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Un relais de contrôle de courant mesure le courant AC ou DC, le compare à un ou plusieurs seuils, applique une logique de temporisation et de réarmement, et modifie une sortie de commande lorsque la condition surveillée est anormale. La sortie peut commander un contacteur, informer un automate programmable ou actionner une alarme. Dans la plupart des applications, le relais de contrôle n'interrompt pas le courant de charge et ne coupe pas un défaut par lui-même.
Cela rend le contrôle de courant utile lorsque la charge électrique est un indicateur pratique de l'état de la machine. Une augmentation du courant peut indiquer un blocage ou une charge mécanique excessive. Une baisse du courant peut indiquer une marche à vide, une courroie cassée, une perte de charge ou un élément chauffant ouvert. La tâche d'ingénierie consiste à déterminer si le courant est un indicateur fiable du processus, puis à définir les seuils et les temporisations permettant de distinguer un défaut réel des transitoires de fonctionnement normaux.
Qu'est-ce qu'un relais de contrôle de courant ?
Un relais de contrôle de courant — également appelé relais de détection de courant ou relais de courant — est un dispositif de mesure et de décision utilisé dans un circuit de commande. Son rôle peut être résumé en cinq étapes :
- Mesurer : détecter le courant de charge directement ou via un capteur approprié.
- Comparer : tester la valeur mesurée par rapport à un seuil de surintensité, un seuil de sous-intensité, ou les deux.
- Qualifier par le temps : exiger que la condition persiste pendant une temporisation configurée.
- Changer l'état de sortie : actionner une sortie de commande électromécanique ou statique.
- Initier une réponse externe : laisser un contacteur, un automate programmable, une alarme ou tout autre dispositif de commande effectuer l'action requise.
Cette chaîne de signal constitue la distinction centrale entre la surveillance et l'interruption de puissance. Un relais peut initier une séquence d'arrêt, mais le dispositif sélectionné pour commuter ou protéger le circuit de puissance doit être dimensionné pour cette fonction distincte.
Comment fonctionne un relais de contrôle de courant
Le relais évalue en continu le courant surveillé, représenté ici par I, par rapport à une référence réglable ou fixe.
Surveillance de surintensité
Un relais de surveillance de surintensité démarre sa logique de temporisation lorsque I dépasse le seuil haut Imax. Si le courant reste au-dessus du seuil pendant la temporisation de déclenchement, la sortie change d'état. Si le courant revient dans la plage autorisée avant l'expiration de la temporisation, un relais correctement configuré n'émet pas de signal de défaut.
Cette temporisation permet d'ignorer le courant de démarrage d'un moteur, l'appel de courant d'un chauffage, les pics de coupe brefs ou d'autres transitoires attendus. Elle ne remplace pas une protection contre les courts-circuits ou les surcharges correctement coordonnée.
Surveillance de sous-intensité
Un relais de sous-intensité démarre sa logique de temporisation lorsque I tombe en dessous du seuil bas Imin. Un courant faible soutenu peut indiquer qu'un moteur a perdu sa charge mécanique, qu'une pompe fonctionne à sec, qu'une courroie a cassé ou qu'une branche de chauffage est ouverte. L'interprétation dépend de la machine : un courant faible est la preuve d'une charge électrique réduite, et non la preuve d'une défaillance mécanique spécifique.
Surveillance par fenêtre
Un relais de courant à fenêtre surveille les deux limites. Le courant est acceptable tant qu'il reste entre Imin et Imax. Passer en dessous de la limite inférieure ou au-dessus de la limite supérieure déclenche la logique de temporisation associée. La surveillance à fenêtre est utile lorsque la perte de charge et la surcharge sont toutes deux des états de défaut significatifs.
Le courant doit franchir un seuil pendant le délai configuré avant que la sortie ne change ; le comportement de réarmement est spécifique au modèle.
Pourquoi le niveau de réarmement et l'hystérésis sont importants
Si un relais se déclenchait exactement à la même valeur que celle à laquelle il se réarme, de petites fluctuations de courant près du seuil pourraient faire vibrer la sortie. Les fabricants définissent donc une limite de réarmement ou une hystérésis entre les conditions de fonctionnement et de relâchement. Certains modèles expriment cela sous forme de pourcentage du seuil ; d'autres publient des valeurs de seuil d'enclenchement et de déclenchement distinctes.
