Relais : guide des types et des applications

1. Qu'est-ce qu'un relais et comment fonctionne-t-il ?

Un relais est un interrupteur à commande électrique. Il s'agit essentiellement d'un dispositif qui ouvre ou ferme des circuits de manière électromécanique ou électronique. Les relais sont utilisés pour contrôler un circuit en ouvrant et en fermant des contacts dans un autre circuit.

Lorsqu'un contact de relais est normalement ouvert (NO), il y a un contact ouvert lorsque le relais n'est pas sous tension. Inversement, lorsqu'un contact de relais est normalement fermé (NF), il y a un contact fermé lorsque le relais n'est pas sous tension. Dans les deux cas, l'application d'un courant électrique aux contacts modifie leur état.

Les relais sont couramment utilisés lorsqu'il est nécessaire de contrôler un circuit par un signal de faible puissance, ou lorsque plusieurs circuits doivent être contrôlés par un seul signal. J'ai pu constater de mes propres yeux à quel point ces dispositifs sont essentiels dans les environnements industriels, en particulier pour contrôler des circuits de forte puissance avec des signaux de faible puissance.

Par exemple, dans nos usines de fabrication, les relais permettent à de petits signaux de commande provenant d’un PLC de gérer le fonctionnement de gros moteurs et d’autres machines lourdes, garantissant ainsi un fonctionnement efficace et sûr.

Un relais est un interrupteur électrique qui s'ouvre et se ferme sous le contrôle d'un autre circuit électrique. Lorsqu'un courant électrique traverse la bobine du relais, il génère un champ magnétique qui active l'armature, qui à son tour déplace les contacts du relais.

2. Quels sont les principaux composants d’un relais ?

Un relais est constitué d'un électroaimant (bobine de relais), d'une armature, d'un ressort et d'un ensemble de contacts électriques. L'électroaimant est formé lorsqu'une bobine de fil est enroulée autour d'un noyau de fer.

Lorsqu'un courant électrique traverse la bobine, celle-ci devient un électroaimant qui attire l'armature. L'armature est une pièce mobile qui ouvre ou ferme les contacts. Le ressort ramène l'armature à sa position initiale lorsque le relais est désactivé.

Les schémas de relais illustrent l'interaction de ces composants. À l'intérieur du relais, la bobine et les contacts sont les pièces les plus cruciales. Par exemple, lorsqu'une tension est appliquée à la bobine du relais, le courant résultant crée un champ magnétique.

Ce champ attire l'armature vers la bobine, fermant les contacts normalement ouverts du relais et fermant le circuit. Ce mécanisme est fondamental dans de nombreuses applications industrielles, permettant le contrôle sûr et efficace des appareils de haute puissance avec précision.

La conception et la construction spécifiques des commutateurs et des contacts de relais peuvent varier en fonction du type de relais et de son utilisation prévue.

3. Relais électromécaniques (EMR) contre relais statiques (SSR) :

Les relais électromécaniques (REM) utilisent une pièce mobile physique pour connecter les circuits. Lorsque la bobine du relais est alimentée, elle crée un champ magnétique qui déplace une armature physique, qui à son tour ferme ou coupe le circuit. 

Les relais assurent une isolation électrique entre le circuit de commande et le circuit de charge.

Les relais statiques (SSR), en revanche, n'ont pas de pièces mobiles. Au lieu de cela, ils utilisent des semi-conducteurs tels que des thyristors ou des transistors pour commuter le circuit de charge. Contrairement aux relais mécaniques, les SSR offrent des temps de commutation plus rapides et une durée de vie opérationnelle plus longue car ils ne comportent pas de composants mécaniques susceptibles de s'user.

Je recommande souvent les relais statiques dans les applications nécessitant des fréquences de commutation élevées ou lorsque l'environnement est difficile pour les pièces mécaniques. Le relais étant un commutateur à commande électrique, il est essentiel de comprendre les différences entre les relais électromagnétiques et les relais statiques pour sélectionner le relais approprié pour des applications spécifiques dans l'automatisation industrielle.

