Relais mécaniques : aperçu

(Source de l'image : Panasonic)

Notre service d'ingénierie des applications reçoit régulièrement des appels de clients totalement dépassés par les tonnes d'informations contenues dans les fiches techniques des relais, ou qui ne savent absolument pas comment trouver le bon relais pour leur application. Cet article de blog traite des relais mécaniques et de la terminologie associée. J'aborderai les relais statiques dans un prochain article.

Commençons par les principes de base. Les relais mécaniques sont constitués d'une bobine (électro-aimant) et de contacts. La bobine est activée lorsque la tension adéquate est appliquée et que le courant la traverse. Une fois la bobine activée, elle exerce une force sur le contact commun (COM) qui engendre son mouvement, ce qui entraîne sa connexion au contact normalement ouvert (NO). Pour voir comment cela fonctionne et avoir un meilleur aperçu des composants internes, regardez cette vidéo :

Le but principal de l'utilisation d'un relais consiste à commuter à distance des charges de courant élevé, à contrôler une charge de courant élevé avec un microcontrôleur ou un capteur, à isoler électriquement un circuit de commande basse tension du circuit qu'il commande, etc.

La terminologie est l'un des éléments qui posent le plus de problèmes aux utilisateurs de relais. Ci-dessous, j'ai détaillé certains des termes les plus courants et la partie du relais à laquelle ils se rapportent.

Les termes répertoriés en premier sont tous ceux qui font référence à la bobine ou à l'entrée.

Tension de la bobine (« tension nominale de la bobine ») : il s'agit de la tension nominale que la bobine peut accepter.

Courant de la bobine (« courant nominal de la bobine ») : il s'agit de la valeur du courant qui doit circuler dans la bobine lorsque la tension de bobine appropriée est appliquée.

Tension de fonctionnement requise (« tension d'amorçage » ou « tension d'appel ») : il s'agit de la tension minimale requise par la bobine pour que tous les contacts fonctionnent.

Tension de relâchement requise (« tension minimale de régulation ») : il s'agit du seuil de tension maximum qui exige que tous les contacts reviennent à leur état de repos.

Type de bobine (« désignation de la bobine ») : il existe deux types de bobines, avec verrouillage et sans verrouillage.

• Sans verrouillage : s'active uniquement lorsque le courant circule et revient à sa position de repos une fois le flux de courant interrompu. Par exemple, les contacts SPST-NO se ferment lorsque le courant est appliqué et s'ouvrent une fois qu'il est interrompu.
• Avec verrouillage : s'active lorsque le courant commence à circuler et reste activée même après l'interruption du flux de courant. Le seul moyen de revenir à la position de réinitialisation consiste à inverser le flux de courant.

(Source de l'image : KEMET)

La figure ci-dessus montre d'abord le relais sans verrouillage qui, comme vous pouvez le constater, ne présente pas de position d'activation ou de réinitialisation pour la bobine. Le deuxième élément est un relais à verrouillage à bobine simple qui indique la polarité positive de la broche 1 et négative de la broche 12 pour activer la bobine, et la polarité négative de la broche 1 et positive de la broche 12 pour réinitialiser la bobine. Le troisième élément est un relais à verrouillage à bobine double qui est similaire au relais à verrouillage à bobine simple, à l'exception de la seconde bobine qui sert à la réinitialisation.

Tension maximale appliquée : il s'agit de la tension maximale déterminée par le fabricant pouvant être appliquée à la bobine pendant de longues périodes sans entraîner de dommages ni de pannes. Certains fabricants indiquent une tolérance pour permettre des pointes de tension pendant une certaine durée.

Les termes suivants se rapportent aux contacts ou à la sortie.

Forme de contact : ce terme concerne les pôles et les directions de la partie du relais dédiée à la commutation. La terminologie est la même pour les commutateurs. Le pôle est l'entrée du commutateur. Le nombre de pôles détermine le nombre de circuits individuels que le commutateur peut commander. La direction est la sortie du commutateur. SPST (unipolaire unidirectionnel) est la forme de contact la plus simple : une entrée, une sortie. Les sorties peuvent être NO (normalement ouvertes) ou NC (normalement fermées). (Par exemple, un relais SPST-NO n'active que la sortie et ferme le circuit lorsque la bobine est alimentée, sinon il reste ouvert jusqu'à ce qu'à son activation.) SPDT (unipolaire bidirectionnel) présente une entrée et deux sorties. DPST (bipolaire unidirectionnel) correspond à deux SPST en un. Il existe de nombreuses combinaisons de pôles et de directions, mais les définitions ci-dessus expliquent globalement le concept.

(Source de l'image : Digi-Key Electronics)

Tension de commutation : il peut s'agir de la tension de commutation maximale (la tension la plus élevée que le contact peut commuter sans dommage) ou nominale (la tension privilégiée sur laquelle est basée la durée de vie estimée).

Courant nominal de contact : il s'agit du courant maximum pouvant être commuté par les contacts en toute sécurité. Il est préférable de choisir un courant nominal plus élevé pour réduire la contrainte au niveau des contacts.

Les termes suivants se rapportent aux caractéristiques électriques ou mécaniques.

Temps de relâchement (« temps de réinitialisation ») : temps nécessaire aux contacts pour revenir à leur état normal dès que la bobine n'est plus alimentée.

Rebondissement des contacts : temps (en ms) qui s'écoule lors de la commutation en raison de la collision des composants métalliques.

Durée de vie mécanique : il s'agit du nombre minimum de fois où le relais est censé s'activer dans des conditions normales, définies par le fabricant.

Les relais mécaniques sont par nature très simples, mais peuvent facilement devenir un casse-tête si vous n'avez pas l'habitude d'en utiliser. J'espère que cet article vous aidera la prochaine fois que vous aurez besoin d'un relais pour un projet.