La réinitialisation peut être automatique après le retour du courant dans la plage autorisée, ou manuelle afin qu'un opérateur doive accuser réception de l'événement. Un délai de réinitialisation distinct peut également être disponible. Lisez toujours le diagramme temporel du modèle sélectionné : des étiquettes de face avant similaires peuvent produire des séquences de sortie différentes.
Ce qu'un relais de contrôle de courant fait — et ne fait pas
Un contrôleur de courant appartient à la couche de mesure et de contrôle. Il ne doit pas être considéré comme un remplacement automatique pour tout appareil lié au courant dans un tableau.
| Dispositif | Fonction principale | Ce qu'il apporte | Ce qu'il ne remplace pas automatiquement |
|---|---|---|---|
| Relais de contrôle de courant | Détecter une condition de courant et modifier une sortie de commande | Logique de seuil, de temporisation, de réinitialisation et de signalisation | Protection contre les court-circuits de dérivation ou dispositif de commutation de puissance |
| Transformateur de courant (TC) | Reproduire le courant à une valeur secondaire mise à l'échelle | Interface de mesure de courant isolée galvaniquement pour équipement compatible | Une décision de seuil complète et une sortie de commande |
| Relais de surcharge thermique | Répondre à une surcharge moteur prolongée selon un modèle thermique | Fonctions de protection contre la surcharge moteur et liées aux phases définies par l'appareil sélectionné | Surveillance de sous-courant de processus à usage général |
| Disjoncteur ou fusible | Interrompre le courant de défaut spécifié dans les limites de ses caractéristiques nominales | Protection contre les surintensités et isolation de circuit selon la conception | Interprétation de l'état du processus ou logique de commande réglable |
| Contacteur | Établir et couper une charge de manière répétée lorsque sa bobine est commandée | Commutation de puissance nominale | Détection de défaut ou protection contre les courts-circuits |
Les familles d'équipements ont également des contextes normatifs différents. La norme IEC 60255-1 couvre les exigences communes pour les relais de mesure et les équipements de protection ; la norme IEC 61869-2 traite des transformateurs de courant ; la norme IEC 60947-4-1 couvre les contacteurs, les démarreurs de moteur et les équipements de protection contre les surcharges associés ; et la norme IEC 60947-5-1 couvre les dispositifs électromécaniques de circuit de commande. Ces domaines d'application aident à classer les fonctions, mais la norme produit applicable et les règles d'installation doivent toujours être vérifiées pour le dispositif et le marché spécifiques.
Le relais surveille le courant et modifie une sortie de commande ; un dispositif externe effectue l'action de commande finale.
Pour une comparaison plus approfondie des rôles de commutation et d'interruption, voir Contacteur vs disjoncteur. Pour la protection thermique des moteurs, utilisez le Explication du relais de surcharge thermique guide.
Les quatre réglages qui déterminent le comportement
La plupart des erreurs de sélection ou de mise en service proviennent du fait de considérer le seuil de courant comme le seul réglage. En pratique, quatre paramètres déterminent la réponse.
1. Seuil de courant
Réglez le seuil à partir du fonctionnement normal mesuré, et non uniquement à partir de la plaque signalétique du moteur ou d'une estimation théorique de la charge. Enregistrez le courant pendant le démarrage, la charge stable, la charge minimale acceptable, la charge maximale acceptable et les changements de processus représentatifs. Placez le seuil suffisamment loin des variations normales pour éviter un déclenchement intempestif, mais assez près pour détecter l'état anormal visé.
2. Temporisation de déclenchement
La temporisation de déclenchement est la durée pendant laquelle une condition de courant anormal doit persister avant que la sortie ne change d'état. Une temporisation trop courte peut interpréter les courants d'appel ou les pics de processus comme des défauts. Une temporisation trop longue peut laisser persister un blocage, une marche à vide ou une perte de charge. La valeur correcte dépend de la constante de temps du processus et des conséquences d'une action retardée.
3. Condition de réarmement
Le réarmement automatique convient aux processus qui peuvent reprendre en toute sécurité après le retour du courant à la normale. Le réarmement manuel préserve l'indication de défaut et nécessite une confirmation. Lorsqu'un redémarrage automatique pourrait créer un danger, le comportement de réarmement doit être coordonné avec la conception de sécurité et de redémarrage de la machine ; un relais de surveillance n'est pas automatiquement un relais de sécurité.
