Les relais sont des dispositifs électromécaniques qui fonctionnent comme des interrupteurs, selon le principe de l'attraction électromagnétique pour contrôler les circuits électriques et permettre à des signaux de faible puissance de gérer des systèmes de forte puissance de manière sûre et efficace.
Structure et symboles des relais
Crédit à OMRON
Les relais électromagnétiques se composent de trois éléments principaux : une bobine électromagnétique, une armature mobile et des contacts. La bobine, généralement constituée d'un fil isolé enroulé autour d'un noyau de fer, génère un champ magnétique lorsqu'elle est alimentée. L'armature, une pièce en fer mobile, est attirée par ce champ magnétique, ce qui modifie l'état du relais.
Les symboles de relais dans les schémas électriques représentent ces composants et leurs fonctions :
- Symboles de la bobine : Souvent représenté sous la forme d'un cercle ou d'un ovale à deux bornes.
- Symboles de contact : Représentées par des lignes qui peuvent être ouvertes (normalement ouvertes, NO) ou fermées (normalement fermées, NC).
- Armature : Représenté par une ligne reliant la bobine aux contacts.
Les symboles de relais les plus courants sont les suivants
- SPST (Single Pole Single Throw) : Un contact commutable.
- SPDT (Single Pole Double Throw) : Un contact commutable avec deux positions possibles.
- DPST/DPDT : Versions bipolaires avec deux jeux de contacts.
Ces symboles normalisés permettent aux ingénieurs de comprendre rapidement les configurations des relais dans les schémas de circuit, ce qui facilite la conception et le dépannage des systèmes électriques.
Principe de fonctionnement du relais
Le principe de fonctionnement d'un relais repose sur l'interaction entre les champs électriques et magnétiques. Lorsque le courant traverse la bobine du relais, il génère un champ magnétique qui attire une armature mobile. Cette armature est reliée à un ou plusieurs contacts qui, selon la configuration du relais, ouvrent ou ferment des circuits électriques. Le processus comprend
- Alimenter la bobine avec un signal électrique
- Création d'un champ magnétique autour de la bobine
- Mouvement de l'armature dû à l'attraction magnétique
- Commutation des contacts pour contrôler le circuit
- La mise hors tension de la bobine entraîne le retour de l'armature à sa position initiale, souvent assisté par un mécanisme à ressort.
Ce mécanisme simple mais efficace permet aux relais de servir d'intermédiaires entre les circuits de commande de faible puissance et les circuits de charge de forte puissance, ce qui les rend inestimables dans diverses applications électriques et électroniques.
Mécanisme d'attraction électromagnétique
Au cœur du fonctionnement d'un relais se trouve l'attraction électromagnétique, qui constitue la base de son mécanisme de commutation. Lorsqu'un courant électrique circule dans la bobine du relais, il génère un champ magnétique qui exerce une force sur une armature mobile. Cette armature est mécaniquement liée aux contacts du relais, ce qui entraîne leur ouverture ou leur fermeture en fonction de la configuration du relais. L'intensité du champ magnétique, et par conséquent la force agissant sur l'armature, est directement proportionnelle au courant circulant dans la bobine. Lorsque la bobine est hors tension, un mécanisme à ressort ramène généralement l'armature et les contacts à leur position initiale, réinitialisant ainsi le relais. Cette interaction élégante entre les composants électriques et mécaniques permet aux relais de contrôler efficacement des circuits de grande puissance à l'aide de signaux de faible puissance, ce qui les rend essentiels dans diverses applications où la sécurité et l'automatisation sont primordiales.
Contacts normalement ouverts ou fermés
Les relais peuvent être configurés avec différents types de contacts, principalement des contacts normalement ouverts (NO) et normalement fermés (NC). Dans les configurations NO, le circuit reste ouvert lorsque le relais n'est pas alimenté et se ferme lorsqu'il est alimenté. Inversement, les configurations NC maintiennent un circuit fermé lorsque le relais n'est pas alimenté et ouvert lorsqu'il est alimenté. Cette polyvalence permet d'adapter les relais à diverses applications, telles que la commande de circuits de forte puissance ou la mise en œuvre de mécanismes de sécurité. Le choix entre les contacts NO et NC dépend des exigences spécifiques du système, ce qui permet aux ingénieurs de concevoir des circuits qui répondent de manière appropriée à la fois aux conditions de fonctionnement normales et aux défaillances potentielles.
Principales fonctions des relais
Les relais remplissent de multiples fonctions critiques dans les systèmes électriques, améliorant la sécurité et permettant des mécanismes de contrôle sophistiqués. Ils agissent comme des contrôleurs de circuits, permettant l'automatisation de divers dispositifs en activant et désactivant les circuits sur la base de signaux de commande. En outre, les relais assurent une protection cruciale en coupant l'alimentation lorsque des conditions dangereuses sont détectées, protégeant ainsi les circuits contre les surcharges.
Ces dispositifs polyvalents facilitent également l'isolation des signaux, empêchant les interférences entre différentes sections de circuit, et permettent à des dispositifs de faible puissance tels que les microcontrôleurs de contrôler des charges de forte puissance telles que des moteurs ou des appareils de chauffage sans connexion électrique directe. Dans les systèmes complexes, les relais peuvent intégrer plusieurs signaux de commande, ce qui permet de mettre en place des systèmes d'automatisation et de commande avancés dans diverses applications.
Types de relais
Il existe différents types de relais, chacun étant conçu pour des applications et des conditions de fonctionnement spécifiques. Parmi les types les plus courants, on peut citer
- Relais électromagnétiques : Le type le plus basique et le plus répandu, fonctionnant sur le principe de l'attraction électromagnétique.
- Relais à semi-conducteurs (SSR) : Ils utilisent des semi-conducteurs pour la commutation, offrant un fonctionnement plus rapide et une durée de vie plus longue que les relais électromagnétiques.
- Relais Reed : Utiliser un interrupteur à lames enfermé dans un tube de verre, connu pour ses vitesses de commutation rapides et sa faible résistance de contact.
- Relais temporisés : Incorporer un mécanisme de temporisation avant d'activer ou de désactiver les contacts, utile pour le séquençage et le contrôle des processus.
- Relais à verrouillage : Ils conservent leur position après la coupure de l'alimentation, ce qui est idéal pour les applications d'économie d'énergie.
Les relais sont également classés en fonction de la configuration de leurs contacts : unipolaires unidirectionnels (SPST), unipolaires bidirectionnels (SPDT) et bipolaires bidirectionnels (DPDT), chacun offrant des capacités de commutation différentes. Le choix du type de relais dépend de facteurs tels que la vitesse de commutation, la puissance requise, les conditions environnementales et les besoins spécifiques de l'application.
