Introduction
Les relais se trouvent dans presque toutes les machines dotées d'un système électrique.
Des appareils ménagers comme les machines à laver et les réfrigérateurs aux applications industrielles telles que les pompes à carburant, la commande de moteur et bien d'autres. Les relais sont utilisés pour contrôler les appareils à haute tension et à courant élevé.
Dans cet article, nous examinerons en profondeur relais électromagnétiques, leur principe de fonctionnement, leurs caractéristiques et le type de relais que l'on retrouve dans les applications d'automatisation industrielle.
Qu'est-ce qu'un relais électromagnétique ?
Un relais électromagnétique est un dispositif de commutation qui utilise un aimant pour allumer ou éteindre l'interrupteur. Ils appartiennent à la catégorie des appareils électromécaniques.
Les appareils électromécaniques utilisent des contacts physiques pour commuter les sorties. En raison des mouvements qui se produisent à l'intérieur de l'interrupteur, ils émettent un son caractéristique de « tic-tac » pendant le fonctionnement.
Les relais sont utilisés pour contrôler une charge électrique plus importante à l'aide d'un petit signal d'entrée. Par exemple, l'entrée d'un petit bouton poussoir peut activer un relais et ainsi commander un gros moteur à induction ; où le bouton poussoir seul n'est pas suffisant pour allumer/éteindre le moteur directement.
Un relais se compose essentiellement d'une bobine et d'un ensemble de contacts mobiles montés sur ressort. Il existe plusieurs types de relais en fonction de leur construction et de leur mode de fonctionnement. Examinons les fonctionnalités de base d'un relais électromagnétique.
Comment fonctionnent les relais électromagnétiques ?
Il existe plusieurs types de relais. En raison de la simplicité de construction, regardons le relais de type induit attiré et comment il fonctionne. Le schéma ci-dessous montre la construction typique d'un tel relais, qui a une configuration unipolaire à deux directions (SPDT).
Les principaux composants d'un relais sont les solénoïde/électro-aimant, ensemble armature-ressort et par Contacts. Discutons de leurs tâches individuelles et de la façon dont ils travaillent ensemble pour agir comme un interrupteur.
Le solénoïde (également connu sous le nom d'électro-aimant) est une bobine de cuivre enroulée autour d'un matériau ferromagnétique. Il s'agit généralement d'un noyau de fer solide. Lorsqu'une tension est appliquée à la bobine, un champ magnétique est généré autour de la bobine.
Le noyau de fer concentre ce champ magnétique pour devenir un aimant jusqu'à ce que la tension de la bobine soit supprimée.
Les solénoïdes fonctionnent généralement avec du courant continu et ne sont pas compatibles avec les sources AC. Cependant, il existe également des relais fonctionnant en courant alternatif.
Les relais CA ont un composant supplémentaire dans l'électro-aimant nommé « anneau d'ombrage ». Cela empêche l'électro-aimant de se démagnétiser chaque fois que l'alimentation CA franchit le point zéro. Par conséquent, l'armature peut rester attirée par l'électro-aimant tant que la bobine est sous tension.
L'ensemble armature-ressort est le composant mobile qui se trouve dans un relais. L'armature est positionnée de telle sorte que lors de la mise sous tension de l'électroaimant, il puisse dévier l'armature vers elle.
Un ressort de rappel est en place pour garantir que l'armature revient à sa position initiale lorsque la bobine n'est pas sous tension. L'armature est conductrice car elle doit transporter le courant de commutation de la borne commune aux bornes de sortie.
Les contacts sont les prochaines pièces les plus importantes et les plus maltraitées dans un relais. Lors de la commutation d'une charge, l'armature déplace les contacts entre les contacts fixes. Cela provoque la génération d'étincelles. Si la charge commutée est une charge hautement inductive telle qu'un moteur, parfois des arcs peuvent également être observés.
Par conséquent, le matériau de contact est choisi pour résister à la corrosion électrique. Habituellement, ils sont faits d'argent nickel, d'oxyde de cadmium d'argent et d'oxyde d'argent et d'étain.
Une fois la bobine sous tension, l'électro-aimant s'active. Cela amène l'armature à être attirée vers l'électro-aimant, qui à son tour fait la connexion entre le contact commun et le contact normalement ouvert.
En même temps, la connexion entre le contact normalement fermé et le contact commun est coupée.
Il existe plusieurs types de relais électromagnétiques disponibles. Certains d'entre eux sont utilisés pour contrôler des charges lourdes tandis que d'autres sont principalement utilisés comme dispositifs de protection.
Types de relais électromagnétiques
- Relais de type armature attiré
- Le relais de type à induit attiré est le type de relais électromagnétique le plus simple. Il existe deux types de relais à armature attirée : armature articulée ainsi que type de piston. Type d'armature articulée est la plus courante.
