Relais impulsionnel pour commande d'éclairage : fonctionnement, types, marquage et raccordement

Pour répondre aux exigences modernes d'éclairage des appartements, des bureaux et des entreprises, des systèmes d'électrification complexes sont utilisés. Lors de leur conception, une gamme d'équipements en constante amélioration est employée pour résoudre des problèmes spécifiques.

Ainsi, le relais impulsionnel pour la commande d'éclairage depuis plusieurs endroits a commencé à être utilisé relativement récemment. Il remplace progressivement les schémas standard avec des interrupteurs va-et-vient.

Où le relais impulsionnel peut-il être utilisé ?

L'introduction de ce dispositif dans un usage domestique s'explique par sa simple commodité. En effet, il permet de contrôler l'éclairage depuis au moins deux points.

Dans un appartement, cela peut être une chambre où l'allumage se fait à l'entrée et l'extinction près du lit. Dans les bureaux, il s'agit de longs couloirs, de cages d'escalier et de grandes salles de conférence.

L'utilisation de deux interrupteurs pour l'éclairage de l'escalier est devenue une nécessité. En allumant la lumière au premier étage, il est tout à fait logique de l'éteindre avec le deuxième interrupteur en haut.

Les interrupteurs de passage et les interrupteurs croisés peuvent répondre à la tâche de commande à trois positions. Ce schéma est encore largement utilisé. Cependant, il présente des inconvénients évidents.

Premièrement, il s'agit d'un système assez complexe à installer, dans lequel l'électricité circule à travers le disjoncteur principal, la boîte de dérivation, les interrupteurs eux-mêmes, puis vers les lampes d'éclairage. Lors de son installation, des erreurs surviennent souvent. Si plus de trois points de commande sont nécessaires, le schéma se complexifie.

Le schéma montre clairement la surcharge de fils : du premier interrupteur – cinq, du deuxième – six, du premier et du deuxième éclairage – trois câbles chacun.

Deuxièmement, tous les fils ont la même section, car ils utilisent un courant de même tension, ce qui affecte le coût total. Cela inclut également le prix des interrupteurs va-et-vient, qui est plusieurs fois supérieur à celui des interrupteurs ordinaires.

Mais la nécessité d'utiliser un relais impulsionnel ne vient pas seulement de considérations de confort. Il est également utilisé pour la signalisation et la protection.

Par exemple, dans une entreprise industrielle, pour lancer des processus de production nécessitant une puissance électrique élevée, cet appareil permet de sécuriser l'opérateur. Car il fonctionne à partir de courants de basse tension ou est même commandé à distance.

Dispositif et principe de fonctionnement

Au sens général, un relais est un mécanisme électrotechnique qui ferme ou ouvre un circuit électrique en fonction de certains paramètres électriques ou autres qui agissent sur lui.

Sa construction non commutatrice a été inventée dès 1831 par J. Henry. Et deux ans plus tard, elle a été utilisée pour assurer le fonctionnement du télégraphe de S. Morse.

On peut distinguer deux groupes principaux : les électromécaniques et les électroniques. Dans le premier type, le fonctionnement est assuré par un mécanisme, tandis que dans le second, tout est géré par une carte de circuit imprimé avec un microcontrôleur. Il est commode d'étudier son fonctionnement à l'exemple d'un relais électromécanique, qui est impulsionnel.

Lors du choix du mode de fonctionnement du relais, il faut tenir compte de la fréquence de commutation, de la nature et de l'intensité du courant, ainsi que du type de charges testées.

Structurellement, on peut le représenter comme suit :

1. Bobine : il s'agit d'un fil de cuivre enroulé sur une base en matériau non magnétique. Il peut être isolé par un tissu ou recouvert d'un vernis non conducteur d'électricité.
2. Noyau, contenant du fer et entrant en action lorsque le courant électrique traverse les spires de la bobine.
3. Armature mobile : c'est une plaque qui est fixée à l'armature et qui agit sur les contacts de fermeture.
4. Système de contacts : le commutateur direct de l'état du circuit.

