Definition
Un relais est un interrupteur actionné électromagnétiquement : le courant dans une bobine crée un champ magnétique qui déplace un armature et change un ou plusieurs contacts, permettant à un circuit de commande de faible puissance de commuter une charge séparée, souvent plus puissante.
Learning objectives
- Expliquer comment le courant de bobine commande des contacts séparés.
- Calculer le courant et la puissance de bobine ainsi que la puissance commutée par un contact.
- Choisir et raccorder une protection de roue libre pour une bobine continue.
- Tester la bobine, les contacts et les composants de suppression dans et hors circuit.
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Progressive explanation
Start with the plain-language idea, then move into the engineering detail. Each level stands on its own, so you can stop at the depth you need.
Beginner The core idea
Un relais est un interrupteur commandé par un électroaimant. Un faible courant traverse une bobine, celle-ci attire une armature métallique, et l’armature ouvre ou ferme des contacts qui portent la charge. Comme la bobine et les contacts sont électriquement séparés, un circuit de commande basse tension peut commuter un courant beaucoup plus important ou une tension différente sans que l’électronique de commande supporte ce courant de charge.
Les relais sont courants dans les véhicules, les armoires industrielles et les appareils domestiques. La bobine possède une résistance : elle appelle donc un courant prévisible pour une tension donnée. Les contacts ont un calibre en courant et en tension qui ne doit pas être dépassé. Un relais produit aussi un clic audible, indice utile mais non suffisant pour un diagnostic.
Les relais sont courants dans les véhicules, les armoires industrielles et les appareils domestiques. La bobine possède une résistance : elle appelle donc un courant prévisible pour une tension donnée. Les contacts ont un calibre en courant et en tension qui ne doit pas être dépassé. Un relais produit aussi un clic audible, indice utile mais non suffisant pour un diagnostic.
Intermediate How it behaves in a circuit
La bobine est une charge inductive : une fois le régime établi, son courant vaut I = V / R et sa puissance P = V² / R. Lorsque la commande s’ouvre, le champ magnétique qui s’effondre génère une pointe de tension ; une diode de roue libre, un réseau RC ou une varistance est donc normalement placé aux bornes de la bobine pour protéger le transistor ou l’interrupteur de commande. La diode doit être orientée de façon à être bloquée lorsque la bobine est alimentée.
Les contacts se décrivent par leur configuration (normalement ouvert, normalement fermé, inverseur) et par leurs calibres pour charges résistives, inductives et moteurs. Le même contact qui commute facilement une charge résistive peut être éprouvé par une charge inductive ou capacitive à cause de l’arc à la fermeture et à l’ouverture. La résistance de contact est faible lorsqu’il est sain, mais augmente avec le piquage, l’oxydation ou le collage, produisant chaleur et chute de tension. La tension de bobine doit rester dans sa plage spécifiée ; une bobine sous-alimentée peut vibrer, chauffer et endommager bobine et contacts.
Les contacts se décrivent par leur configuration (normalement ouvert, normalement fermé, inverseur) et par leurs calibres pour charges résistives, inductives et moteurs. Le même contact qui commute facilement une charge résistive peut être éprouvé par une charge inductive ou capacitive à cause de l’arc à la fermeture et à l’ouverture. La résistance de contact est faible lorsqu’il est sain, mais augmente avec le piquage, l’oxydation ou le collage, produisant chaleur et chute de tension. La tension de bobine doit rester dans sa plage spécifiée ; une bobine sous-alimentée peut vibrer, chauffer et endommager bobine et contacts.
Advanced Limits, assumptions, engineering detail
Les performances d’un relais sont limitées par l’élévation de température de la bobine, le rebond des contacts, l’érosion par arc, le transfert de matière et l’interaction entre durée de vie mécanique et électrique. Les charges continues sont plus difficiles à couper que les charges alternatives, car l’arc ne s’éteint pas naturellement au passage par zéro : à tension égale, le calibre continu est généralement inférieur. Le soufflage magnétique, les chambres de coupure et les contacts sous gaz inerte sont utilisés pour les forts courants continus ou les commutations fréquentes.