4. Temporisation de réarmement ou logique de redémarrage
Une temporisation de réarmement empêche les cycles rapides après que le courant est revenu dans la plage normale. Elle peut également laisser le temps à une pression, un débit ou une condition mécanique de se stabiliser. La séquence de contrôle complète — incluant la chute du contacteur, la logique de l'automate, les alarmes et le redémarrage autorisé — doit être examinée plutôt que de configurer le relais de manière isolée.
Quand le courant est un signal de processus utile
La surveillance du courant est plus efficace lorsque la charge électrique varie de manière cohérente avec la condition mécanique ou le processus concerné.
| Condition de courant | Signification possible du processus | Réponse de contrôle typique | Vérification nécessaire |
|---|---|---|---|
| Le courant dépasse la normale | Blocage, grippage, avance excessive, demande de couple élevée | Alarme, arrêt contrôlé, séquence de déchargement | Confirmez que les pics de démarrage ou de coupure normaux ne chevauchent pas la zone de défaut |
| Le courant chute en dessous de la normale | Pompe fonctionnant à sec, courroie cassée, perte de charge mécanique | Arrêt de la pompe, alarme, basculement en mode veille | Confirmez qu'un faible débit ou un fonctionnement à vide produit un changement de courant reproductible |
| Le courant disparaît | Résistance chauffante ouverte, charge déconnectée, moteur arrêté | Indication de défaut ou verrouillage de processus | Distinguer l'état de commande à l'arrêt d'un circuit ouvert involontaire |
| Le courant reste à l'intérieur d'une fenêtre | Charge de fonctionnement prévue | Autoriser le fonctionnement ou confirmer l'état du processus | Valider la fenêtre en fonction de l'alimentation, de la température et de la variation du produit |
| Le courant fluctue autour d'une limite | Processus instable ou seuil mal séparé | Temporisation, hystérésis ou examen de diagnostic | Ne masquez pas une instabilité mécanique réelle en ajoutant uniquement un délai. |
Pompes et ventilateurs
Un sous-courant peut indiquer une perte de charge hydraulique ou aérodynamique, y compris certaines conditions de marche à sec. Une surcharge peut indiquer un blocage, des problèmes de roulement ou une pression excessive. Étant donné que le type de pompe, le contrôle de vitesse, les propriétés du fluide et le point de fonctionnement affectent le courant, les mesures de mise en service sont essentielles.
Convoyeurs, concasseurs et mélangeurs
La surveillance de la surcharge peut identifier un grippage prolongé ou une charge de matériau excessive. Un sous-courant peut signaler un accouplement rompu, une courroie cassée ou un produit manquant. Un délai de seuil doit permettre de passer les étapes de charge normales tout en agissant avant que la conséquence mécanique ne devienne inacceptable.
Radiateurs
La présence de courant peut confirmer qu'une branche de chauffage est sous tension. Une valeur inférieure aux attentes peut révéler un élément ouvert ou une étape défaillante dans un banc multi-éléments. Le courant seul ne confirme pas la température délivrée ; il complète donc un capteur de température et un dispositif de limitation de température plutôt qu'il ne les remplace.
Machines-outils et stations automatisées
Le courant peut fournir une signature de charge ou de fonctionnement à faible coût pour les broches, les actionneurs, les solénoïdes et autres charges. Il est mieux adapté aux processus répétables. Si les plages de courant de défaut et de courant normal se chevauchent considérablement, la surveillance des vibrations, de la pression, du débit, de la position ou de la puissance peut fournir un signal plus fiable.
Comment sélectionner un relais de contrôle de courant
Utilisez la séquence suivante pour transformer l'application en une spécification défendable.
1. Définissez d'abord la condition anormale
Exprimez l'événement du processus en langage clair : “ détecter un convoyeur bloqué ”, “ arrêter une pompe après une perte de charge prolongée ” ou “ confirmer que le chauffage consomme du courant après avoir été mis en marche ”. Décidez ensuite si la surveillance de surintensité, de sous-intensité, de perte de courant ou par fenêtre représente le mieux cet événement.