Le fonctionnement du relais repose sur le phénomène de force électromagnétique. Celle-ci apparaît dans le noyau ferromagnétique de la bobine lorsqu'un courant la traverse. La bobine est alors un dispositif d'attraction.

Le noyau est relié à l'armature mobile, qui actionne les contacts de puissance, effectuant la commutation. Ceux-ci peuvent être de type normalement ouvert/normalement fermé. Parfois, le bloc de contacts peut contenir à la fois des connexions ouvertes et fermées.

Lors de la mise sous tension du circuit, le mécanisme verrouille cette position, qui change lors de l'application d'une nouvelle impulsion et se verrouille à nouveau jusqu'au prochain changement.

À la bobine peut être connecté en plus une résistance, augmentant la précision de déclenchement, ainsi qu'une diode semi-conductrice limitant les surtensions aux bornes de l'enroulement. De plus, la construction peut inclure un condensateur monté en parallèle avec les contacts, pour réduire les étincelles.

Pour mieux comprendre le fonctionnement de l'appareil, on peut le diviser en plusieurs blocs :

• exécutant – c'est un groupe de contacts qui ferme/ouvre un circuit électrique ;
• intermédiaire – la bobine, le noyau et l'armature mobile actionnent le bloc exécutant ;
• contrôleur – dans ce relais, il convertit le signal électrique en champ magnétique.

Puisqu'un seul impulsion électrique est nécessaire pour commuter la position des contacts, on peut en conclure que ces appareils ne consomment du courant qu'au moment de la commutation. Cela permet d'économiser considérablement de l'énergie, contrairement aux interrupteurs va-et-vient classiques.

Le deuxième type de relais impulsionnel est le type électronique. Un microcontrôleur en assure le fonctionnement. Le bloc intermédiaire est ici une bobine ou un commutateur à semi-conducteurs. L'utilisation dans le circuit d'éléments tels que des automates programmables permet de compléter le relais, par exemple avec une minuterie.

Dans ce type de dispositif, il n'y a pas d'éléments mobiles mécaniques. Le fonctionnement est assuré par un capteur qui reconnaît le signal de commande et par une électronique statique qui commute le circuit.

Types, marquage et avantages

Les principaux types de relais impulsionnels sont électromécaniques et électroniques. Les électromécaniques sont à leur tour classés selon le principe de fonctionnement.

Variétés de dispositifs impulsionnels

Cela signifie que la commutation des contacts de puissance peut être effectuée par des forces différentes de celle de l'aimant.

Ils se divisent en :

• électromagnétiques ;
• à induction ;
• magnétoélectriques ;
• électrodynamiques.

Les dispositifs électromagnétiques sont les plus utilisés dans les systèmes d'automatisation. Ils sont assez fiables en raison de leur méthode de fonctionnement simple, basée sur l'action des forces électromagnétiques dans un noyau ferromagnétique à condition qu'il y ait du courant dans la bobine.

L'action sur les contacts des relais électromagnétiques est exercée par une armature qui, dans une position, est attirée par le noyau, et dans la seconde, est ramenée par un ressort.

L'armature, c'est-à-dire la plaque aux propriétés magnétiques, est attirée par l'électroaimant, qui est un fil de cuivre enroulé sur une bobine avec une culasse.

Les relais à induction ont un principe de fonctionnement basé sur l'interaction des courants — du courant alternatif avec les flux magnétiques induits et les flux eux-mêmes. Cette interaction crée un couple qui met en mouvement un disque de cuivre situé entre deux électroaimants. En tournant, il ferme et ouvre les contacts.

Le fonctionnement des dispositifs magnétoélectriques est effectué par l'interaction du courant dans le cadre tournant avec le champ magnétique créé par un aimant permanent. La commande de la fermeture/ouverture des contacts est assurée par sa rotation.

Par rapport à leur type, ces relais sont très sensibles. Cependant, ils n'ont pas été largement utilisés en raison de leur temps de réponse de 0,1-0,2 s, qui est considéré comme long.

