Introduction aux relais (2024)

Les relais jouent un rôle essentiel dans d'innombrables applications et systèmes grand public, commerciaux et industriels. Ils sont souvent employés dans les systèmes quotidiens sans que l'on s'en rende compte. Par exemple, les relais sont utilisés pour régler un four domestique, cliquer sur une télécommande de téléviseur ou faire fonctionner un ascenseur. Conçus à l'origine en1835 pour l'établissem*nt de connexions télégraphiques longue distance, les relais ont ensuite été adaptés pour être utilisés dans les centraux téléphoniques et ils continuent de fonctionner de manière fiable, discrète et très efficace.

D'un point de vue pragmatique, les relais fonctionnent comme des interrupteurs électriques. Ils utilisent un signal basse puissance pour gérer un circuit haute puissance, à proximité ou à distance. Leur conception inhérente facilite une isolation efficace entre le signal basse puissance et le circuit haute puissance, souvent appelée isolation galvanique. Cette isolation garantit le fonctionnement sûr et robuste des systèmes électriques pour les utilisateurs. Les relais sont polyvalents, car ils peuvent être utilisés pour réguler un ou plusieurs circuits, et ils peuvent servir d'amplificateurs ou de disjoncteurs.

La possibilité de contrôler l'alimentation des dispositifs à distance se traduit également par des mesures de sécurité renforcées, en particulier dans les processus industriels susceptibles de présenter des risques physiques pour les opérateurs. Ces dispositifs polyvalents sont disponibles dans une grande variété de boîtiers, offrant diverses capacités de courant, options de montage et empreintes physiques, de sorte qu'ils sont aussi répandus que les interrupteurs quotidiens omniprésents.

Fonctionnement des relais

Pour une meilleure compréhension du sujet, les relais peuvent être classés en deux types fondamentaux: électromécaniques (EMR) et statiques (SSR). La distinction clé réside dans la présence ou l'absence de composants mobiles.

Le plus ancien des deux types est le relais électromécanique, qui comprend des contacts, une armature, un ressort et un électro-aimant. Dans le fonctionnement le plus élémentaire, un ressort maintient la position de l'armature. Lors de l'application du courant, l'électro-aimant exerce une force d'attraction sur l'armature, la faisant bouger et fermer un ensemble de contacts, permettant ainsi la circulation du courant dans le circuit.

Figure1: Structure interne de base d'un relais électromécanique. (Source de l'image: CUIDevices)

Les relais statiques, apparus à la fin des années1950, remplissent le même objectif fondamental que les relais électromécaniques, mais sont entièrement électroniques, sans pièces mobiles. Ils comprennent un circuit d'entrée, un circuit de commande et un circuit de sortie pour réguler le courant. Lorsqu'une tension dépassant la tension d'amorçage spécifiée est appliquée, le circuit de commande déclenche le relais. Lorsque la tension tombe en dessous de la tension de relâchement, le relais se désactive.

Relais électromécaniques et relais statiques

Comme avec toute technologie de composants électroniques, les relais électromécaniques et statiques présentent chacun des avantages et des inconvénients distincts qui doivent être pris en compte.

Avec leur conception vieille de deux siècles, les relais électromécaniques sont des dispositifs robustes au fonctionnement simple, qui se révèlent fiables dans une variété d'applications, y compris celles impliquant de forts courants et des environnements dangereux. Ils offrent une isolation électrique complète, peuvent résister aux fortes pointes de tension et de courant, et ne sont pas sensibles au bruit électrique, tel que les interférences électromagnétiques et les perturbations radioélectriques (EMI/RFI).

Néanmoins, comme les relais électromécaniques comportent des pièces mobiles, une dégradation physique se produit au fil du temps et les contacts peuvent se détériorer en raison de la corrosion et de l'oxydation. Ils peuvent être sensibles à la formation d'arcs de contact, entraînant des piqûres et des courts-circuits. Leur nature mécanique les rend vulnérables au rebondissem*nt des contacts du aux chocs et aux vibrations, et ils peuvent générer leur propre bruit EMI/RFI. De plus, les champs magnétiques externes peuvent affecter leur fonctionnement.

En revanche, les relais statiques offrent une durée de vie opérationnelle plus étendue et fonctionnent avec une puissance de commande considérablement inférieure grâce à leur conception sans pièces mobiles. Ils permettent des cycles marche/arrêt plus rapides, éliminent la formation d'arc et le rebondissem*nt des contacts, et ne sont pas affectés par les champs magnétiques, les vibrations et les chocs mécaniques externes. Les relais statiques fonctionnent dans une plage de tensions plus basses que celle des relais électromécaniques, ce qui les rend bien adaptés aux dispositifs électroniques mais moins adaptés aux applications haute puissance.

Cependant, en raison de leur conception unique, les relais statiques peuvent être sensibles aux transitoires de tension ou de courant et au bruit EMI/RFI. Ils ont tendance à générer plus de chaleur que leurs hom*ologues mécaniques et peuvent être sensibles aux températures ambiantes. Une isolation électrique complète entre le signal de commande et la charge n'est pas intrinsèquement possible avec des commutateurs à semi-conducteurs standard, mais elle peut être réalisée en utilisant des composants optoélectroniques dans des dispositifs à couplage photoélectrique, qui isolent les signaux d'entrée et de sortie.