2. Faites correspondre le courant AC ou DC et la plage de mesure
Confirmez si le circuit surveillé est en AC ou DC, sa fréquence le cas échéant, ainsi que les courants minimum, normal, de démarrage et de défaut attendus. La plage de fonctionnement normal doit se situer confortablement dans la plage réglable du relais. Ne sélectionnez pas une plage uniquement parce que son maximum correspond à la valeur nominale de la charge.
Vérifiez également comment le relais mesure le courant. Les méthodes à réponse moyenne et à valeur efficace vraie (true-RMS) peuvent se comporter différemment avec des formes d'onde déformées, des commandes à angle de phase, des redresseurs et des variateurs de fréquence. Les instructions du fabricant déterminent si un relais donné est adapté à ces formes d'onde ou à ces emplacements.
3. Choisissez une mesure directe ou un capteur externe
Certains relais font passer le conducteur surveillé à travers l'appareil ou ses bornes de courant. D'autres systèmes utilisent un transformateur de courant ou un capteur externe. La mesure directe peut simplifier les applications à faible courant ; un capteur externe peut étendre la plage ou assurer une séparation. Le rapport du capteur, la charge, la précision, la polarité et les exigences de sécurité doivent être compatibles avec l'entrée du relais.
Lorsqu'un transformateur de courant (CT) conventionnel est utilisé, suivez la procédure de sécurité du circuit secondaire du fabricant du CT ; n'improvisez pas de tests ou d'installations en circuit ouvert.
4. Sélectionner les fonctions de surveillance et de réarmement
Spécifier la surintensité, la sous-intensité, la fenêtre, le réarmement manuel/à verrouillage ou le réarmement automatique. Vérifier si une inhibition au démarrage, des délais de déclenchement et de réarmement séparés, une mémorisation après coupure de l'alimentation et une logique de sortie à sécurité intégrée sont requis. La notation “ normalement ouvert ” ne suffit pas à expliquer l'état de la sortie en fonctionnement normal, en cas de perte de l'alimentation auxiliaire ou lors d'un défaut surveillé.
5. Vérifier l'alimentation auxiliaire
La tension d'alimentation du relais est distincte de la plage de courant surveillée. Confirmer l'alimentation AC ou DC, la tolérance autorisée, la fréquence, la consommation électrique et le comportement en cas de disparition de l'alimentation auxiliaire.
6. Concevoir l'interface de sortie
Identifier ce que la sortie va piloter : une entrée d'automate, un relais intermédiaire, une bobine de contacteur, une alarme ou un circuit d'arrêt. Vérifier la disposition des contacts, la catégorie d'utilisation nominale ou les données de commutation DC, la charge de commutation minimale, la durée de vie électrique et les exigences de suppression pour les bobines inductives. Une valeur d'ampérage principale ne prouve pas à elle seule l'adéquation pour une bobine de contacteur ou une charge DC particulière.
7. Vérifier la précision et l'environnement
Examiner la précision du seuil, la répétabilité, l'influence de la température, le temps de réponse, la catégorie d'installation, l'isolation, le boîtier, le degré de pollution, le montage, les vibrations et les approbations applicables. Utiliser le manuel de l'appareil actuel et les règles d'installation locales comme documents de référence.
Exemple VIOX FCC18 : faire correspondre la fonction à l'application
Les Relais de courant monophasé VIOX FCC18 illustre comment une gamme de produits peut séparer les tâches de surveillance de courant en quatre variantes fonctionnelles.
| Variante FCC18 | Fonction de surveillance publiée | Méthode de réarmement | Exemple de cas d'utilisation |
|---|---|---|---|
| FCC18-01 | Surintensité | Automatique après que le courant soit revenu en dessous de la limite de réarmement publiée | Détecter une surcharge prolongée ou un blocage |
| FCC18-02 | Sous-courant | Automatique après que le courant revient au-dessus de la limite de réarmement publiée | Détecter une perte de charge ou une condition de marche à vide où le courant est un indicateur valide |
| FCC18-03 | Surintensité et sous-intensité | Réinitialisation manuelle | Conserver un événement de courant élevé ou faible pour acquittement par l'opérateur |
| FCC18-04 | Surintensité et sous-intensité | Réarmement automatique | Surveiller une fenêtre de courant autorisée dans un processus à récupération automatique |
Across the family, VIOX publishes current-range variants spanning 0.05–0.5 A through 1.6–16 A and timing adjustments from 0.1 to 20 seconds. For its automatic-reset descriptions, the product page identifies return boundaries below 95% of the high threshold for overcurrent operation and above 105% of the low threshold for undercurrent operation. These figures describe the FCC18 family page; they should not be generalized to other current relays.