Les relais électrodynamiques funcionnent grâce à la force générée entre les bobines de courant mobile et fixe. Le mode de fermeture des contacts est le même que dans un dispositif magnétoélectrique. La seule différence est que l'induction dans l'entrefer est créée par voie électromagnétique.

Les modèles électroniques reprennent presque structorellement les modèles électromécaniques. Ils possèdent les mêmes blocs : exécutif, intermédiaire et de commande. La différence ne concerne que le dernier. La commande de commutation est assurée par une diode semi-conductrice intégrée au microcontrôleur sur la carte de circuit imprimé.

Dans ce dispositif, les semi-conducteurs sont des transistors et des thyristors. Bien qu'ils résistent à des conditions difficiles de poussière et de vibrations, ils sont sensibles aux surcharges brèves de courant et de tension.

Ce type de relais est équipé de modules supplémentaires. Par exemple, une minuterie permet d'exécuter un programme de contrôle de l'éclairage après un intervalle de temps défini. C'est pratique pour économiser de l'électricité lorsque le fonctionement de l'équipement n'est pas nécessaire. Si nécessaire, vous pouvez éteindre la lumière en appuyant deux fois sur le bouton.

Avantages et inconvénients des principaux types de relais

Contrairement aux interrupteurs à semi-conducteurs, les commutateurs électromécaniques présentent les avantages suivants :

1. Coût relativement faible grâce à des composants bon marché.
2. Faible production de chaleur sur les contacts fermés en raison d'une faible chute de tension.
3. Présence d'une isolation puissante de 5 kV entre la bobine et le groupe de contacts.
4. Insensibilité aux effets néfastes des surtensions impulsionnelles, aux interférences de la foudre et aux processus de commutation des installations électriques puissantes.
5. Gestion de lignes avec une charge jusqu'à 0,4 kV dans un volume d'appareil réduit.

Lors de la fermeture d'un circuit avec un courant de 10 A dans un relais de petit volume, moins de 0,5 W sont dissipés dans la bobine. Alors que sur les homologues électroniques, cette valeur peut dépasser 15 W. Ainsi, il n'y a pas de problème de refroidissement ni de nuisance pour l'atmosphère.

Parmi leurs inconvénients, on peut citer :

1. Usure et problèmes lors de la commutation de charges inductives et de tensions élevées en courant continu.
2. La mise sous tension et hors tension du circuit génère des interférences radio. Cela nécessite l'installation d'un blindage ou l'augmentation de la distance par rapport aux équipements sensibles aux interférences.
3. Temps de réponse relativement long.

Un autre inconvénient est l'usure mécanique et électrique continue lors de la commutation. Cela inclut l'oxydation des contacts et leurs dommages dus aux décharges d'étincelles, ainsi que la déformation des ensembles de ressorts.

Lors du montage, il faut tenir compte que la version électromécanique des contacteurs peut fonctionner incorrectement si elle se trouve en position horizontale.

Contrairement aux relais électromécaniques, les relais électroniques commandent le bloc intermédiaire via un microcontrôleur.

Les avantages et les inconvénients de l'électronique peuvent être analysés à l'exemple des appareils de la marque F&F par rapport à la marque ABB, qui produit des mécaniques.

Parmi les avantages du premier type d'interrupteurs, on peut citer :

• une grande sécurité ;
• une vitesse de commutation élevée ;
• une disponibilité sur le marché ;
• des alertes indicatrices du mode de fonctionnement ;
• des fonctionnalités étendues ;
• un fonctionnement silencieux.

De plus, l'avantage indéniable réside dans plusieurs options de montage : il est possible de l'installer non seulement sur le rail DIN du tableau, mais aussi dans une boîte d'encastrement.

Inconvénients de l'électronique F&F par rapport à la mécanique ABB :

• dysfonctionnement en cas de coupures d'alimentation électrique ;
• surchauffe lors de la commutation de courants élevés ;
• possibilité de « bugs » sans raison apparente ;
• mise hors tension de l'appareil lors d'une brève coupure de tension du réseau ;
• une résistance élevée en position fermée ;
• certains relais fonctionnent uniquement en courant continu ;
• le circuit à semi-conducteurs ne laisse pas immédiatement passer le courant dans le sens inverse.

