Ce que vous devez savoir sur les relais

La plupart des appareils électroniques et mécaniques nécessitent des relais pour convertir une petite entrée électrique en une sortie à courant élevé qu'ils reçoivent. Traditionnellement, les relais étaient utilisés dans les circuits télégraphiques longue distance comme répéteurs de signaux. C'est-à-dire que le signal provenant d'un circuit est rafraîchi en le transmettant sur un autre circuit. Les relais étaient largement utilisés dans les centraux téléphoniques et les premiers ordinateurs pour effectuer des opérations logiques.

Il existe de nombreux types de relais pour répondre aux exigences de diverses applications. Aujourd'hui, vous apprendrez à connaître la définition, les fonctions, les applications, les considérations de sélection, les composants, le schéma, les types et le fonctionnement d'un relais. Vous serez également exposé à leurs avantages et inconvénients.

Qu'est-ce qu'un relais ?

Un relais est un interrupteur électrique qui fonctionne avec l'électromagnétisme pour convertir de petits stimuli électriques en courants plus importants. Cette conversion a lieu lorsqu'une entrée électrique active des électroaimants pour former ou rompre des circuits existants.

Tirant parti des entrées faibles pour alimenter un courant plus fort, les relais peuvent agir efficacement comme un interrupteur ou un amplificateur pour le courant électrique. Celles-ci dépendent des applications souhaitées.

On dit également que les relais sont un interrupteur à commande magnétique qui s'active et se désactive lorsqu'un électroaimant est alimenté. La tension appliquée aux bornes d'entrée du relais alimente l'électroaimant.

Le relais a été inventé par le scientifique américain Joseph Henry en 1835.

Fonctions des relais

Ci-dessous les fonctions des relais dans leurs différentes applications :

• La fonction principale d'un relais est de servir d'interrupteur là où les circuits doivent être contrôlés.
• Certains types de relais utilisent un électroaimant pour fermer et ouvrir les contacts,
• Il protège les circuits électriques contre les surcharges ou les défauts, servant de relais de protection.
• Les fonctions de relais permettent également à un système de fonctionner uniquement pendant une période de temps définie ou de démarrer uniquement après une période de temps définie, c'est ce qu'on appelle des relais temporisés.
• Un autre objectif des relais est de commuter les moteurs électriques et les charges d'éclairage.
• Un seul relais peut servir de connecteur de plusieurs contacts, de sorte qu'ils peuvent tous se déplacer ensemble lorsque la bobine de relais est activée ou désactivée. Si l'un des contacts du relais cesse de bouger, le contact restant ne pourra pas bouger. Les relais ayant cet effet sont également appelés relais de sécurité.
• Certains types de relais ont de grandes fonctions où les émetteurs et récepteurs radio partagent une antenne. Le relais sert de transmission-réception, qui commute l'antenne du récepteur à l'émetteur.

Applications des relais

Voici les applications des relais :

• Les circuits de relais sont utilisés pour réaliser des fonctions de lieux, jouant un rôle important dans l'offre d'une logique critique pour la sécurité.
• Comme mentionné précédemment, les relais offrent des fonctions de temporisation, car ils temporisent l'ouverture et la fermeture des contacts.
• Les relais sont utilisés pour contrôler les circuits haute tension avec un signal basse tension. Ils utilisent également des signaux à faible courant pour contrôler les circuits à courant élevé.
• Les relais servent de protection aux appareils, car ils détectent la réception et les isolent pendant la transmission.

Un relais de surcharge est un dispositif électromécanique utilisé pour protéger les moteurs contre les pannes de courant ou les surcharges. Ils sont souvent utilisés dans les moteurs pour protéger le moteur des pointes de courant soudaines qui peuvent causer des dommages.

Un interrupteur de relais de surcharge fonctionne comme les heures supplémentaires actuelles mais différent des disjoncteurs et des fusibles, où un déclenchement soudain éteindra le moteur. Le relais de surcharge thermique est le type le plus utilisé, où une bande bimétallique est utilisée pour éteindre le moteur. Cette bande entre en contact avec un contacteur en se pliant avec l'augmentation des températures due à un flux de courant excessif.

Le contact entre la bande et le contacteur provoque la mise hors tension du contacteur et la limitation de l'alimentation du moteur, éteignant ainsi le système.

