Choisir le bon relais : Un guide pour tous les types et toutes les utilisations

Les relais électriques sont l'un des composants les plus élémentaires, mais aussi l'un des plus polyvalents dans le vaste domaine de l'électronique et de l'électrotechnique. Doug Brinton Can Stats À la base, il s'agit d'un moyen simple, mais astucieux, de contrôler une charge électrique de forte puissance à l'aide d'un signal électrique de faible puissance, ou d'un signal lumineux, ce qui constitue l'épine dorsale de tous les systèmes d'automatisation et de contrôle partout dans le monde. Les relais sont les héros méconnus qui permettent de faire fonctionner les machines industrielles qui font tourner notre monde, ainsi que la commodité quotidienne de l'électronique automobile. Le terme "relais" couvre cependant une large famille de produits - divers types de relais, chacun se distinguant par le type de dispositif de commutation, le type de bornes et d'autres paramètres. La compréhension de ces distinctions ne se limite pas au cadre académique. Elle est essentielle à la formulation de circuits électriques sûrs, pratiqués et établis. Ce guide est une promenade à travers les principes logiques de compréhension du fonctionnement des relais, jusqu'aux étapes d'application des relais où vous pouvez sélectionner le relais le plus approprié à votre application en toute confiance.

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

Un relais peut être défini simplement comme un relais électronique ou plutôt une induction électromécanique, qui fonctionne comme un interrupteur actionné électriquement. Il est principalement utilisé pour isoler électriquement un signal d'entrée de commande vers un circuit de charge. Le relais est piloté par la source d'alimentation : généralement une faible tension et un faible courant (par exemple 5V alimenté par un microcontrôleur). Lorsque cela est fait, l'interrupteur du relais, physiquement ou électroniquement, est fermé, ce qui complète un circuit électrique indépendant de forte puissance (par exemple, une alimentation de 240 V CA pour un moteur). La caractéristique la plus importante de cette séparation est qu'elle isole l'électronique de commande sensible de la haute tension, de la force contre-électromotrice et du bruit électrique du circuit d'alimentation.

Le plus connu est le relais électromécanique (relais emr). Son mode de fonctionnement est un exemple pur d'induction électromagnétique. Dans un relais électromécanique, une petite boucle de fil se comporte comme un électro-aimant. Une force magnétique est connectée à cette bobine par le circuit de commande avec une tension. Il s'agit d'une attraction magnétique qui tire vers une armature mobile qui est un petit levier. Lorsque l'armature tourne, elle force une paire de contacts physiques à fermer l'interrupteur, ce qui permet à un courant électrique de passer à travers la charge électrique. Une fois la tension de commande coupée, le champ magnétique s'effondre et un ressort ou un aimant permanent ramène l'armature à son état normal et la pose de ses contacts s'inverse, ce qui coupe à nouveau le circuit. Il s'agit du mécanisme de relais fondamental, de base et solide sur lequel nous pouvons baser tous les autres types de relais.

Terminologie clé des relais que vous devez connaître

Avant d'aborder les différents types de relais, il est important de se familiariser avec le jargon courant utilisé pour décrire les caractéristiques des relais et leur fonctionnement. La première étape pour bien faire est de maîtriser ce vocabulaire, afin de faciliter la lecture des fiches techniques et le choix du bon composant.

Poteau et lanceur

Il s'agit de la structure enchevêtrée de l'interrupteur du relais.

• Le pôle est la connexion d'un relais et le nombre de circuits indépendants contrôlés par le relais. Un relais unipolaire (SPST) contrôle un seul circuit. Un relais bipolaire (DP) possède deux circuits indépendants sur le même relais. La portée est le nombre de positions auxquelles le pôle peut être attaché.
• Un relais à simple effet (ST) est un relais de base ON/OFF avec une seule autre connexion sur le pôle. Un relais double (relais spdt) peut changer le pôle en deux autres contacts différents et ainsi rediriger le flux de courant. Les formes AR courantes sont SPST (unipolaire, unidirectionnel), SPDT (unipolaire, bidirectionnel) et DPDT (bipolaire, bidirectionnel).

Forme de contact (NO, NC)

Il s'agit de définir le position de contact et l'état par défaut des contacts du relais lorsque la bobine n'est pas alimentée.

