Relais électromagnétique : appareil, marquage, types + détails de raccordement et de réglage
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Le variateur est généralement activé ou contrôlé par un signal de commande basse tension. Il est en outre classé comme dispositif binaire ou continu en fonction du nombre d'états stables. Ainsi, un relais électromagnétique est un entraînement binaire, prenant en compte deux états stables disponibles : marche - arrêt.
L'article présenté examine en détail les principes de fonctionnement d'un relais électromagnétique et le domaine d'utilisation des appareils.
Le contenu de l'article :
Bases de la conception des disques
Le terme « relais » est caractéristique des dispositifs qui assurent une connexion électrique entre deux ou plusieurs points via un signal de commande.
Le type de relais électromagnétique (EMR) le plus courant et le plus utilisé est la conception électromécanique.
Le schéma de contrôle fondamental de tout équipement offre toujours la possibilité de l'allumer et de l'éteindre. Le moyen le plus simple d'effectuer ces étapes consiste à utiliser des interrupteurs de verrouillage d'alimentation.
Des interrupteurs à commande manuelle peuvent être utilisés pour le contrôle, mais présentent des inconvénients. Leur inconvénient évident est le réglage physique des états « on » ou « off », c'est-à-dire manuellement.
Les dispositifs de commutation manuels sont généralement de grande taille, à action lente, capables de commuter de petits courants.
Les relais électromagnétiques, quant à eux, sont principalement représentés par des interrupteurs à commande électrique. Les appareils ont des formes et des dimensions différentes et sont répartis en fonction de leur niveau de puissance nominale. Les possibilités de leur application sont étendues.
De tels dispositifs, équipés d'une ou plusieurs paires de contacts, peuvent faire partie d'une conception unique d'actionneurs de puissance plus grands - des contacteurs, utilisés pour commuter la tension secteur ou les appareils à haute tension.
Principes fondamentaux du fonctionnement du DME
Traditionnellement, les relais de type électromagnétique sont utilisés dans les circuits de commande de commutation électriques (électroniques). Dans ce cas, ils sont installés soit directement sur les circuits imprimés, soit en position libre.
Structure générale de l'appareil
Les courants de charge des produits utilisés sont généralement mesurés depuis des fractions d'ampère jusqu'à 20 A ou plus. Les circuits relais sont répandus dans la pratique électronique.
La conception d'un relais électromagnétique convertit le flux magnétique généré par la tension AC/DC appliquée en force mécanique. Grâce à la force mécanique qui en résulte, le groupe de contact est contrôlé.
La conception la plus courante est une forme de produit qui comprend les composants suivants :
- bobine excitante;
- noyau d'acier;
- châssis de support ;
- groupe de contact.
Le noyau en acier comporte une partie fixe appelée bascule et une partie mobile à ressort appelée armature.
Essentiellement, l'induit complète le circuit de champ magnétique en fermant l'entrefer entre la bobine électrique fixe et l'induit mobile.
L'armature se déplace sur des charnières ou tourne librement sous l'influence du champ magnétique généré. Cela ferme les contacts électriques attachés aux raccords.
Généralement, un ou plusieurs ressorts de rappel situés entre le culbuteur et l'armature ramènent les contacts à leur position d'origine lorsque la bobine du relais est hors tension.
Fonctionnement du système électromagnétique de relais
Une conception EMR classique simple comporte deux jeux de contacts électriquement conducteurs.
Sur cette base, deux états du groupe de contact sont réalisés :
- Contact normalement ouvert.
- Contact normalement fermé.
En conséquence, une paire de contacts est classée comme normalement ouverte (NO) ou, dans un état différent, normalement fermée (NC).
Pour un relais avec une position de contact normalement ouverte, l'état « fermé » n'est atteint que lorsque le courant de champ traverse la bobine inductive.
Dans une autre option, la position normalement fermée des contacts reste constante lorsqu'il n'y a pas de courant d'excitation dans le circuit de la bobine. C'est-à-dire que les contacts du commutateur reviennent à leur position fermée normale.
Par conséquent, les termes « normalement ouvert » et « normalement fermé » doivent faire référence à l'état des contacts électriques lorsque la bobine du relais est hors tension, c'est-à-dire que la tension d'alimentation du relais est coupée.
Groupes de contacts de relais électriques
Les contacts de relais sont généralement des éléments métalliques conducteurs d'électricité qui se touchent et complètent un circuit, agissant de la même manière qu'un simple interrupteur.
Lorsque les contacts sont ouverts, la résistance entre les contacts normalement ouverts est mesurée comme une valeur élevée en mégaohms. Cela crée une condition de circuit ouvert lorsque le passage du courant dans le circuit de la bobine est éliminé.
Si les contacts sont fermés, la résistance de contact devrait théoriquement être nulle – résultat d'un court-circuit.
Cependant, cette condition n’est pas toujours respectée.Le groupe de contacts de chaque relais individuel présente une certaine résistance de contact à l'état « fermé ». Cette résistance est dite stable.