Considérations de sélection d'un relais

Vous trouverez ci-dessous les facteurs à prendre en compte lors de la sélection d'un relais pour un système :

• Protection - Lors de la sélection d'un relais pour un projet spécifique, il faut tenir compte de la manière dont le relais protégera le système contre les surcharges ou les pointes de puissance soudaines. Certaines autres protections telles que la protection des contacts et la protection des bobines doivent être prises en compte. La protection des contacts aidera à réduire la formation d'arcs dans les circuits utilisant des inductances. Alors que la protection de la bobine aide à réduire la surtension produite lors de la commutation.
• Les relais standard avec toutes les approbations réglementaires doivent être pris en considération.
• Les relais de commutation à grande vitesse sont vitaux pour le temps de commutation, vous pourriez en avoir besoin.
• Les valeurs nominales de courant et de tension des relais doivent être prises en compte. Les courants nominaux varient de quelques ampères à environ 300 ampères, tandis que les tensions nominales varient de 300 volts CA à 600 volts CA. Certains relais haute tension d'environ 15 000 volts sont également disponibles.
• L'isolation entre un circuit de bobine et les contacts doit également être prise en compte.
• Connaître les types de contact qu'il porte, qu'il s'agisse d'un contact NF ou NO ou d'un contact fermé.
• Savoir si le contact "Make Before Break" ou "Break Before Make" est la meilleure option pour votre système.

Composants d'un système de relais

Vous trouverez ci-dessous les composants des différents types de système de relais et leurs fonctions :

Cadre – est un conteneur ou un cadre robuste qui contient et supporte les différentes parties du relais.

Bobine – est un fil enroulé autour d'une âme métallique. C'est la partie qui provoque un champ électromagnétique

Induit – est une pièce mobile qui ouvre et ferme les contacts. Il y a un ressort attaché qui ramène l'armature à sa position d'origine.

Contacts - c'est la partie conductrice qui fait que le relais établit (ferme) ou coupe (ouvre) un circuit.

Les relais ont deux circuits ; circuit d'alimentation et circuit de contact. Le côté excitation a la bobine tandis que les contacts de relais ont le côté contact. Une bobine de relais est excitée lorsque le courant circule dans la bobine et crée un champ magnétique. Dans une unité AC, la polarité change 120 fois par seconde, la polarité est également fixe dans un système DC.

Une bobine magnétique attire une plaque ferreuse, une partie de l'armature. Une partie de cette armature est fixée au cadre métallique, lequel est conformé pour que l'armature puisse pivoter. L'autre extrémité ouvre et ferme les contacts qui viennent dans différentes configurations.

Ces configurations dépendent du nombre de pauses, de pôles et de lancers du relais. c'est-à-dire qu'un relais peut être appelé unipolaire, unidirectionnel (SPST) ou bipolaire, unidirectionnel (DPST).

Pause :

Une coupure est le nombre d'endroits ou de contacts séparés qu'un relais utilise pour ouvrir ou fermer un seul circuit électrique. Ces contacts sont à simple ou double rupture; le contact à coupure unique (SB) coupe un circuit électrique en un seul endroit. tandis qu'un contact à double coupure (DB) le coupe en deux endroits.

Un contact à ouverture unique est normalement utilisé lors de la commutation d'appareils de faible puissance comme les voyants lumineux. Alors qu'un contact à double coupure est utilisé lors de la commutation d'appareils à haute puissance comme les solénoïdes.

Pôle :

Le pôle est un numéro d'un circuit isolé qu'un relais peut traverser un interrupteur. Un contact unipolaire (SP) ne peut transporter le courant que dans un seul circuit à la fois. Alors qu'un contact bipolaire (DP) peut prendre du courant à travers deux circuits isolés simultanément. Eh bien, le nombre maximum de pôles qu'un relais peut transporter est de 12, selon sa conception.

Lancer :

Une course est le nombre de positions de contact fermé par pôle qui sont disponibles sur un interrupteur. Un interrupteur à une direction ne peut contrôler qu'un seul circuit, tandis qu'un interrupteur à double direction peut en contrôler deux.

En bref, un relais électromagnétique consiste en une bobine de fil enroulée autour d'un noyau souple (un solénoïde), une culasse en fer qui fournit un chemin à faible réluctance pour le flux magnétique, une "armature" en fer mobile et un ou plusieurs ensembles de contacts. Tout cela est expliqué ci-dessus, j'espère que vous l'avez saisi.