La variante correcte dépend toujours de la forme d'onde surveillée, des mesures de courant normal et anormal, de l'alimentation auxiliaire, du cycle de service de sortie, de la philosophie de réarmement, des conditions d'installation et de la documentation actuelle du produit. Parcourez la gamme de relais de courant VIOX lorsque la fonction de surveillance a été définie.
Mise en service sans déclenchements intempestifs
Un processus de mise en service rigoureux est plus fiable que l'estimation d'un pourcentage du courant nominal In.
- Le document indique : lister les états de commande d'arrêt, de démarrage, à vide, de minimum normal, de maximum normal et de défaut prévu.
- Mesurer le courant représentatif : inclure la tolérance d'alimentation, l'équipement chaud et froid, ainsi que la variation réaliste du produit ou du processus.
- Définir un seuil provisoire : préserver une marge claire entre la variation normale et la plage de défaut détectable.
- Réglez le délai utile minimal : laissez passer les transitoires légitimes tout en restant dans la durée de défaut maximale acceptable du processus.
- Testez la réponse complète : vérifiez l'indication du relais, l'état de sortie, l'action du contacteur ou de l'automate, le comportement de l'alarme et la séquence de réarmement.
- Testez la perte de l'alimentation auxiliaire : confirmez que l'état de sortie résultant correspond à la philosophie de contrôle.
- Enregistrez les réglages : documentez le seuil final, la temporisation, le mode de réarmement, les conditions de test et le résultat de l'acceptation dans les registres du tableau.
Si le courant normal et le courant de défaut se chevauchent, l'augmentation du délai peut réduire les déclenchements intempestifs mais ne peut pas créer de séparation de mesure. Reconsidérez l'emplacement du capteur, l'état de la machine utilisé pour l'évaluation ou la variable de processus surveillée.
Contrôle de courant vs contrôle de tension
Le courant répond à la question “ quelle est la charge électrique consommée par l'équipement ? ”. La tension répond à la question “ l'alimentation attendue est-elle présente et dans les limites ? ”. Ils révèlent des modes de défaillance différents. Un moteur bloqué peut conserver une tension d'alimentation normale tout en consommant un courant excessif ; une charge ouverte peut conserver une tension au point de contrôle tout en ne consommant aucun courant. Inversement, la séquence de phase, la perte de phase ou les limites de tension d'alimentation sont des tâches pour un dispositif de surveillance de tension ou de phase.
Utilisez la Guide des relais de surveillance de tension lorsque la variable principale est l'état de l'alimentation plutôt que le courant de charge. Certains systèmes nécessitent les deux mesures, l'automate ou le circuit de commande coordonnant leurs sorties.
Points clés pour l'ingénierie
Un relais de surveillance de courant est précieux car il convertit une signature de charge électrique en une décision de commande temporisée. Une application fiable dépend de cinq choix : le signal de processus correct, une plage et une méthode de mesure adaptées, des seuils séparés de la variation normale, des délais adaptés aux transitoires réels et une interface de sortie conçue pour le dispositif qui effectue l'action finale.
Considérez-le comme une couche dans l'architecture de contrôle et de protection. Maintenez la protection contre les courts-circuits, la protection contre les surcharges moteur, les fonctions de sécurité et la commutation de puissance assignées à des équipements conçus et dimensionnés pour ces tâches.
Sources utilisées
- VIOX FCC18-01/2/3/4 Relais de courant monophasé — fonctions, plages, temporisation et comportement de réarmement du produit propriétaire.
- Catégorie de produit Relais de courant VIOX — contexte de la famille de produits associée.
- IEC 60255-1:2022 — exigences communes et domaine d'application pour les relais de mesure et les équipements de protection.
- IEC 61869-2:2012 — exigences supplémentaires pour les transformateurs de courant.
- IEC 60947-4-1:2023 — domaine d'application pour les contacteurs, les démarreurs de moteur et les équipements associés.
- IEC 60947-5-1:2024 — domaine d'application pour les appareils électromécaniques de circuit de commande.