Caractéristiques du passage des courants de charge
Pour la pratique de l'installation d'un nouveau relais électromagnétique, la résistance du contact de commutation est faible, généralement inférieure à 0,2 Ohm.
Cela s'explique simplement : les nouvelles pointes restent propres pour l'instant, mais avec le temps la résistance de la pointe va inévitablement augmenter.
Par exemple, pour des contacts véhiculant un courant de 10 A, la chute de tension sera de 0,2x10 = 2 volts (loi d'Ohm). Il s'avère que si la tension d'alimentation fournie au groupe de contacts est de 12 volts, la tension pour la charge sera de 10 volts (12-2).
Lorsque les pointes de contact métalliques s'usent sans être correctement protégées contre des charges inductives ou capacitives élevées, les dommages causés par l'arc sont inévitables.
Un arc électrique – une étincelle au niveau des contacts – entraîne une augmentation de la résistance de contact des pointes et, par conséquent, des dommages physiques.
Si vous continuez à utiliser le relais dans ces conditions, les pointes de contact risquent de perdre complètement leurs propriétés de contact physique.
Mais il existe un facteur plus grave lorsque les dommages causés par l’arc finissent par souder les contacts ensemble, créant ainsi des conditions de court-circuit.
Dans de telles situations, il existe un risque d'endommagement du circuit contrôlé par l'EMR.
Ainsi, si la résistance de contact augmente de 1 Ohm sous l'influence de l'arc électrique, la chute de tension aux bornes des contacts pour le même courant de charge augmente jusqu'à 1 × 10 = 10 volts CC.
Ici, l'ampleur de la chute de tension aux bornes des contacts peut être inacceptable pour le circuit de charge, en particulier lorsque vous travaillez avec des tensions d'alimentation de 12 à 24 V.
Type de matériau du contact du relais
Afin de réduire l'influence de l'arc électrique et des résistances élevées, les pointes de contact des relais électromécaniques modernes sont fabriquées ou recouvertes de divers alliages à base d'argent.
De cette manière, il est possible de prolonger considérablement la durée de vie du groupe de contact.
En pratique, les matériaux suivants sont utilisés pour traiter les pointes des groupes de contacts des relais électromagnétiques (électromécaniques) :
- Ag - argent ;
- AgCu - argent-cuivre ;
- AgCdO - oxyde d'argent-cadmium ;
- AgW - argent-tungstène ;
- AgNi - argent-nickel ;
- AgPd - argent-palladium.
L'augmentation de la durée de vie des pointes des groupes de contacts du relais en réduisant le nombre d'arcs électriques est obtenue en connectant des filtres à condensateurs résistifs, également appelés amortisseurs RC.
Ces circuits électroniques sont connectés en parallèle avec des groupes de contacts de relais électromécaniques. Le pic de tension, qui est constaté au moment de l'ouverture des contacts, avec cette solution semble être court en toute sécurité.
L'utilisation d'amortisseurs RC permet de supprimer l'arc électrique qui se forme au niveau des pointes de contact.
Conception typique des contacts EMR
En plus des contacts classiques normalement ouverts (NO) et normalement fermés (NC), la mécanique de la commutation des relais implique également une classification basée sur l'action.
Caractéristiques de la conception des éléments de connexion
Les conceptions de relais de type électromagnétique dans ce mode de réalisation permettent un ou plusieurs contacts de commutation séparés.
La conception des contacts est caractérisée par l'ensemble d'abréviations suivant :
- SPST (Single Pole Single Throw) - unidirectionnel unipolaire ;
- SPDT (Single Pole Double Throw) - bidirectionnel unipolaire ;
- DPST (Double Pole Single Throw) – bipolaire unidirectionnel ;
- DPDT (Double Pole Double Throw) – bipolaire bidirectionnel.
Chacun de ces éléments de connexion est désigné comme un « pôle ». N'importe lequel d'entre eux peut être connecté ou réinitialisé, activant simultanément la bobine du relais.
Subtilités de l'utilisation des appareils
Malgré la simplicité de conception des interrupteurs électromagnétiques, la pratique d'utilisation de ces appareils présente certaines subtilités.
Ainsi, les experts ne recommandent catégoriquement pas de connecter tous les contacts de relais en parallèle afin de commuter de cette manière un circuit de charge à courant élevé.
Par exemple, connectez une charge de 10 A en connectant deux contacts en parallèle, chacun étant conçu pour un courant de 5 A.
Ces subtilités d'installation sont dues au fait que les contacts des relais mécaniques ne se ferment ni ne s'ouvrent jamais en même temps.
En conséquence, l'un des contacts sera de toute façon surchargé.Et même en tenant compte d'une surcharge à court terme, une défaillance prématurée de l'appareil dans une telle connexion est inévitable.
Les produits électromagnétiques peuvent être utilisés dans des circuits électriques ou électroniques à faible consommation d'énergie en tant que commutateurs de courants et de tensions relativement élevés.
Cependant, il est strictement déconseillé de faire passer différentes tensions de charge à travers des contacts adjacents du même appareil.