 Schéma d'un relais :

Types de relais

Vous trouverez ci-dessous les différents types de relais utilisés et adaptés aux différentes applications :

Relais de verrouillage :

Les types de relais à verrouillage conservent leur état après avoir été actionnés. C'est pourquoi ils sont aussi appelés relais à impulsion, relais permanents ou relais permanents. Il est utilisé dans la plupart des applications pour limiter la consommation et la dissipation d'énergie.

Les types de relais à verrouillage se composent d'aimants internes de sorte que lorsque le courant est fourni à la bobine, l'aimant interne maintient la position de contact. Avec cela, le système ne nécessite aucune alimentation pour maintenir sa position. C'est pourquoi après avoir été actionné, il parvient à maintenir la dernière position de contact même si le courant est retiré de la bobine.

Relais statiques (SSR)

Les types de relais à semi-conducteurs utilisent des composants tels que les BJT, les thyristors, les IGBT, les MOSFET et les TRIAC. Ces composants effectuent des opérations de commutation. Par rapport aux relais électromécaniques, la puissance obtenue dans les relais à semi-conducteurs est beaucoup plus élevée car la puissance nécessaire pour contrôler le circuit est beaucoup plus faible. Ces relais peuvent fonctionner à la fois pour l'alimentation AC et DC.

Les types de relais à semi-conducteurs ont des vitesses de commutation élevées car il n'y a pas de contacts mécaniques. Il y a un capteur dans un relais statique qui est aussi un appareil électronique. Ce capteur permet d'allumer ou d'éteindre la charge après avoir répondu à un signal de commande.

Relais Reed :

Tout comme les types de relais électromécaniques, les relais Reed fonctionnent également avec l'actionnement mécanique des contacts physiques pour ouvrir ou fermer un chemin de circuit. Cependant, les relais Reed ont une faible masse et des contacts beaucoup plus petits par rapport aux types électromécaniques.

Le commutateur Reed est blessé car il agit comme une armature. Il s'agit d'un tube ou d'une capsule en verre rempli d'un gaz inerte contenu dans deux anches ou lames ferromagnétiques qui se chevauchent, qui est hermétiquement scellé.

Relais différentiel :

Les types de relais différentiels commencent à fonctionner lorsque la différence de phase de deux grandeurs électriques similaires ou plus dépasse une valeur prédéterminée. Les relais différentiels de courant fonctionnent lorsque le système fait l'expérience d'une comparaison entre l'amplitude et la différence de phase des courants entrant et sortant du système à protéger.

si le système fonctionne dans des conditions de fonctionnement normales, les courants entrant et sortant sont égaux en amplitude et en phase. Cela rend le relais inactif. Mais si un défaut survient dans le système, les courants ne sont plus égaux en amplitude et en phase.

Relais polarisé :

Comme son nom l'indique, les types de relais polarisés sont très sensibles à la direction d'un courant par lequel ils sont alimentés. Il s'agit d'un relais électromagnétique à courant continu doté d'une source supplémentaire d'un champ magnétique permanent pour déplacer l'armature dans le relais.

Dans les relais polarisés, les circuits magnétiques sont construits avec des aimants permanents, des électroaimants et une armature. Au lieu de la force du ressort, ces types de relais utilisent la force magnétique pour attirer ou repousser l'armature. Cette armature est un aimant permanent, positionné entre les faces polaires formées par un électroaimant.

Relais Buchholz :

Les types de relais Buchholz sont des relais à gaz ou actionnés. Ils sont largement utilisés pour détecter des défauts naissants ou des défauts internes qui sont initialement mineurs mais qui peuvent entraîner des défauts majeurs avec le temps. Ces relais sont principalement utilisés pour la protection des transformateurs et ils sont montés dans une chambre entre la cuve du transformateur et le conservateur.

Ces types de relais ne sont utilisés que pour un relais immergé dans l'huile qui est spécifiquement utilisé pour les systèmes de transmission et de distribution d'énergie. La figure ci-dessous montre le fonctionnement d'un relais Buchholz.