Malgré les inconvénients mentionnés, les commutateurs électroniques ne cessent d'évoluer et, grâce à leur plus grand potentiel fonctionnel par rapport aux relais électromécaniques, on s'attend à ce qu'ils soient prédominants.

Pour éviter toute confusion, le fabricant fournit les caractéristiques les plus détaillées du produit dans les catalogues du magasin et dans la fiche technique de l'appareil.

Principaux paramètres caractéristiques

Selon la fonction et le domaine d'application, les relais peuvent être classés selon plusieurs critères :

• coefficient de retour – rapport entre la valeur du courant de sortie de l'armature et le courant d'attraction ;
• courant de sortie – sa valeur maximale aux bornes de la bobine lors de la sortie de l'armature ;
• courant d'attraction – sa valeur minimale aux bornes de la bobine lors du retour de l'armature à sa position initiale ;
• seuil – niveau de la grandeur de déclenchement dans les limites définies, réglé dans le relais ;
• grandeur de déclenchement – valeur du signal d'entrée à laquelle le dispositif répond automatiquement ;
• valeurs nominales – tension, courant et autres grandeurs qui sont à la base du fonctionnement du relais.

Les dispositifs électromagnétiques peuvent également être classés selon le temps de réponse. Le délai le plus long est celui des relais temporisés – plus d'une seconde, avec possibilité de régler ce paramètre. Viennent ensuite les relais lents – 0,15 seconde, normaux – 0,05 seconde, rapides – 0,05 seconde. Et les plus rapides, sans inertie – moins de 0,001 seconde.

Décodage du marquage des produits

Le code de marquage du contacteur se retrouve souvent dans les catalogues des magasins et sur l'appareil lui-même. Il fournit une description complète des caractéristiques constructives, de la fonction et des conditions d'utilisation.

La composition du marquage peut être déchiffrée sur le relais intermédiaire électromagnétique REP-26. Il est utilisé dans les circuits de courant alternatif jusqu'à 380 V et de courant continu jusqu'à 220 V.

Pour comprendre le marquage, il faut diviser l'inscription en blocs et appliquer les tableaux de description disponibles dans des ouvrages spécialisés.

Voici à quoi pourrait ressembler la désignation d'un produit en magasin : REP 26-004A526042-40UHL4.

REP 26 – XXX X X XX XX X – 40XXX4. Ce type de désignation peut être déchiffré comme suit :

• 26 – numéro de série ;
• XXX – type de contacts et leur quantité ;
• X – classe de résistance à l'usure de commutation ;
• X – type de bobine d'enclenchement, type de retour du relais et nature du courant ;
• XX – construction selon le mode de montage et de connexion des conducteurs ;
• XX – valeur du courant ou de la tension de la bobine ;
• X – éléments supplémentaires de construction ;
• 40 – niveau de protection selon la norme IP ou GOST 14254 ;
• XXX4 – zone climatique d'application conformément à GOST 15150.

La version climatique peut être : UHL – pour climat froid et tempéré, ou O – pour climat tropical ou version climatique générale.

Selon les tableaux de désignations spécifiques, le dispositif considéré est un relais intermédiaire électromagnétique, avec quatre contacts de commutation, une classe de résistance à la commutation A, utilisant du courant continu. Il dispose d'un socle de fixation avec des lamelles pour le soudage des conducteurs externes, d'une bobine de 24 V et d'un manipulateur manuel.

Plusieurs types de schémas de raccordement

Il existe plusieurs options de montage, chacune avec ses particularités, avantages et inconvénients.

La désignation des contacts du relais RIO-1 se déchiffre comme suit :

• N – fil neutre ;
• Y1 – entrée d'enclenchement ;
• Y2 – entrée de déclenchement ;
• Y – entrée d'enclenchement et de déclenchement ;
• 11-14 – contacts de commutation de type normalement ouvert.