Les tensions d’attraction et de relâchement diffèrent à cause de l’hystérésis magnétique, et un relais peut vibrer près du seuil. La suppression modifie le temps de retombée : une simple diode ralentit le relâchement, ce qui peut compter dans les circuits de sécurité ou de verrouillage. Les relais statiques évitent l’usure des contacts et le bruit de commutation, mais introduisent un courant de fuite, une chute de tension et des limites thermiques : le choix n’est pas automatique. Dans une fonction de sécurité, un relais n’est qu’un élément : l’architecture, les diagnostics et les essais périodiques déterminent le niveau de sécurité atteint.
Les tensions d’attraction et de relâchement diffèrent à cause de l’hystérésis magnétique, et un relais peut vibrer près du seuil. La suppression modifie le temps de retombée : une simple diode ralentit le relâchement, ce qui peut compter dans les circuits de sécurité ou de verrouillage. Les relais statiques évitent l’usure des contacts et le bruit de commutation, mais introduisent un courant de fuite, une chute de tension et des limites thermiques : le choix n’est pas automatique. Dans une fonction de sécurité, un relais n’est qu’un élément : l’architecture, les diagnostics et les essais périodiques déterminent le niveau de sécurité atteint.
Formulas and variables
Courant et puissance de bobine
Ibobine = Vbobine / Rbobine ; Pbobine = Vbobine × Ibobine = Vbobine² / Rbobine
Ibobine Courant de bobine · A
Vbobine Tension de bobine · V
Rbobine Résistance de bobine · Ω
Pbobine Puissance de bobine · W
Une bobine de 12 V et 90 Ω appelle 12 / 90 = 0,133 A et dissipe 12 × 0,133 = 1,6 W.
Puissance de charge commutée par un contact
Pcharge = Vcharge × Icharge
Pcharge Puissance de charge · W
Vcharge Tension aux bornes de la charge · V
Icharge Courant de charge · A
Un contact qui commute 12 V à 10 A commande 120 W, mais il doit être calibré pour ce courant et ce type de charge.
Tension inductive à la coupure de la bobine
v = −L × di/dt
v Pointe de tension induite · V
L Inductance de bobine · H
di/dt Vitesse d’effondrement du courant · A/s
Plus le courant de bobine est coupé vite, plus la pointe est grande : d’où la nécessité d’une suppression.
Units of measurement
| Quantity | Symbol | Unit |
|---|---|---|
| Tension de bobine | Vbobine | volt (V) |
| Résistance de bobine | Rbobine | ohm (Ω) |
| Courant de contact | Icontact | ampère (A) |
| Puissance de bobine | Pbobine | watt (W) |
Worked examples
Worked example
Courant et puissance de bobine
Problem. Une bobine de relais est marquée 12 V et mesure 90 Ω. Calculez le courant et la puissance de bobine, puis le courant si l’alimentation tombe à 9 V.
Solution. À 12 V : I = 12 / 90 = 0,133 A, P = 12 × 0,133 = 1,6 W. À 9 V : I = 9 / 90 = 0,100 A.
Courant normal ≈ 133 mA à 12 V ; à 9 V il tombe à 100 mA, ce qui peut être sous le seuil d’attraction fiable de certains relais.
Worked example
Contrôle de la charge d’un contact
Problem. Un contact de relais commute une charge résistive de 12 V appelant 8 A. Quelle puissance prend la charge, et pourquoi le type de charge compte-t-il ?
Solution. P = V × I = 12 × 8 = 96 W. Le contact doit être calibré pour au moins 8 A en continu à 12 V, et pour le type de charge ; une charge inductive de moteur peut appeler un courant de démarrage bien supérieur et entretenir un arc à la coupure.
La charge vaut 96 W ; ne choisissez jamais le contact sur son seul calibre résistif lorsque la charge réelle est inductive ou a un fort courant d’appel.
Practical applications
- Commuter phares, avertisseurs, pompes et ventilateurs depuis un interrupteur de tableau de bord à faible courant
- Isoler l’électronique de commande des charges secteur ou industrielles de forte intensité
- Réaliser des verrouillages, des inversions et des commutations dans les armoires
- Fournir un élément de commutation clairement séparé et remplaçable dans un circuit
Automotive applications
Les relais automobiles commutent phares, avertisseurs, ventilateurs de refroidissement, pompes à carburant et de nombreux accessoires. La commande est un interrupteur ou un calculateur de carrosserie à faible courant, tandis que le côté contact peut transporter des dizaines d’ampères. Les relais sous capot subissent vibrations, température et transitoires de tension, et beaucoup intègrent une résistance ou une diode de suppression. Un relais qui clique ne prouve pas que ses contacts conduisent : le chemin de contact doit être contrôlé en charge par une mesure de chute de tension.
