Les relais électriques peuvent être divisés en deux catégories, à savoir les relais électromécaniques et les relais statiques.
Relais électromécaniques
Les relais électromécaniques sont des dispositifs de nature électromagnétique qui convertissent le flux magnétique généré par le signal CC ou CA de faible puissance d'entrée autour des relais, en force mécanique utilisée pour faire fonctionner les contacts électriques dans les relais. Les relais électromécaniques les plus couramment utilisés ont un circuit ; enroulé autour d'un noyau de fer absorbant; qui est connu sous le nom de circuit primaire.
Le noyau de fer comporte à la fois une partie fixe appelée joug et une armature qui est une partie mobile à ressort, qui ferme l'entrefer entre l'armature mobile et la bobine électrique fixe, complétant ainsi le circuit du champ magnétique. L'armature ferme les contacts qui y sont attachés et peut se déplacer librement entre le champ magnétique généré grâce à sa position pivot ou articulée. Un ou plusieurs ressorts sont connectés entre l'armature et la culasse pour générer la course de retour afin de restaurer les connexions dans leur position d'origine lorsque la bobine du relais est hors tension ou est dans son état désactivé.
Construction de relais électromécanique
La figure ci-dessus montre le relais simple qui possède deux jeux de contacts électriquement conducteurs. Les relais peuvent être « normalement ouverts » ou « normalement fermés ». La paire de contacts est caractérisée comme des contacts normalement ouverts ou à fermeture, et une paire est caractérisée comme des contacts normalement fermés ou ouverts. Dans les contacts normalement ouverts, les contacts sont ouverts lorsqu'il n'y a pas de puissance d'entrée, ils sont fermés uniquement lorsqu'il y a un courant de champ, tandis que dans les contacts normalement fermés, les contacts sont fermés lorsqu'il n'y a pas de puissance d'entrée, ils sont ouverts uniquement lorsqu'il y a une courant de champ. Ces termes sont utilisés par défaut pour les circuits hors tension qui sont à l'état désactivé.
Les contacts des relais sont des pièces de métal électriquement conductrices. Lorsqu'ils se touchent, ils complètent le circuit et conduisent le courant à travers le circuit, tout comme les interrupteurs. À l'état ouvert, ils ont une très haute résistance en méga ohms et agissent comme un circuit ouvert, tandis qu'à l'état fermé, ils agissent comme un interrupteur fermé. Idéalement, ils devraient avoir une résistance nulle, mais il y a toujours une certaine résistance de contact. qui est appelée « résistance ON ».
Les nouveaux contacts et relais ont une très faible résistance à l'état passant car leurs pointes sont soignées et neuves, mais avec le temps, cette résistance augmentera. Un effet d'arc est observé dans les contacts, appelé dommage aux pointes des contacts s'ils ne sont pas correctement protégés contre les charges capacitives et inductives élevées. Comme le courant circulera à travers les contacts lorsqu'ils sont connectés, l'effet d'arc s'il n'est pas contrôlé continuera d'augmenter, augmentant ainsi la résistance, ce qui finit par entraîner des contacts déchirés et non conducteurs même lorsqu'ils sont à l'état fermé.
Pour réduire les effets d'arc et la haute « résistance à l'ON » des conducteurs et améliorer leur durée de vie, les pointes de conduite modernes sont fabriquées ou recouvertes de différents alliages d'argent. Certains d'entre eux incluent Ag (argent fin), AgCu (cuivre argenté), AgCdO (oxyde d'argent-cadmium), AgW (argent tungstène), AgNi (nickel argenté), alliages de platine, d'or et d'argent et AgPd (palladium argenté).
La longue durée de vie des contacts de relais peut être obtenue en utilisant la technique de filtrage, qui consiste à ajouter un réseau de condensateurs de résistance connu sous le nom de circuit d'amortissement en parallèle avec les pointes de contact du relais. Ce circuit RC court-circuitera la haute tension, ce qui finira par supprimer tout effet d'arc.
