Qu'est-ce qu'un relais à verrouillage ?

Les relais à verrouillage conservent leur état après avoir été actionnés sans avoir besoin d'une alimentation continue. Ils sont donc très efficaces pour les applications où l'économie d'énergie est cruciale. Ils se caractérisent par leur fonctionnement bistable, c'est-à-dire qu'ils ont deux positions stables : activé (on) et désactivé (off). Cet article explore le fonctionnement des relais à verrouillage, leurs avantages et leurs diverses applications.

Table des matières

• Compréhension du relais à verrouillage
• Caractéristiques
• Types de relais à verrouillage
• Fonctionnement d'un relais à verrouillage
• Critères de sélection
• Applications
• Différence entre les relais à verrouillage et les relais sans verrouillage
• FAQ

Compréhension du relais à verrouillage

Lisez notre article sur les types de relais pour plus d'informations sur les différents types de relais.

Un relais à verrouillage conserve son état ou sa position la plus récente même lorsque le signal qui l'a activé n'est plus présent. Il peut rester dans l'état "allumé" ou "éteint" sans alimentation électrique constante. Une fois déclenchée, sa position est "verrouillée". Le relais à verrouillage peut être actionné manuellement, à distance, par des impulsions ou à l'aide de différentes entrées de commande.

En raison de sa capacité à rester dans la dernière position commutée et de son fonctionnement basé sur de brèves impulsions de puissance, le relais à verrouillage est connu sous plusieurs noms :

• Relais mémoire
• Relais bi-stable
• Rester relais
• Relais d'impulsion

Caractéristiques

Les relais à verrouillage présentent plusieurs avantages :

• Faible consommation d'énergie
• Production minimale de chaleur dans la bobine du relais et dans le circuit
• Circuits de commutation rationalisés nécessitant moins de composants
• Fonctionnement rapide et performances fiables, même en cas de coupure de courant

Types de relais à verrouillage

• Single coil et dual coil : Il s'agit du type le plus courant, qui utilise l'électromagnétisme pour maintenir les contacts dans leur position.
  • Le type à simple bobine nécessite une impulsion de courant dans un sens pour être activé et une autre dans le sens opposé pour être réinitialisé.
  • Le type de bobine double contrôle un état (activation ou réinitialisation), indépendamment de la polarité (voir section suivante).
• Magnétique : Les relais à verrouillage magnétique utilisent des aimants permanents pour maintenir leur position après avoir été actionnés. Ils peuvent être à simple ou double bobine. L'aimant permanent maintient l'armature dans la dernière position où elle a été déplacée par la bobine.
• Mécanique : Les relais à verrouillage mécanique utilisent un mécanisme à cliquet pour maintenir la position des contacts. Le relais est activé ou réinitialisé en déplaçant le cliquet et en envoyant une impulsion à la bobine.
• Électronique (relais à semi-conducteurs) : Il ne s'agit pas de relais électromécaniques traditionnels, mais de dispositifs à semi-conducteurs qui assurent la fonction de verrouillage sans pièces mobiles. Ils maintiennent leur état en utilisant des circuits électroniques plutôt qu'un mécanisme mécanique.

Fonctionnement d'un relais à verrouillage

Le mécanisme de fonctionnement d'un relais à verrouillage est fondamentalement similaire à celui d'un relais conventionnel, à la différence près qu'il ne nécessite pas d'alimentation électrique continue pour rester sous tension. Les impulsions de courant sont utilisées pour activer (déclencher) et désactiver (réinitialiser) le relais, facilitant ainsi son passage d'un état à l'autre ou d'une position à l'autre.

La figure 2 montre un exemple de circuit de relais à verrouillage. Il possède deux boutons-poussoirs - B1 pour établir le circuit et B2 pour l'interrompre. B1 est l'interrupteur normalement ouvert (NO), tandis que B2 est l'interrupteur normalement fermé (NC). Cela signifie qu'initialement, B1 est dans un état ouvert et B2 dans un état fermé.

Activation du relais

1. En appuyant sur le bouton B1, on ferme le circuit entre la borne positive, B1, le point A, le point B et la borne négative.
2. Le courant traverse la bobine et la met sous tension. Cela crée un champ magnétique.
3. Le champ magnétique attire l'armature à l'intérieur du relais. L'armature se déplace, provoquant la connexion des contacts A-B et C-D.

État latent

1. Le fait de relâcher le bouton B1 n'interrompt pas le circuit. Même si B1 est ouvert, le courant peut encore circuler dans la bobine par le chemin alternatif : borne positive, B2, point B, point A et borne négative.
2. Les contacts A et B restent connectés, de même que les contacts C et D. La bobine reste ainsi sous tension et le relais reste verrouillé dans l'état activé.

Désactivation du relais

1. En appuyant sur le bouton B2, on ouvre le circuit entre la borne positive et le point B.
2. Le flux de courant à travers la bobine est interrompu. Le champ magnétique s'affaiblit.
3. L'armature est libérée sous l'effet de la force du ressort. Les contacts A et B se déconnectent, suivis par les contacts C et D.
4. Le circuit est interrompu et le relais se désactive.

Points supplémentaires

• La configuration spécifique des contacts (NO/NC) des points A, B, C et D peut varier en fonction de la conception et de l'application du relais.
• Certains relais à verrouillage sont dotés d'un bouton de réinitialisation qui peut être utilisé pour désactiver manuellement le relais sans appuyer sur B2.