- Lorsque la bobine est alimentée, les contacts sont coupés/fermés selon le mode de sortie normalement ouvert/fermé.
- Les relais de type à armature attirée fonctionnent normalement en courant continu et une fois activés, les contacts ne reviennent pas à leur position initiale. Ils doivent être réinitialisés manuellement.
- Les relais électromagnétiques de type à armature attirée se trouvent dans les dispositifs de sécurité en tant que relais de protection contre les surintensités, les surtensions et les sous-tensions, et sont parfois également utilisés comme relais auxiliaires.
- Relais de type disque à induction
- Suivant le principe de l'induction électromagnétique et Le principe de Ferrari, les relais de type disque à induction sont principalement utilisés comme relais de protection dans les systèmes à courant alternatif.
- Lorsqu'il est sous tension, le disque à l'intérieur du relais commence à tourner. Le contact mobile tourne également avec le disque et peut entrer en contact avec le contact de champ, complétant ainsi le circuit. La désactivation du relais fait que le ressort fait tourner le disque dans le sens opposé et revient au point initial.
- Le relais de type disque à induction est spécialement conçu pour fonctionner avec des systèmes CA et ne fonctionne pas avec des alimentations CC continues.
- Relais de type coupe d'induction
- Les relais de type coupelle à induction sont similaires aux relais de type disque à induction. La principale différence est que dans le type à coupelle à induction, le disque rotatif dans le relais à disque est remplacé par une coupelle en aluminium en forme de C. Cela réduit l'inertie du disque et permet un fonctionnement plus rapide.
- Les relais de type coupelle à induction sont utilisés dans les applications à grande vitesse telles que les applications de comparaison directionnelle ou de phase. Ceci est possible grâce à leur sensibilité élevée, leur stabilité aux vibrations et leur faible inertie.
- Il existe deux principaux types de relais de type coupelle à induction : relais de réactance ou de type Mho (pour mesurer la réactance dans les circuits), relais directionnel ou de puissance (fournissent un couple maximal pour déclencher les contacts en cas de défaut).
- Relais de type balancier
- Les relais électromagnétiques à faisceau équilibré sont également un type de relais à armature attirée. Ils ont une charnière placée au milieu de l'armature plutôt qu'à une extrémité. Les deux extrémités ont des électro-aimants indépendants, l'un prouvant le couple de maintien (gauche) et l'autre fournissant le couple de fonctionnement (droite).
- En fonctionnement normal, la force d'attraction générée par l'électroaimant de retenue est suffisante pour que l'armature reste attirée vers lui. À son point, le champ de la bobine de fonctionnement est annulé par celle-ci. En cas de défaut où le courant de fonctionnement est élevé, la force d'attraction de l'électro-aimant de fonctionnement devient supérieure à celle de l'électro-aimant de retenue. Cela force le faisceau à dévier et entre en contact avec les contacts du circuit de déclenchement.
- Ces relais sont généralement plus rapides, mais les transitoires CC (pointes) peuvent également les déclencher. Par conséquent, ces relais ne sont pas couramment utilisés.
- Relais de type bobine mobile
- Parmi la famille des relais électromagnétiques, les relais de type bobine mobile sont les plus sensibles. Ils sont utilisés dans les applications de protection de distance et différentielle en raison de leur haute sensibilité et ne fonctionnent qu'avec des systèmes à courant continu. Pour les systèmes à courant alternatif, ils peuvent être installés ultérieurement à l'aide de circuits redresseurs supplémentaires.
- Dans ce type de relais, la bobine mobile peut être de type axial ou rotatif. Le type axial a deux fois la sensibilité que le type rotatif. La bobine est enroulée autour de la partie mobile (broche) comme le montre la figure ci-dessus. L'application de courant à travers la bobine la fait tourner en raison de la répulsion causée par les pôles de l'aimant permanent. La rotation amène le contact mobile à fermer les contacts du circuit de déclenchement.
- Relais de type fer mobile polarisé
- Les relais de type polarisé, comme leur nom l'indique, ont une bobine polarisée. Cela implique que le relais ne fonctionnera qu'avec une certaine polarité de tension appliquée à la bobine. Ce type de relais se trouve spécialement dans les applications à haute sensibilité où les systèmes fonctionnent sur des alimentations en courant continu.
- La construction de ces relais est similaire à celle des relais de type bobine mobile, mais les relais polarisants contiennent également des aimants permanents pour introduire la polarité dans la bobine.
Symbole de relais électromagnétique
Les relais électromagnétiques sont représentés de nombreuses manières dans les schémas électriques. Certains contiennent des symboles génériques et certains schémas peuvent avoir des symboles complexes, indiquant le type d'actionnement et le nombre de pôles/sorties des relais. Jetons un coup d'œil à certains des symboles de relais les plus courants trouvés dans les schémas électriques.