Classification des relais électromécaniques en fonction des types de contact
Comme NO et NC décrivent comment les contacts sont connectés, ils peuvent également être classés en fonction de leurs actions. Ils peuvent être réalisés en joignant un ou plusieurs contacts de commutation également appelés pôles, qui peuvent ensuite être connectés en alimentant les bobines du relais, donnant lieu à quatre types de contacts différents donnés comme suit :
| Taper | Description | Application |
| Unipolaire unidirectionnel (SPST) | Il est doté d'un pôle unipolaire et d'une sortie unique. Il sera soit fermé, soit complètement déconnecté, il n'y a pas d'intermédiaire. | Ils sont parfaits pour allumer et éteindre. |
| Unipolaire double jet (SPDT) | Il possède une seule entrée et deux sorties différentes. Il peut contrôler deux circuits différents via une seule entrée. | Ils sont utilisés dans les circuits de commande et les commutateurs de sortie des systèmes PLC. |
| Bipolaire unidirectionnel (DPST) | Il possède deux entrées et deux sorties. Chacune de ses bornes peut être soit en position off (ouverte), soit en position on (fermée). | Ils sont utilisés comme thermostats pour contrôler les charges de chauffage électrique. |
| Double pôle double jet (DPDT) | Il dispose de deux entrées et quatre sorties. Chacune des entrées correspond à deux sorties. Il peut contrôler deux circuits différents à la fois. | Ils sont utilisés dans la sélection de l'alimentation électrique et le contrôle de l'éclairage, etc. |
Les relais statiques
Les relais statiques ne comportent aucune pièce mobile, mais ils utilisent les caractéristiques optiques et électriques des semi-conducteurs statiques pour créer une isolation et exécuter des fonctions de commutation. Comme ils ne comportent pas de pièces mobiles contrairement aux relais électromécaniques, il n’y a pas d’usure des composants. Ils assurent également une isolation complète entre les contacts de sortie et d'entrée, ayant une résistance très élevée à l'état ouvert et très faible à l'état conducteur. Leur fonctionnalité est similaire à celle des relais électromécaniques, car ils effectuent également des opérations de commutation. Ils sont compatibles avec la plupart des familles logiques de circuits intégrés sans utiliser d'amplificateurs, de pilotes ou de circuits tampons supplémentaires, en raison de leurs faibles exigences en matière de puissance de contrôle d'entrée. Ils nécessitent cependant d’être convenablement montés sur des dissipateurs thermiques pour éviter toute surchauffe.
Relais statique
Au point de passage à zéro de la forme d'onde sinusoïdale CA, le relais statique de type CA s'allume et empêche les courants entrants élevés. Lors de la commutation de charges capacitives et inductives élevées, le circuit RC Snubber est utilisé pour éliminer le bruit et les pics transitoires de tension. Comme le dispositif de commutation de sortie est un relais à semi-conducteurs à semi-conducteurs, la chute de tension en sortie est très élevée, ce qui entraîne une demande de chaleur pour éviter la surchauffe et les dommages du circuit.
Modules d'interface d'entrée/sortie
Les modules d'interface d'entrée/sortie sont une conception spéciale de relais à semi-conducteurs à semi-conducteurs pour connecter des microcontrôleurs, des ordinateurs et des PIC à des commutateurs et des charges du monde réel. Il existe quatre types de base de modules d'E/S : sortie de niveau logique CMOS ou tension d'entrée AC/DC vers TTL, entrée logique CMOS vers une tension de sortie AC ou DC et TTL. Ces modules contiennent tous les circuits obligatoires pour fournir une isolation et une interface complète au sein d'un seul petit appareil. Ils sont accessibles sous forme de modules statiques séparés ou intégrés dans des appareils à 4, 8 ou 16 voies.
Tableau de comparaison entre les relais électromécaniques et à semi-conducteurs
Les relais électromécaniques utilisent des contacts mécaniques pour la commutation et comportent des pièces mobiles, tandis que les relais à semi-conducteurs utilisent des dispositifs semi-conducteurs pour la commutation et ne comportent aucune pièce mobile.
| Relais électromécaniques | Relais à semi-conducteurs à semi-conducteurs |
| Ils utilisent des champs magnétiques, des bobines, des ressorts et des contacts mécaniques pour effectuer la commutation. | Ils n’utilisent aucune pièce mobile, mais utilisent plutôt les propriétés optiques et électriques des semi-conducteurs à l’état solide. |
| En raison des pièces mobiles, les composants subissent des dommages. | Ils ne subissent pas l’usure des composants. |
| Ils ont un cycle de vie de contact limité et occupent une grande place. En outre, ils ont une vitesse de commutation lente. | Il n'y a pas de telles limitations d'espace plus grand et de vitesse lente. |
| Une tension avec une petite entrée peut être utilisée pour contrôler une grande tension de sortie. | Une tension avec une petite entrée peut être utilisée pour contrôler une grande tension de sortie. |
| Ils sont rentables. | Ils sont chers. |
| Ils peuvent commuter de petites charges de tension et des signaux haute fréquence tels que des signaux audio et vidéo. | Ils ne peuvent pas commuter des signaux de charges à haute fréquence et à faible tension tels que des signaux vidéo et audio. |
| Ils ont les applications les plus courantes dans les automobiles et les appareils électroniques domestiques, etc. | Ils ont les applications les plus courantes dans la commutation de charges CA telles que la gradation de la lumière, le contrôle de la vitesse du moteur, etc. |
Conclusion
Un relais électrique est un interrupteur qui active et désactive le circuit électrique via un signal électrique externe. Ils peuvent contrôler un courant électrique élevé grâce à un signal de faible puissance, également classés comme transducteurs, en raison de leur capacité à transformer une grandeur physique en une autre. Les relais électromécaniques utilisent des champs magnétiques, des bobines, des ressorts et des contacts mécaniques pour effectuer la commutation. En raison des pièces mobiles, les composants subissent des dommages.
Ils ont un cycle de vie de contact limité et occupent beaucoup de place. Ils ont également une vitesse de commutation lente, tandis que les relais à semi-conducteurs à semi-conducteurs n'utilisent aucune pièce mobile, utilisant plutôt les propriétés électriques et optiques des semi-conducteurs à semi-conducteurs. Ils ne subissent pas d’usure des composants, mais ils coûtent cher.