Industrial applications
Les armoires de commande industrielles utilisent relais et contacteurs pour la logique, les verrouillages et la commutation de charges. Les contacts peuvent commuter des circuits de commande 24 V continu ou des charges secteur, et la bobine peut être alternative ou continue. La suppression d’arc, le déclassement pour charges inductives et les contacts à guidage forcé pour les fonctions de sécurité sont courants. La logique à relais cède la place aux automates, mais les relais restent essentiels lorsque l’isolation, la simplicité ou la commutation directe sont nécessaires.
Measurement procedure
- Isolez le circuit et vérifiez l’absence de tension avant de mesurer la résistance de bobine ou la continuité des contacts.
- Mesurez la résistance de bobine et comparez à la valeur attendue ; une bobine ouverte ou une valeur très basse indique un enroulement défaillant.
- Alimentez la bobine à la tension correcte et confirmez le changement d’état des contacts ; écoutez le clic mais vérifiez électriquement.
- Mesurez la chute de tension des contacts en charge, pas seulement la continuité : un contact peut sembler continu et présenter une résistance excessive.
- Contrôlez la diode ou la résistance de suppression (circuit ouvert ou court-circuit) et confirmez sa polarité avant de remettre sous tension.
Common mistakes
- Commander une bobine directement depuis une sortie logique sans transistor, pilote ni suppression, ce qui détruit la sortie.
- Monter la diode de roue libre à l’envers, ce qui crée un court-circuit sur l’alimentation de bobine lorsque le relais est alimenté.
- Choisir un contact sur son calibre résistif alors qu’il commute un moteur, une électrovanne ou une lampe à fort courant d’appel.
- Croire qu’un relais qui clique fonctionne : la bobine peut agir alors que les contacts sont piqués, collés ou ouverts.
Safety considerations
- Les contacts d’un relais peuvent commuter le secteur ou du continu haute tension : isolez, vérifiez l’absence de tension et maintenez distances et barrières.
- Un arc continu ne s’éteint pas au passage par zéro ; utilisez un relais calibré pour la tension continue et la charge, et ne supposez jamais qu’un calibre alternatif vaut pour le continu.
- Les composants de suppression peuvent échouer en court-circuit ; un circuit de bobine qui grille son pilote ou son fusible après réparation doit être contrôlé pour une diode inversée.
- Dans les circuits de sécurité, un seul relais ne remplace pas une architecture de sécurité validée et des essais périodiques.
Frequently asked questions
Pourquoi faut-il une diode aux bornes de la bobine d’un relais ?
La bobine est inductive : couper son courant produit une pointe de tension capable de détruire le transistor ou l’interrupteur de commande. Une diode bloquée en fonctionnement offre au courant de bobine un chemin sûr pour circuler et décroître, ce qui limite la pointe. Les bobines alternatives utilisent plutôt un réseau RC ou une varistance, car une diode conduirait pendant une partie du cycle.
Puis-je utiliser un relais pour commuter le secteur ?
Uniquement avec des contacts calibrés pour la tension, le courant et le type de charge secteur, montés avec les distances d’isolement, les lignes de fuite et l’enveloppe exigées. La commutation secteur est une fonction de sécurité : les règles de câblage et normes produit locales s’appliquent.
Pourquoi mon relais vibre-t-il ?
Une vibration signifie généralement une tension de bobine limite, une alimentation qui chute en charge, une bobine inadaptée à la tension du système ou un signal de commande instable. Elle peut rapidement endommager les contacts et doit être corrigée, pas tolérée.
Comment savoir si un contact de relais est défectueux ?
Mesurez la tension aux bornes du contact fermé pendant que la charge fonctionne. Un contact sain chute très peu ; une chute excessive révèle une résistance due au piquage, à l’oxydation ou à des bornes desserrées. Hors tension, la résistance de contact n’est qu’un contrôle secondaire.