Par exemple, basculez entre 220 V CA et 24 V CC. Des produits distincts doivent toujours être utilisés pour chaque option afin de garantir la sécurité.
Techniques de protection contre les tensions inverses
La bobine est une partie importante de tout relais électromécanique. Cette pièce est classée comme charge à haute inductance car elle est enroulée en fil.
Toute bobine bobinée a une certaine impédance, constituée d'une inductance L et d'une résistance R, formant ainsi un circuit série LR.
Lorsque le courant traverse la bobine, un champ magnétique externe est créé. Lorsque le flux de courant dans la bobine est arrêté en mode « off », le flux magnétique augmente (théorie de la transformation) et une tension EMF inverse (force électromotrice) élevée est générée.
Cette valeur de tension inverse induite peut être plusieurs fois supérieure à la tension de commutation.
Par conséquent, il existe un risque d'endommagement des composants semi-conducteurs situés à proximité du relais. Par exemple, un transistor bipolaire ou à effet de champ utilisé pour appliquer une tension à une bobine de relais.
Une façon d'éviter d'endommager un transistor ou tout dispositif à semi-conducteur de commutation, y compris les microcontrôleurs, consiste à connecter une diode polarisée en inverse au circuit de la bobine du relais.
Lorsque le courant circulant dans la bobine immédiatement après la mise hors tension génère une force contre-électromotrice induite, cette tension inverse ouvre la diode polarisée en inverse.
Grâce au semi-conducteur, l'énergie accumulée est dissipée, ce qui évite d'endommager le semi-conducteur de commande - transistor, thyristor, microcontrôleur.
Le semi-conducteur souvent inclus dans le circuit de la bobine est également appelé :
- diode de volant d'inertie ;
- diode de dérivation ;
- diode inversée.
Cependant, il n’y a pas beaucoup de différence entre les éléments. Ils remplissent tous une fonction. En plus de l'utilisation de diodes à polarisation inverse, d'autres dispositifs sont utilisés pour protéger les composants semi-conducteurs.
Les mêmes chaînes d'amortisseurs RC, de varistances à oxyde métallique (MOV), de diodes Zener.
Marquage des dispositifs à relais électromagnétiques
Les désignations techniques qui contiennent des informations partielles sur les appareils sont généralement indiquées directement sur le châssis de l'appareil de commutation électromagnétique.
Cette désignation ressemble à une abréviation et à un ensemble de chiffres.
Exemple de marquage de boîtier de relais électromécaniques :
RES32 RF4.500.335-01
Cette entrée se déchiffre comme suit : relais électromagnétique à faible courant, série 32, correspondant à la conception selon le passeport RF 4.500.335-01.
Toutefois, de telles désignations sont rares. Le plus souvent, il existe des versions abrégées sans indication explicite de GOST :
RES32 335-01
Aussi, la date de fabrication et le numéro de lot sont marqués sur le châssis (sur la carrosserie) de l'appareil. Des informations détaillées sont contenues dans la fiche technique du produit. Chaque appareil ou lot est fourni avec un passeport.
Conclusions et vidéo utile sur le sujet
La vidéo explique de manière populaire le fonctionnement de l'électronique de commutation électromécanique. Les subtilités des conceptions, les caractéristiques de connexion et autres détails sont clairement notées :
Les relais électromécaniques sont utilisés comme composants électroniques depuis un certain temps. Cependant, ce type d'appareils de commutation peut être considéré comme obsolète. Les appareils mécaniques sont de plus en plus remplacés par des appareils plus modernes, purement électroniques. Un tel exemple est relais statiques.
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Bon après-midi. Pouvez-vous me dire quelles méthodes existent pour supprimer les interférences liées au fonctionnement des relais ?
Bonjour, Roma. La lutte contre les interférences est une autre histoire, pratiquement non affectée par le PUE.
Le relais génère des ondes électromagnétiques lorsque les contacts sont fermés/ouverts. Les ondes qui se propagent induisent des champs électromagnétiques dans les fils et les structures métalliques qu'elles traversent.Permettez-moi de vous rappeler qu'un relais déclenché déclenche une chaîne d'« événements » qui se termine par le démarrage des équipements électriques, des courants de démarrage, qui sont également générés par des ondes électromagnétiques.
Vous pouvez vous protéger et supprimer les interférences de cette nature en concentrant les relais dans des boucliers séparés, éloignés des appareils et équipements que les ondes peuvent endommager. Les boîtiers de panneaux doivent être mis à la terre. Les câbles de commande et les câbles de circuit opérationnel présentant un risque d'interférence doivent avoir une gaine, une tresse ou une armure de protection mise à la terre. Les câbles d'alimentation et de commande posés dans les bâtiments sont séparés.
Les organismes de conception impliqués dans l'alimentation électrique disposent de départements qui travaillent sur les questions de compatibilité électromagnétique des réseaux électriques, des réseaux de communication, d'automatisation, etc.
Vous trouverez ci-joint une capture d'écran des points PUE liés aux interférences et une liste des GOST contenant des problèmes de lutte contre les interférences.