Figure2: Schéma interne de base des relais statiques. (Source de l'image: CUIDevices)

Types de relais courants

De très nombreux types de relais sont disponibles, chacun étant conçu pour répondre à des exigences d'application spécifiques. Il convient de noter que les fabricants peuvent utiliser une terminologie légèrement différente pour leurs offres de produits, mais voici une synthèse générale des principaux types de relais:

• Usage général: Relais électromécaniques classiques, fonctionnant avec un courant alternatif ou continu compris entre 12V et 230V et pouvant contrôler des courants de 2A à30A.
• Signalisation: Les relais de signalisation sont utilisés pour contrôler des charges basse puissance, généralement inférieures à 2A. Pour plus d'informations, reportez-vous à l'article Relais de signalisation – Comprendre les principes de base de CUIDevices.
• Puissance: Les relais de puissance sont spécialement conçus pour gérer des charges haute puissance, en minimisant la génération de chaleur et en réduisant la formation d'arc. Pour plus d'informations, reportez-vous à l'article An Introduction to Power Relays de CUIDevices.
• Contrôle des machines: Relais robustes à usage intensif, destinés à une utilisation dans de grandes applications industrielles.
• Verrouillage: Les relais à verrouillage conservent leur état défini ou réinitialisé (ON ou OFF) jusqu'à ce qu'ils reçoivent un signal de tension inverseur.
• Lames: Les relais à lames sont compacts et fonctionnent rapidement. Ils utilisent un électro-aimant pour commander un ou plusieurs commutateurs à lames hermétiquement scellés, permettant une immunité à l'humidité ou aux contaminants externes.
• Commutation au zéro: Ces relais activent la charge lorsque la tension de commande est appliquée et que la tension de charge est proche de zéro. Ils désactivent la charge lorsque la tension de commande est supprimée.

Figure3: Principe de base de la commutation au zéro avec des relais. (Source de l'image: CUIDevices)

• Commutation de crête: Les relais de commutation de crête activent la charge lorsqu'une tension de commande est appliquée et que la tension de charge atteint sa valeur de crête. Ils désactivent la charge lorsque la tension de commande est supprimée et que la charge actuelle s'approche de zéro.
• Déclenchement instantané: Les relais instantanés activent immédiatement la charge lorsque la tension d'amorçage est appliquée.
• Temporisation: Les relais temporisés sont dotés d'un temporisateur intégré pour contrôler les événements en fonction du temps.
• Commutation analogique: Le relais de commutation analogique gère la tension de sortie en fonction de la tension d'entrée, permettant des tensions de sortie infinies dans les limites nominales du relais.
• Couplage optique: Relais statiques qui fournissent l'isolation entre les circuits de commande et d'alimentation en commutant en réponse à une source de lumière interne.
• Militaire/haute fiabilité: Ces relais sont spécialement conçus pour fonctionner en environnements exigeants et difficiles.

Les relais peuvent en outre être classés comme normalement ouverts (NO), où les contacts sont ouverts et le circuit n'est pas sous tension, ou normalement fermés (NC), où les contacts sont fermés lorsque le circuit n'est pas sous tension. En résumé, les relais sont généralement spécifiés comme NO ou NC lorsqu'aucune alimentation n'est appliquée.

Valeurs nominales et configurations

Les relais sont répertoriés en fonction de leur capacité à commuter en toute sécurité l'alimentation électrique à travers le dispositif. Ces valeurs nominales sont catégorisées soit commeCA soit commeCC et sont généralement exprimées en ampères. Il est crucial que la valeur nominale du relais soit égale ou supérieure à celle du dispositif à contrôler.

Les relais sont capables de contrôler plusieurs circuits simultanément et sont désignés en fonction de leurs caractéristiques spécifiques. Si les concepts de pôles et directions vous sont familiers, ces désignations incluent SPST, DPDT, 3PDT et SP3T.

Outre le nombre de pôles et de directions, les relais peuvent décrire des caractéristiques importantes en utilisant le terme «forme». Des expressions telles que «1FormeA» ou «2FormeC» mettent en évidence deux informations clés. Le type de forme indique si le commutateur est normalement ouvert ou normalement fermé, et dans le cas des commutateurs SPDT, s'ils sont «sans chevauchement» ou «à chevauchement». Le chiffre (1 ou 2) devant «Forme» indique le nombre de contacts de ce style disponibles dans le relais. Les styles courants incluent les suivants:

• FormeA - Normalement ouvert
• FormeB - Normalement fermé
• FormeC - Commutateurs SPDT sans chevauchement
• FormeD - Commutateurs SPDT à chevauchement

Conclusion

En raison de leur conception simple et de leur fonctionnement fiable, les relais sont utilisés dans des dispositifs et des systèmes dans un large éventail d'industries et de marchés. Introduits comme composants de base dans les systèmes télégraphiques et ayant même contribué aux premiers développements des ordinateurs, les relais conservent aujourd'hui leur rôle essentiel, garantissant le contrôle sûr et efficace des dispositifs alimentés électriquement à distance.

Pour répondre aux exigences en matière de commutation de courant de bas niveau ou de haut niveau, CUIDevices propose une sélection complète de relais de puissance et de signalisation avec une variété de valeurs nominales et de configurations.