les contacts.
Types de relais courants et leurs applications
| Type de relais | Avantages | Applications typiques |
|---|---|---|
| Relais électromécanique (EMR) | Économique, fournit une isolation électrique claire entre les circuits de commande et de charge | Utilisé dans les commandes industrielles, les appareils électroménagers et les systèmes automobiles |
| Relais Reed | Vitesse de commutation rapide, taille compacte, scellé pour la protection et adapté aux signaux à faible courant | Couramment utilisé dans les appareils de communication, les instruments de test et les systèmes de routage de signaux |
| Relais statique (SSR) | Pas de pièces mobiles, fonctionnement silencieux, vitesse de commutation élevée et longue durée de vie | Idéal pour l’automatisation, les systèmes de chauffage et les applications nécessitant des changements fréquents |
| Relais de verrouillage | Maintient sa position même après la coupure de courant, économe en énergie | Utilisé dans les circuits de mémoire, les systèmes alimentés par batterie et les télécommandes |
Qu’est-ce qui est le mieux ?
Chaque type de relais est le mieux adapté à des situations spécifiques, en fonction des exigences du circuit. Les relais électromécaniques sont simples et abordables, ce qui les rend utiles pour de nombreux systèmes de contrôle de base. Les relais Reed sont meilleurs lorsqu’une réponse rapide et un fonctionnement à faible courant sont nécessaires, car ils commutent rapidement et sont scellés pour la protection.
Les relais statiques sont connus pour leurs performances silencieuses et efficaces car ils n’ont pas de pièces mobiles, ce qui les rend adaptés aux circuits qui nécessitent des commutations fréquentes. Les relais de verrouillage permettent d’économiser de l’énergie car ils peuvent rester dans une position sans utiliser d’alimentation continue.
Défaillances des relais et leurs solutions
| Défaillance fréquente | Cause | Réparation / Mesure préventive |
|---|---|---|
| Piqûre de contact ou soudage | Se produit lorsqu’un courant excessif ou un arc électrique endommage les contacts du relais | Utilisez des contacts conçus pour la charge correcte et incluez des dispositifs de suppression d’arc tels que des circuits d’amortissement |
| Combustion de la bobine | Se produit lorsque la bobine est exposée à une tension plus élevée ou à une surintensité continue | Fonctionne dans la tension nominale de la bobine et utilise des composants de protection pour limiter les surtensions |
| Contacter Bounce ou Chatter | Résultats dus à des vibrations, à un mauvais montage ou à une faible force magnétique de la bobine | Assurez-vous d’un montage de relais solide, d’une tension d’entraînement de bobine appropriée et d’une conception de relais de qualité |
| Oxydation ou corrosion | Causé par l’humidité, la poussière ou l’exposition à des environnements difficiles | Utilisation de relais scellés ou de relais avec contacts plaqués or pour les signaux à faible courant |
Différentes applications des relais
• Phares et phares antibrouillard
• Contrôle du démarreur
• Démarreurs de moteur
• Contrôle de la bande transporteuse
• Contrôle intelligent de l’éclairage
• Commutation d’appareils
• Protection contre les surintensités
• Protection contre les défauts à la terre
• Commutation de ligne
• Routage du signal
• Circuits de protection des haut-parleurs
• Réfrigérateurs (relais du compresseur)
• Machines à laver
En conclusion
Les relais sont essentiels pour un contrôle sûr et fiable des circuits électriques. Leur capacité à isoler les signaux, à gérer différentes charges et à prendre en charge l’automatisation les rend utiles dans de nombreux systèmes. Avec une sélection correcte, un câblage approprié et de bonnes pratiques de conception, les relais offrent une longue durée de vie et des performances stables. Comprendre leur fonctionnement et leurs spécifications est nécessaire pour construire des circuits sûrs et efficaces.
Foire aux questions [FAQ]
Question 1. Qu’est-ce que le matériau de contact du relais ?
C’est le métal utilisé sur les contacts de relais, comme l’argent, l’or ou le tungstène. Il affecte la conductivité, la résistance aux arcs électriques et la vie de contact.
Question 2. Qu’est-ce que l’hystérésis relais ?
C’est la différence entre la tension qui allume le relais (pull-in) et la tension qui le désactive (drop-out). Il empêche les vibrations.
Question 3. Un relais peut-il commuter à la fois les charges AC et DC ?
Oui, mais les cotes AC et DC sont différentes. Les charges CC sont plus difficiles à commuter et nécessitent des limites de tension et de courant plus basses.
Question 4. Pourquoi utiliser une prise relais ?
Il permet un remplacement facile des relais, protège les broches du relais contre les dommages et améliore la sécurité du câblage.
Question 5. Que signifie SPDT ou DPDT dans les relais ?
Celles-ci décrivent les configurations de contact. SPDT contrôle un circuit avec deux sorties. DPDT contrôle deux circuits distincts en même temps.
Question 6. Quelle est la différence entre les contacts NO et NC ?
Les contacts NO (normalement ouverts) se ferment lorsque le relais est alimenté. Les contacts NC (normalement fermés) s’ouvrent lorsque le relais est alimenté.