4. Quels sont les différents types de relais ?

Il existe différents types de relais conçus pour des applications spécifiques. Certains types de relais courants incluent :

• Relais électromécanique (EMR) : utilise un électroaimant pour actionner un interrupteur mécanique. Convient pour le courant alternatif et continu.
• Relais statique (SSR) : utilise des semi-conducteurs pour commuter la charge. Idéal pour les applications nécessitant une commutation rapide et une longue durée de vie.
• Relais Reed : utilise un interrupteur Reed dans la bobine. Connu pour sa taille compacte et son fonctionnement rapide, il est souvent utilisé dans les équipements de test.
• Relais de verrouillage : conserve sa position de contact même après la suppression de l'entrée. Nécessite une impulsion distincte pour la réinitialisation.
• Relais polarisé : Le fonctionnement d'un relais polarisé dépend de la polarité de la tension appliquée.
• Relais temporisé : les contacts du relais sont ouverts jusqu'à ce que le relais soit mis sous tension pendant une durée prédéfinie.

Chaque type de relais possède des caractéristiques uniques qui le rendent adapté à différentes applications. Par exemple, les relais Reed sont souvent utilisés dans les équipements de test en raison de leur petite taille et de leur vitesse de commutation rapide, tandis que les relais à verrouillage sont préférés dans les circuits de mémoire car ils conservent leur état sans alimentation continue. 

Les relais sont construits dans diverses configurations de circuits électriques et électroniques, telles que SPST, SPDT, DPST et DPDT, pour répondre à des besoins de commutation spécifiques.

5. Comment choisir le bon relais pour votre application ?

Le choix du relais approprié implique de prendre en compte plusieurs facteurs :

1. Caractéristiques de charge : Quelle est la tension et le courant de la charge que vous devez commuter ?
2. Tension de contrôle : Quelle tension est disponible pour alimenter la bobine du relais ?
3. Vitesse de commutation : à quelle vitesse le relais doit-il fonctionner ?
4. Conditions environnementales : le relais sera-t-il exposé à des températures extrêmes, à l’humidité ou aux vibrations ?
5. Durée de vie : combien de cycles de commutation l'application nécessite-t-elle ?

Par exemple, dans nos usines de machines et d'équipements, nous utilisons souvent des relais statiques pour les applications nécessitant une commutation rapide et une longue durée de vie. En revanche, les relais électromécaniques sont préférés pour les applications où le coût est une préoccupation majeure et la vitesse de commutation est moins critique.

Le courant qui circule dans le relais doit être pris en compte pour sélectionner un relais capable de gérer la charge sans surchauffer. Lorsque le relais s'active, il doit protéger le système électrique en isolant le circuit de commande du circuit de charge.

6. Comment tester un relais et résoudre les problèmes courants ?

Tester un relais consiste à vérifier la continuité des contacts et la résistance de la bobine. Un multimètre est un outil pratique à cet effet.

1. Test de résistance de bobine : mesurez la résistance entre les bornes de la bobine du relais. Une valeur de résistance infinie indique généralement une bobine ouverte.
2. Test de continuité des contacts : lorsque le relais n'est pas sous tension, les contacts normalement ouverts doivent afficher une résistance infinie et les contacts normalement fermés doivent afficher une résistance nulle. Lorsque le relais est sous tension, ces valeurs doivent s'inverser.

Les problèmes courants liés aux relais incluent la surchauffe des bobines, le soudage des contacts et l'usure mécanique. Des tests réguliers des relais peuvent aider à identifier les problèmes potentiels avant qu'ils n'entraînent des pannes du système. 

Les relais tombent souvent en panne en raison d'un courant ou d'une tension excessifs. Il est donc essentiel de s'assurer que le relais est adapté à l'application. Pour tester un relais, vous devez vérifier la bobine et les contacts du relais à l'aide d'un multimètre.

7. Quels sont les types de contacts de relais et leur signification ?

Les types de contacts de relais sont classés en fonction de leur configuration et de leur fonction. Les configurations courantes incluent :

• Forme A (SPST-NO) : unipolaire unidirectionnel – normalement ouvert. Ce type de relais possède un contact normalement ouvert, qui se ferme lorsque le relais est sous tension.
• Forme B (SPST-NC) : unipolaire unidirectionnel – normalement fermé. Il possède un contact normalement fermé, qui s'ouvre lorsque le relais est sous tension.
• Forme C (SPDT) : relais unipolaire bidirectionnel. Également connu sous le nom de relais inverseur, il possède une borne commune et deux contacts : l'un normalement ouvert et l'autre normalement fermé. Le relais SPDT peut commuter entre deux circuits.
• Formulaire D (SPDT) : À faire avant la pause.

