Relais Statique ou Relais électromécanique ?

Le relais électromécanique est un dispositif électrique réparti en deux circuits principaux : un circuit primaire et un circuit secondaire. Le premier circuit est alimenté en courant continu à basse tension pour générer un champ magnétique dans une bobine de fil électrique. A l'extrémité, une armature pivotante s'attire lorsque la bobine est sous tension. Lorsque la tension de la bobine est nulle, l'armature prend sa position initiale grâce à un ressort de rappel. Un commutateur mécanique se trouve dans le deuxième circuit pour commuter le courant électrique lorsque l'armature est attirée par l'électroaimant.

Les relais électromécaniques peuvent fonctionner en mode monostable (le fonctionnement normal d'un relais électromécanique) ou en mode bistable. Les relais bistables à une seule bobine fonctionnent normalement, mis à part le fait que les contacteurs restent fermes si la bobine n'est plus alimentée. Afin d'ouvrir le circuit secondaire, la bobine doit être alimentée de nouveau, ou on doit inverser sa polarité. Pour les relais bistables à double bobine, les contacteurs restent fermés jusqu'à ce que la deuxième bobine soit alimentée. 

Il existe également les relais unipolaires et bipolaires qui présentent le nombre de circuits à commuter lorsque le relais est excité. Cela permet d'alimenter à partir d'un circuit primaire, plus d'un circuit secondaire.

Afin de choisir le relais approprié à votre circuit, il faut considérer les caractéristiques suivantes : 

• le courant maximum de charge en Ampère (A) et le type CC ou CA
• la tension maximale de charge en volts (V)
• la tension de commande en volts (V)
• le nombre de pôles
• le pouvoir de coupure
• le type de commutation

Symboles ou schémas des configurations de contacts

Le symbole d'un relais électromécanique inclut une bobine et un commutateur, ou un contacteur comme indiqué dans la figure ci-dessous : 

Il existe deux types de relais : le relais normalement ouvert (NO) et le relais normalement fermé (NC). Avec le type normalement ouvert (NO), aucune électricité ne circule dans le circuit secondaire, la charge est donc coupée. Cependant, lorsqu'un courant passe dans le circuit primaire, un champ magnétique est induit dans l'électroaimant pour attirer l'armature afin de fermer le contacteur dans le circuit secondaire.

A l'état initial, le circuit secondaire d'un relais normalement fermé (NC) laisse passer le courant électrique pour faire fonctionner un récepteur connecté à la sortie. Lorsqu'un courant passe dans le circuit primaire, un champ électromagnétique repousse l'armature pour ouvrir le contacteur et couper le passage du courant électrique dans le circuit secondaire.

Il existe quatre configurations de contact :

• le relais SPST (Single Pole Single Throw) : c'est un relais à un seul pôle et une seule inversion, il est composé de deux bornes au circuit primaire et de deux bornes au circuit secondaire.
• le relais SPDT (Single Pole Double Throw) : c'est un relais à un pôle et une double inversion. Il est constitué de deux bornes au circuit primaire et de trois bornes au circuit secondaire pour commuter entre deux circuits électriques différents.
• le relais DPST (Double Pole Single Throw) : c’est l'équivalent de deux relais SPST. Il comporte deux contacteurs indépendants, chacun étant capable de commuter un circuit électrique.
• le relais DPDT (Double Pole Double Throw) : c’est l'équivalent de deux relais SPDT. Il a deux paires de pôles qui peuvent être utilisés pour commuter deux circuits électriques. Il possède six bornes répartis en trois jeux.

Avantages et inconvénients

Les relais électromécaniques offrent une bonne isolation entre le circuit primaire et le circuit secondaire. Ils peuvent commander des tensions et des intensités très importantes tout en assurant la sécurité des opérateurs et des équipements électriques ou électroniques installés à la sortie du relais. En revanche, leur durée de vie est souvent limitée vu que ses pièces mobiles peuvent subir des usures prématurées.

Les relais électromécaniques sont utilisés pour créer les fonctions logiques dans divers systèmes électriques comme les électroménagers. Les relais automobiles sont les premiers responsables au circuit de démarrage des moteurs thermiques. Ils sont installés sur les circuits intégrés pour commander les systèmes électronique et informatique.

Le relais statique utilise les semi-conducteurs statiques pour assurer son isolation d'entrée et de sortie ainsi que ses fonctions de commutation grâce à ses propriétés électriques et optiques. Sur le circuit primaire de commande, on trouve un opto-coupleur, appelé aussi un photocoupleur. Un phototransistor photosensible sur le circuit de puissance est composé de plusieurs couches semi-conducteurs (N et P) en silicium et en autres matériaux pour modifier les propriétés électriques.

Le photocoupleur émet un faisceau de lumière LED infrarouge vers le phototransistor photosensible. Les couches de type N dans le phototransistor sont mélangées avec un matériau à des électrons supplémentaires qui se déplacent librement tandis que les couches de type P sont mélangées avec un matériau à moins d'électrons. Une fois, les couches assemblées, une barrière électrique se développe et empêche le déplacement des électrons libres de la couche N vers la couche P. Mais, grâce aux photons dans la lumière émise par le photocoupleur, les électrons traversent la barrière pour générer un courant électrique.

Afin de choisir votre relais statique, il faut considérer les caractéristiques de charge appropriées :

• le courant maximum de charge en ampère (A)
• la tension maximale de charge en volts (V)
• le type CA ou CC
• la tension de commande en volts (v)

Le nombre de pôles du relais statique est également considéré comme un critère de choix du relais.

Symboles ou schémas des configurations de contacts

Comme les relais électromécaniques, certaines applications imposent une configuration d'un relais statique normalement ouvert (NO). Plusieurs autres applications nécessitent la configuration d'un relais statique normalement fermé (NC). Il existe d'autres configurations ou la combinaison des deux actions (NO) et (NC) à la fois ou la combinaison d'un pôle (NO), d'un pôle (NC) ou l´ajout des autres pôles supplémentaires.

Le faisceau de lumière LED est commandé directement si le courant de commande est de type CC. S'il est de type CA, un pont de redressement doit être connecté en amont du relais. Le redressement intégré dans le relais statique est une option qui facilite leurs configurations de contact. Les relais statiques à sortie CA sont généralement utilisés pour les sorties CC. Les relais statiques de type TOR (tout ou rien) permettent le passage des deux alternances de CA. Alors que les relais de type triac assurent la commutation des deux alternances.

Avantages et inconvénients

Contrairement aux relais électromécaniques, les relais statiques ont une durée de vie très importante et ils ne créent aucune perturbation électromagnétique dans le circuit. Ils sont plus rapides et plus silencieux que les relais électromécaniques. L'inconvénient majeur de ce type est la génération de la chaleur lors du passage de courant provoquant des pertes par effet joule.

Plusieurs applications nécessitent l'utilisation des relais statiques. Nous tenons l'exemple des secteurs suivants :

• la plasturgie : le contrôle de variation de la température dans les moules d'injection plastique est nécessaire pour garantir la qualité des produits moulés et éviter la formation des défauts.
• la santé : les relais statiques sont nécessaires pour commander le chauffage des équipements de stérilisation et de réchauffement du sang. Ils sont employés aussi pour contrôler les moteurs des lits, des tables et des équipements de rééducation.
• le secteur de chauffage, ventilation et climatisation des bâtiments : les relais statiques règlent la température dans les bâtiments.
• le secteur d'industrie alimentaire et de l'électronique puisque la fréquence de commutation de ces secteurs est très importante.

Le tableau ci-dessous nous permet de comparer entre un relais électromécanique et un relais statique :

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