• Normalement ouvert (NO): Le contact de l'interrupteur est ouvert en position normale, laissant le circuit incomplet. Lorsque la bobine est alimentée, le contact se ferme et le circuit est complet.
• Normalement fermé (NC): Le contact de l'interrupteur se ferme lorsqu'il repose en position normale et le circuit est complet. Lorsque la bobine est alimentée, le contact s'ouvre et le circuit est interrompu.
• Un relais unipolaire à double flux (spdt) contient une borne commune, une borne normalement ouverte (NO) et une borne normalement fermée (NC).

Tension de la bobine et valeur nominale des contacts

Il s'agit de deux des spécifications électriques les plus importantes.

• Tension de la bobine: Il s'agit de la tension nécessaire dans le circuit de commande qui sera assurée lorsque la bobine du relais est alimentée. La valeur nominale doit correspondre à la tension de l'entrée de votre commande (par exemple 5V, 12V, 24V DC comme signal).
• Cote de contact: Il s'agit de la tension nominale et de l'intensité maximale que les contacts physiques du relais peuvent supporter en toute sécurité. Elle est normalement exprimée en ampères (A) à une tension donnée et au type de charge électrique desservie (par exemple, 10A à 250V AC). Une lecture supérieure à la valeur nominale du contact peut entraîner une augmentation de la résistance du contact, générer une sorte de chaleur et provoquer une défaillance.

Principaux types de relais par construction

Bien que tous les relais aient une fonction de commutation, la manière dont ils ont été structurés à l'intérieur est le facteur décisif pour définir leurs paramètres de performance, leur besoin en courant faible et leur applicabilité à divers réseaux électriques. La connaissance des cinq principaux types de relais aidera à prendre une décision efficace.

Relais électromagnétiques (EMR)

Les plus traditionnels et les plus connus sont les relais électromagnétiques. Ils fonctionnent selon la loi de la force magnétique, comme expliqué ci-dessus, qui déplace physiquement les contacts physiques. Lorsqu'ils sont ouverts, ils présentent un véritable espace d'air entre les contacts, ce qui garantit une très bonne isolation électrique. Cela les rend insensibles aux transitoires sur les lignes de transmission et les disjoncteurs. Ils sont capables de commuter l'électricité en courant alternatif et en courant continu, tendent à être bon marché, mais présentent l'inconvénient de n'être aussi rapides que le système de commutation mécanique et d'avoir une durée de vie limitée puisque la position des contacts peut s'user.

Relais à semi-conducteurs (SSR)

Un relais à semi-conducteurs est un dispositif de commutation plus moderne, qui n'a pas de contacts réels. Au lieu d'une simple bobine, ils utilisent des semi-conducteurs pour alterner le flux de courant, le signal d'entrée étant couplé via un optocoupleur comme forme d'isolation. Les relais SSR consomment peu d'énergie, ne génèrent pas de bruit, sont rapides et robustes. Cependant, ils possèdent leur propre résistance de contact, peuvent nécessiter un refroidissement en raison de la température ambiante et sont plus coûteux.

Relais de surcharge thermique

Les relais de surcharge thermique sont des relais de protection qui protègent les moteurs contre les surintensités. Ils fonctionnent grâce à un courant électrique qui chauffe un morceau de bilame. Lorsque la charge électrique est excessive, le type de chaleur qui en résulte fait plier la bande, ce qui modifie le lieu de contact et la suppression de la charge. Canalisation Les caractéristiques de fonctionnement des relais temporisés leur permettent de faire passer de courts courants d'appel sans se déclencher inutilement.

Relais Reed

Un relais à lames est une forme particulière de relais dont les contacts sont constitués de deux lames ferromagnétiques enfermées dans du verre. Ils sont placés dans une bobine qui, lorsqu'elle est alimentée, rapproche magnétiquement les anches. Cette bobine est hermétiquement protégée contre les conditions environnementales telles que la saleté et l'eau. Applications rapides et à faible consommation d'énergie où un faible courant est nécessaire : ils sont petits, rapides, fiables mais ont un faible courant nominal.

Relais hybrides

Les relais hybrides peuvent être utilisés pour contenir un dispositif de relais électronique et un relais EMR dans une seule unité, dans laquelle un SSR peut être utilisé pour effectuer des commutations à court terme et laisser le relais EMR pour maintenir le courant électrique. Cela permet de minimiser la force contre-électromotrice et les arcs électriques lors de la commutation, ainsi que de garantir un flux de courant efficace et une faible consommation d'énergie.