Il est essentiel de comprendre ces configurations pour sélectionner le relais adapté à votre application. Par exemple, un relais de forme A convient pour simplement allumer et éteindre une charge, tandis qu'un relais de forme C peut être utilisé pour commuter entre deux charges différentes.

Le matériau des contacts du relais joue également un rôle crucial dans les performances et la durée de vie du relais. Les types de contacts du relais déterminent la manière dont le relais commutera le circuit de charge, ce qui rend essentiel le choix de la configuration adaptée à vos besoins.

8. Quelle est l’espérance de vie d’un relais et quels sont les facteurs qui l’affectent ?

La durée de vie d’un relais dépend de plusieurs facteurs, notamment l’environnement de fonctionnement, la fréquence de commutation et la charge électrique commutée. 

Les relais électromécaniques ont généralement une durée de vie mécanique de 100 000 à 1 million d'opérations et une durée de vie électrique de 10 000 à 100 000 opérations. Les relais statiques, sans pièces mobiles, peuvent avoir une durée de vie opérationnelle beaucoup plus longue.

Les facteurs qui peuvent réduire la durée de vie d'un relais incluent :

• Courant ou tension excessif : dépasser les valeurs nominales du relais peut entraîner une surchauffe et une défaillance prématurée.
• Fréquence de commutation élevée : une commutation fréquente peut provoquer une usure mécanique des EMR.
• Facteurs environnementaux : les températures extrêmes, l’humidité et les vibrations peuvent également réduire la durée de vie du relais.

Un entretien régulier et une sélection appropriée peuvent aider à maximiser la durée de vie d'un relais. Il est également essentiel de prendre en compte l'environnement d'exploitation lors du choix d'un relais. Par exemple, dans les environnements industriels difficiles, nous utilisons des relais scellés pour protéger contre la poussière, l'humidité et d'autres contaminants.

9. Applications de relais : où les relais sont-ils couramment utilisés ?

Les relais sont utilisés dans une large gamme d'applications dans divers secteurs industriels. Voici quelques applications courantes des relais :

• Systèmes de contrôle industriels : les relais contrôlent les moteurs, les pompes et autres appareils haute puissance dans les environnements industriels.
• Automobile : Les relais sont utilisés dans les véhicules pour contrôler les lumières, les klaxons et d'autres composants électriques.
• Télécommunications : Les relais commutent les signaux dans les réseaux de télécommunication.
• Systèmes CVC : les relais contrôlent les équipements de chauffage, de ventilation et de climatisation.
• Distribution d'énergie : les relais protègent les circuits et équipements électriques dans les systèmes de distribution d'énergie.
• Electronique grand public : les relais sont utilisés dans divers appareils électroniques, tels que les réfrigérateurs et les machines à laver.

Les relais sont des composants polyvalents que l'on retrouve dans de nombreuses applications, des simples appareils électroménagers aux systèmes de contrôle industriels complexes. Par exemple, les relais sont utilisés pour démarrer et arrêter des moteurs, contrôler des circuits d'éclairage et activer des alarmes. Les applications des relais sont vastes et variées, ce qui en fait des composants indispensables dans de nombreux secteurs.

10. Tendances futures de la technologie des relais

Le domaine de la technologie des relais continue d'évoluer, avec des progrès continus visant à améliorer les performances, la fiabilité et l'efficacité. Certaines des principales tendances futures de la technologie des relais comprennent :

• Miniaturisation : Il existe une demande croissante pour des relais plus petits pouvant être intégrés dans des appareils électroniques compacts.
• Relais intelligents : ces relais intègrent des microprocesseurs et des capacités de communication, permettant une surveillance et un contrôle à distance.
• Relais statiques (SSR) : grâce aux progrès de la technologie des semi-conducteurs, les SSR deviennent de plus en plus populaires en raison de leur longue durée de vie et de leurs vitesses de commutation rapides.
• Efficacité énergétique : les nouvelles conceptions de relais se concentrent sur la réduction de la consommation d’énergie, contribuant ainsi aux économies d’énergie.

Ces tendances reflètent l’évolution plus large de l’industrie vers des solutions d’automatisation plus intelligentes, plus efficaces et plus intégrées.