Ces désignations sont utilisées sur la plupart des modèles de relais, mais avant de les connecter au circuit, il convient de les consulter dans la fiche technique du produit.

Le schéma d'électrification présenté est utilisé pour commander la lumière depuis trois emplacements à l'aide d'un relais et de trois interrupteurs à bouton-poussoir sans verrouillage de position.

Dans ce schéma, les contacts de puissance du relais utilisent un courant de 16 A. La protection des circuits de commande et des systèmes d'éclairage est assurée par un disjoncteur de 10 A. Par conséquent, les fils ont un diamètre d'au moins 1,5 mm².

La connexion des commutateurs à bouton-poussoir est réalisée en parallèle. Le fil rouge – la phase, passe par les trois interrupteurs à bouton-poussoir jusqu'au contact de puissance 11. Le fil orange – la phase de commutation, arrive à l'entrée Y. Ensuite, il sort de la borne 14 et va vers les ampoules. Le fil neutre du bus est connecté à la borne N et aux luminaires.

Si la lumière était initialement allumée, lors de l'appui sur n'importe quel interrupteur, la lumière s'éteindra — il se produira une commutation momentanée du fil de phase sur la borne Y et les contacts 11-14 s'ouvriront. La même chose se produira lors de l'appui suivant sur un autre interrupteur. Mais les contacts 11-14 changeront de position et la lumière s'allumera.

L'avantage du schéma présenté par rapport aux interrupteurs va-et-vient et croisés est évident. Cependant, en cas de court-circuit, la détection du défaut posera quelques difficultés, contrairement à la variante suivante.

Un tel schéma permettra d'économiser sur les fils, car la section des câbles de commande peut être réduite à 0,5 mm². Cependant, il faudra acquérir un deuxième appareil de protection.

C'est une variante de raccordement moins courante. Elle est identique à la précédente, mais les circuits de commande et d'éclairage ont leurs propres disjoncteurs de protection de 6 et 10 A respectivement. Cela facilite la détection des défauts.

S'il est nécessaire de commander plusieurs groupes d'éclairage par un relais séparé, le schéma est légèrement modifié.

Cette méthode de raccordement est pratique pour allumer et éteindre l'éclairage par groupes entiers. Par exemple, éteindre d'un coup un lustre à plusieurs niveaux ou l'éclairage de tous les postes de travail dans un atelier.

Une autre variante d'utilisation des relais impulsionnels est le système à commande centralisée.

Le schéma est pratique car on peut éteindre tout l'éclairage d'un seul bouton en quittant la maison. Et au retour, l'allumer de la même manière.

Dans ce schéma, deux interrupteurs sont ajoutés pour fermer et ouvrir le circuit. Le premier bouton ne peut qu'allumer le groupe d'éclairage. Ainsi, la phase provenant de l'interrupteur «MARCHE» arrivera sur les bornes Y1 de chaque relais et les contacts 11-14 se fermeront.

L'interrupteur d'ouverture fonctionne de manière similaire au premier interrupteur. Mais la commutation s'effectue sur les bornes Y2 de chaque commutateur et ses contacts prennent la position d'ouverture du circuit.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Une vidéo explique la conception, le fonctionnement, l'application et l'historique de ce type d'appareils :

Le sujet suivant décrit en détail le principe de fonctionnement des relais statiques ou électroniques :

L'utilisation des relais impulsionnels trouve une application de plus en plus large dans les systèmes d'électrification modernes. L'augmentation des exigences en matière de fonctionnalité et de flexibilité de la commande d'éclairage, d'économie de matériaux et de sécurité crée une impulsion continue pour l'amélioration des contacteurs.

Ils réduisent leur taille, simplifient leur structure, améliorant ainsi la fiabilité. L'utilisation de technologies fondamentalement nouvelles dans leur principe de fonctionnement permet de les appliquer dans des conditions difficiles : environnements poussiéreux, vibrations, champs magnétiques et humidité.

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