Relais

Qu'est-ce qu'un relais ?

Un relais est un dispositif électromagnétique qui fonctionne en principe comme un interrupteur. Les relais sont commandés à l'aide d'un circuit électrique pour contrôler un autre circuit de travail indépendant. Les relais ont généralement deux positions de commutation. Ils sont souvent utilisés lorsqu'on souhaite contrôler un courant de travail puissant à l'aide d'un courant faible.

Le relais a été inventé en 1835 pour développer la télégraphie électromagnétique. Dans sa forme originale, le relais était la solution pour régénérer les signaux faibles arrivant par les lignes. Cela a permis de transmettre les impulsions sur de plus longues distances. Depuis, les relais sont un composant essentiel de nombreuses commandes électriques et électroniques.

Le relais a également été utilisé dans le développement du premier ordinateur par Konrad Zuse en 1941. L'unité de calcul ainsi que la mémoire du « Z3 » ont été construites à partir de 2 000 relais. Cependant, à partir du milieu des années 1940, les relais dans les ordinateurs ont été largement remplacés par des tubes électroniques, puis plus tard par des transistors avec circuits intégrés.

Comment fonctionne un relais ?

Un relais se compose d'une bobine avec un noyau en fer, d'une culasse, d'un induit mobile avec une tige de séparation et de lames de contact sur lesquelles se trouvent des contacts électriques. Lorsqu'un courant traverse la bobine, un champ électromagnétique est généré et l'induit ferromagnétique à l'extrémité de la bobine est attiré. À un entrefer, une force s'exerce sur l'induit, ce qui fait commuter un ou plusieurs contacts du relais. Dès que la bobine n'est plus excitée, l'induit est ramené dans sa position initiale par la force d'un ressort. Tous les relais ont en commun la distinction entre la tension de commande et la tension de commutation. La tension de commande définit le déclenchement de l'opération de commutation en fonction d'une valeur minimale et maximale. Les tensions autorisées dans le circuit de commutation sont déterminées par la tension de commutation, qui est également divisée en valeurs minimales et maximales. Comme les relais sont capables de contrôler un circuit de sortie avec une puissance supérieure à celle du circuit d'entrée, ils peuvent être considérés, dans le sens large, comme des amplificateurs électriques. À ce titre, ils étaient autrefois utilisés en télégraphie comme une sorte de répéteur, qui, à partir d'un signal d'entrée faible, générait un nouveau signal plus fort à l'aide d'un courant externe.

À quoi servent les relais ?

Les relais peuvent remplir différentes fonctions :

• Un relais peut commuter une puissance élevée avec une faible puissance, même sur de longues distances. Par exemple, un relais permet d'activer un amplificateur puissant dans le coffre à l'aide d'un petit interrupteur sur le tableau de bord.
• Un relais peut isoler galvaniquement des circuits électriques. Par exemple, pour maintenir la tension dangereusement élevée d'un circuit de charge à l'écart du circuit de commande sensible.
• Un relais peut inverser un signal. Par exemple, un relais peut être utilisé pour éteindre les phares antibrouillard dès que les feux de route sont allumés.
• Un relais peut avoir plusieurs contacts et ainsi activer plusieurs consommateurs indépendants avec une seule commande.

Avantages des relais

• Faible résistance de contact de passage dans la plage des milliohms avec une faible capacité de la section de commutation
• Puissance de connexion élevée ou surcharge élevée
• La section de commutation doit moins souvent être protégée par un circuit de protection contre les courants d'induction de la charge commutée
• Résistance d'isolement élevée et tension de blocage élevée de la section de commutation (séparation galvanique sûre)
• Les relais ne nécessitent pas de refroidissement, contrairement aux relais à semi-conducteurs sous haute charge
• Les relais peuvent commuter des signaux très faibles jusqu'à des puissances haute fréquence élevées, avec peu de tendance aux diaphonies
• Les relais peuvent commuter des courts-circuits, selon le matériau des contacts et le courant de court-circuit, sans perdre leur fonction
• L'état de commutation est souvent visible à l'œil nu
• Robustesse face aux perturbations grâce à un comportement hystérétique marqué et à la robustesse de la bobine, qui supporte plusieurs fois une surtension sans dommage (CEM et ESD)

Inconvénients des relais

• Dépendance de la capacité d'isolement à la pression atmosphérique ou à l'altitude au-dessus du niveau de la mer (sauf pour les relais avec boîtier hermétiquement scellé)
• Sensibilité aux vibrations et aux chocs
• Bruit lors de la commutation
• Temps de réponse et de relâchement élevés (millisecondes par rapport aux micro- et nanosecondes des semi-conducteurs, c'est-à-dire trois à six ordres de grandeur)
• Selon le matériau des contacts, la résistance de contact de passage peut changer avec la durée de vie en fonction de la charge commutée
• Usure inhérente (électrique et mécanique), c'est-à-dire qu'il faut toujours comparer le nombre maximal de commutations possibles à la durée de vie de l'assemblage
• Apparition d'arcs électriques lors de la mise sous et hors tension
• Apparition de tensions d'auto-induction lors de la coupure de la bobine – généralement captées par un circuit de protection

Types et modèles de relais

Il existe de nombreux types de relais différents, selon par exemple le principe de construction, le nombre de contacts, leur courant admissible, le type de courant de fonctionnement ou le temps d'activation et de désactivation. Lorsque les relais contrôlent de grandes puissances, on les appelle également « contacteurs » au lieu de relais.

Voici les principaux types de relais :

• Relais à armature
• Relais à courant alternatif
• Relais temporisés
• Relais à lames souples (Reed)
• Relais à noyau mobile
• Relais à maintien de position
• Relais à semi-conducteurs