- Relais – Actionné par solénoïde – SPST
- Ce relais n'a qu'un seul contact à fermeture ou à ouverture. La partie gauche représente la bobine tandis que la partie droite représente les deux contacts de l'interrupteur. Parfois, la bobine est représentée comme indiqué dans l'image de droite. Les relais SPST ont 4 broches.
- Relais – SPDT – unipolaire bidirectionnel
- Ce relais est similaire au modèle SPST, mais a deux sorties. Lorsqu'elle n'est pas active, l'entrée COM est connectée à la sortie NC. Lorsqu'il est alimenté, le relais coupe le contact avec le NC et ferme le contact avec la sortie NO. Il a 5 broches au total.
- Relais – DPST – Bipolaire unidirectionnel
- Ce relais a deux interrupteurs isolés qui peuvent être utilisés pour deux tâches différentes. Il possède 6 broches dont les 2 broches pour la bobine.
Selon le nombre de broches, le nombre de pôles/jets et la technologie, de nombreux autres symboles standard sont utilisés dans les dessins électriques. Electrical-symbols a un guide complet sur ces symboles sur leur site de NDN Collective.
Applications de relais électromagnétiques
Les relais électromagnétiques sont utilisés lorsque de grandes charges électriques doivent être commutées à l'aide d'un petit signal. Les relais sont également utilisés pour fournir une isolation électrique entre les systèmes haute tension et basse tension afin de protéger les systèmes basse tension et les utilisateurs.
Les relais trouvent leurs applications dans,
- Automobiles
- Pompe à essence, klaxons, démarreurs, vipères de pare-brise
- Automatisation du bâtiment
- Systèmes de contrôle d'accès, ascenseurs, panneaux de contrôle
- Automatisation industrielle
- Contrôleurs de moteurs, contrôleurs d'éclairage, distribution et commutation d'alimentation électrique
- Appareils électroménagers
- Fours, machines à laver, climatiseurs intérieurs/extérieurs
Et beaucoup plus.
Combien de temps dure un relais électromagnétique ?
Étant donné que les relais contiennent des pièces mobiles et sont soumis à une connexion/déconnexion constante, ils ont une espérance de vie relativement inférieure à celle de leurs homologues à semi-conducteurs.
En règle générale, la première partie d'un relais à échouer sont les contacts. Selon FDA, les relais ont une durée de vie de 100,000 10 opérations pour leurs contacts et de XNUMX millions d'opérations au total.
Cependant, si les relais sont constamment soumis à de fortes charges, leur espérance de vie pourrait être beaucoup plus faible. Par exemple, si un relais est utilisé pour commuter des charges bien supérieures à sa valeur nominale, les contacts peuvent se dégrader plus rapidement et peuvent finalement fusionner, créant une situation dangereuse.
Comment tester un relais électromagnétique
Les relais électromagnétiques peuvent être testés à l'aide d'une charge ou d'un multimètre. La procédure pour vérifier un relais à l'aide du multimètre est la suivante :
- Réglez le mode multimètre sur continuité/sonnerie mode. Connecter les sondes aux bornes de la bobine du relais. Si le buzzer sonne, la bobine est OK et fonctionnelle.
Le test de la bobine peut également être effectué à l'aide du mode de mesure de résistance. Une bobine fonctionnelle aura une résistance d'environ 10-500 Ohms.
- Connectez les sondes aux bornes NO et COM. A ce stade, le buzzer ne doit pas sonner. Si le buzzer sonne, le relais est défectueux.
- De même, connectez les sondes aux bornes NC et COM. Le buzzer devrait maintenant sonner (si le compteur est en mode résistance, il devrait indiquer 0 Ohms.). Si ce n'est pas le cas, cela implique que le relais est défectueux.
Combien de broches possède un relais électromagnétique ?
Les relais électromagnétiques sont disponibles dans toutes les formes et tailles différentes. Selon leur configuration, les relais peuvent avoir un nombre de broches de 4, 5, 8 et parfois même plus. Il existe quelques configurations de relais largement disponibles :
- SPST – unipolaire unidirectionnel
- SPDT – unipolaire double jet
- DPST – unidirectionnel bipolaire
- DPDT – Double pôle double jet
En plus des bornes de contact, il y a deux bornes supplémentaires qui sont connectées à la bobine.
Conclusion
Les relais électromagnétiques sont l'un des types d'éléments de commutation les plus courants dans les systèmes d'automatisation. Ils sont utilisés pour contrôler des charges à haute tension et à courant élevé en utilisant des signaux de tension plus basse.
Les relais sont utilisés à la fois comme interrupteurs et dispositifs de sécurité. Comme alternative, il existe des relais statiques qui peuvent remplacer les relais électromécaniques, qui sont plus robustes et durables.