Différents types de relais : Comparaison

Le choix entre les deux types de relais nécessite une bonne compréhension des compromis. Le tableau ci-dessous présente une comparaison directe des types de relais les plus courants en fonction des principaux indicateurs de performance.

En résumé, vous préférerez utiliser un relais statique, même pour des raisons de coût, lorsque votre application nécessite une faible perte de puissance, une vitesse de commutation et une longue durée de vie. Les relais EMR sont rentables pour les applications générales à forte puissance. Un interrupteur à lames est idéal pour les équipements sensibles où l'espace est compté.

Comment choisir le bon relais : Un guide en 4 étapes

Ayant une bonne connaissance du type de relais et de leurs paramètres, vous pouvez maintenant vous appuyer sur la procédure systématique de choix d'un composant idéal.

Étape 1 : Définissez votre charge (CA/CC, tension, courant)

Décrivez la charge électrique que vous souhaitez commuter. Déterminez s'il s'agit d'un courant continu ou alternatif, sa tension nominale et son intensité nominale. Un relais doit toujours avoir un calibre dépassant largement celui de la charge, avec une marge de sécurité, en particulier lorsque la charge est constituée de lignes de transmission inductives ou de disjoncteurs.

Étape 2 : Déterminer votre signal de contrôle

Examinez vos données sur le contrôle. Quelle est la disponibilité de la tension de la source d'alimentation pour alimenter le relais ? Assurez-vous que le courant électrique disponible pour alimenter la bobine du relais ou le semi-conducteur est suffisant au niveau de votre circuit de commande.

Étape 3 : Tenir compte de la fréquence et de la durée de vie des commutations

Quelle est la fréquence de commutation du relais ? Un relais à semi-conducteurs ou un relais à verrouillage peut être mieux adapté à un fonctionnement continu ou fréquent. Lorsque la commutation ne doit pas être fréquente, un relais EMR peut être utilisé.

Étape 4 : Évaluer les contraintes environnementales et physiques

Pensez à la température ambiante, au bruit, aux vibrations, aux besoins en relais temporisés et à l'espace disponible sur la carte. Sélectionnez le type de relais qui répond à ces besoins en termes d'environnement et de mécanique, sans résistance de contact élevée ni production de chaleur importante.

Application pratique et schéma de câblage

Mettons cela en pratique avec un projet de loisir : Contrôler une lampe avec un Arduino et un module relais.

Circuit de contrôle :

• Module VCC → Arduino 5V
• GND du module → GND de l'Arduino
• Module IN → Arduino Digital Pin (par exemple, Pin 7)

Circuit d'alimentation :

• Coupez le fil sous tension.
• Une extrémité → borne COM du relais.
• Autre extrémité → borne NO du relais.

Lorsque l'Arduino envoie un signal HIGH signal d'entrée, il alimente le relais, fermant ainsi la porte de l'appareil. contacts physiques et en complétant le circuit de charge, et allume la lampe. Lorsque le signal passe au niveau BAS, le relais retourne à son état initial. position normale, ouvrant ainsi le circuit.

Des relais de qualité pour votre application

Lorsque vous avez défini vos besoins, il est temps de trouver des pièces authentiques de haute qualité. Outre le prix, il convient de tenir compte de la réputation du fabricant, des pièces d'origine et des fiches techniques élaborées. Lorsqu'il s'agit d'une utilisation industrielle pour laquelle une qualité régulière et un large choix sont souhaités, des fournisseurs tels que OMCH à omch.com, n'ont pas de prix. Les EMR à usage général ainsi que les relais avancés, à semi-conducteurs, les relais à verrouillage et les relais de protection nécessitent un fournisseur spécialisé sur lequel on peut compter pour garantir leurs performances.

Dernière réflexion

En résumé, le relais, sous ses différentes formes, est l'exemple même d'une grande esthétique technique. En se familiarisant avec ses principes, en apprenant sa terminologie et en étant conscient des avantages uniques de chaque type, on en fait un excellent outil de conception. L'adoption d'une approche systématique pour la sélection d'une pièce garantit non seulement le bon fonctionnement de la pièce, mais aussi la conception la plus performante, la plus sûre et la plus durable de votre produit. Peu importe que vous fabriquiez des circuits électriques complexes dans une industrie ou que vous soyez un amateur faisant quelques expériences, le relais correct est toujours la base d'un projet réussi.