Relais inverses à temps minimum défini (relais IDMT) :

Les relais à temps minimum indépendant inverses sont des types de relais qui offrent des caractéristiques de courant à temps indépendant d'un courant de défaut à une valeur plus élevée. Et aussi, une caractéristique temps-courant inverse d'un courant de défaut à une valeur inférieure.

Ces relais IDMT sont largement utilisés pour protéger les lignes de distribution et ils aident à fixer des limites pour les paramètres de courant et de temps. Dans ces types de relais, leur temps de fonctionnement est approximativement inversement proportionnel au courant de défaut près de la valeur de démarrage.

Relais de protection contre les surcharges :

Les types de relais de protection contre les surcharges sont spécialement conçus pour offrir une protection contre les surintensités aux moteurs et circuits électriques. Ces relais de surcharge sont de différents types tels que le type à bilame fixe, et le bilame à chauffage électronique ou interchangeable, etc.

Chaque fois qu'un moteur électrique est surchargé, un tel moteur nécessitera ces types de relais pour protéger le système contre les surintensités. Pour cette raison, un équipement de détection de surcharge tel qu'un relais à commande thermique doit être utilisé. Ce relais à commande thermique contient une bobine qui chauffe une bande bimétallique ou un pot de soudure, qui fond ensuite.

Principe de fonctionnement

Le principe de fonctionnement d'un relais dépend de son type et de ce pour quoi il est conçu. Cependant, un relais électromagnétique simple consiste en une bobine de fil enroulée autour d'un noyau en fer doux (un noyau en fer doux). Il contient également une culasse en fer qui fournit un chemin à faible réluctance pour le flux magnétique, une armature en fer mobile et un ou plusieurs ensembles de contacts.

Cette armature est articulée à la culasse et liée mécaniquement à un ou plusieurs ensembles de contacts mobiles. Un ressort aide à maintenir l'armature en place de sorte que lorsque le relais est désactivé, il y ait un entrefer dans le circuit magnétique. Dans certains types de relais, l'un des deux ensembles de contacts est fermé et l'autre ensemble est ouvert.

Certains relais peuvent avoir plus ou moins d'ensembles de contacts en fonction de leur utilisation. Il y a un fil reliant l'armature à la culasse, qui assure la continuité du circuit entre les contacts mobiles sur l'armature. lorsqu'un courant électrique traverse la bobine, il génère un champ magnétique qui active l'armature, et le mouvement consécutif des contacts mobiles établit ou rompt une connexion avec un contact fixe.

Si l'ensemble des contacts était fermé lorsque les relais sont désexcités, alors le mouvement ouvre les contacts et coupe la connexion, et inversement si les contacts étaient ouverts. Lorsque le courant vers la bobine n'est pas alimenté, l'armature est ramenée par une force, environ moitié moins forte que la force magnétique, à sa position détendue. La force est généralement fournie par un ressort, la gravité est également utilisée dans les démarreurs de moteurs industriels.

Regardez la vidéo pour en savoir plus sur le fonctionnement des relais :

Avantages et inconvénients d'un relais

Avantages :

Voici les avantages des différents types de relais :

• Il permet de contrôler un appareil distant.
• Les contacts changent facilement.
• Isole l'activation d'une partie d'une partie d'actionnement.
• Il fonctionne bien à des températures élevées.
• Il peut être activé avec un faible courant et peut activer de grandes machines de grande puissance.
• Un seul signal peut être utilisé pour contrôler plusieurs contacts à la fois.
• Le courant continu ou le courant alternatif peut être un interrupteur.

Inconvénients :

Malgré les bons avantages des relais, certaines limitations subsistent. ci-dessous les inconvénients des relais dans leurs différentes applications :

• Les contacts dans le système s'endommagent avec le temps. Il subit souvent de l'usure, de l'oxydation, etc.
• Le temps de commutation est élevé
• Les sons d'activation et de désactivation des contacts peuvent être dérangeants.

Conclusion

Les relais sont d'excellents composants servant à diverses fins sur les appareils en fonction de l'effet de relais nécessaire. Dans cet article détaillé, nous avons couvert la définition, les fonctions, les applications, la sélection, les types et le fonctionnement des relais. Nous avons également vu leurs avantages et leurs inconvénients.

J'espère que vous avez apprécié la lecture, si c'est le cas, veuillez commenter votre section préférée de cet article. Et n'oubliez pas de partager avec d'autres étudiants techniques. Merci !