Lisez notre article sur le câblage des relais pour plus d'informations sur la connexion des bornes d'un relais conventionnel.

Critères de sélection

Lors de la sélection d'un relais à verrouillage pour une application, il est essentiel de tenir compte des exigences spécifiques du système et de l'environnement dans lequel le relais fonctionnera.

1. Méthode de montage : Les relais à verrouillage sont généralement montés sur rail DIN ou encastrés. Un relais à verrouillage monté sur rail DIN est doté d'un clip ou d'un adaptateur qui s'enclenche sur le rail lui-même. Le montage sur rail DIN est très pratique et permet une installation et une reconfiguration aisées du relais. Dans le cas d'un montage encastré, le corps de l'appareil est généralement fixé au mur ou au panneau, et seules la plaque frontale et les parties opérationnelles sont visibles et accessibles. Cette méthode permet d'obtenir un aspect propre et discret et peut offrir une certaine protection contre les contacts accidentels ou les dommages.

2. Dimensions physiques
   1. Largeur : La largeur d'un relais à verrouillage, définie par le nombre d'espacements modulaires, détermine l'espace que le relais occupera sur un rail DIN ou dans un panneau de commande. L'espacement modulaire est une unité de mesure normalisée dans les installations électriques, un espacement modulaire ayant généralement une largeur de 17,5 mm.
   2. Profondeur d'encastrement : La profondeur d'encastrement correspond à la profondeur à laquelle le relais s'étend dans le panneau ou l'armoire une fois installé. Cette dimension doit être prise en compte afin de garantir un espace libre suffisant derrière le relais pour la ventilation, le câblage et l'entretien.

3. Nombre de contacts
   1. Contacts normalement ouverts : Le nombre de contacts normalement ouverts d'un relais définit le nombre de circuits distincts qui peuvent être contrôlés dans leur état par défaut (non alimentés). Par exemple, un relais avec un contact normalement ouvert signifie que lorsqu'il n'est pas alimenté, le contact est ouvert et aucun courant ne peut le traverser.
   2. Contacts normalement fermés : Les contacts normalement fermés sont l'inverse des contacts normalement ouverts ; ils permettent au courant de circuler lorsque le relais est dans son état par défaut.
   3. Contacts inverseurs : Les contacts inverseurs, également connus sous le nom de contacts de forme C ou de contacts unipolaires bidirectionnels (SPDT), peuvent passer d'un état normalement ouvert à un état normalement fermé lorsqu'ils sont actionnés. Ils permettent de rediriger le courant d'un circuit à un autre.

4. Tension et fréquence
   1. Tension de contrôle : La tension de commande (CA ou CC) est l'amplitude de la tension nécessaire pour faire fonctionner la bobine du relais. La plage de tension de commande spécifiée pour un relais indique les tensions minimales et maximales auxquelles le relais peut fonctionner de manière fiable.
   2. Fréquence : La gamme de fréquences spécifiée (par exemple, 50 Hz à 60 Hz) indique la compatibilité du relais avec les fréquences standard des lignes électriques dans différentes régions.
   3. Tension d'alimentation : La tension d'alimentation désigne le niveau de tension auquel les contacts du relais peuvent commuter une charge. Par exemple, un relais dont la tension d'alimentation est de 230 V CA est conçu pour commuter des charges fonctionnant à ce niveau de tension secteur courant que l'on trouve dans de nombreux environnements résidentiels et commerciaux.

5. Capacité de charge
   1. Il est important de faire correspondre les charges nominales maximales du relais avec les types et les configurations des appareils d'éclairage qu'il doit faire fonctionner. Par exemple, pour contrôler un groupe d'ampoules à incandescence qui consomment collectivement 1800 watts, il faut un relais dont la charge maximale de l'ampoule à incandescence est supérieure à 1800 watts pour garantir un fonctionnement sûr et fiable. De même, pour un système d'éclairage fluorescent avec une charge totale de 450 VA, le relais doit avoir une capacité de charge maximale pour les lampes fluorescentes qui dépassent 450 VA.

Applications

Les relais normaux qui ne se verrouillent pas sont plus courants que les relais à verrouillage, car de nombreuses applications exigent que le relais revienne à un état par défaut lorsque l'alimentation est coupée. Par exemple, dans les applications automobiles, les relais sont utilisés pour contrôler les phares, les essuie-glaces et d'autres composants électriques. Ces relais doivent généralement revenir à leur état par défaut lorsque le véhicule est arrêté. Les relais à verrouillage, quant à eux, sont utilisés dans des applications où il est nécessaire de conserver le dernier état même lorsque la bobine n'est plus alimentée, comme dans les applications de mémoire ou de conservation d'état. En remplaçant les interrupteurs mécaniques standard par des relais à verrouillage, les exigences opérationnelles sont moindres, ce qui améliore la fiabilité et réduit la consommation d'énergie.

Voici quelques applications typiques des relais à verrouillage :

• Compteurs de services publics : Les relais à verrouillage sont souvent utilisés dans les compteurs d'électricité, de gaz et d'eau où ils peuvent contrôler l'alimentation à distance sans nécessiter une alimentation constante de la bobine du relais.
• Appareils alimentés par batterie : Les appareils fonctionnant sur piles et devant économiser l'énergie, tels que les appareils médicaux portables, utilisent des relais à verrouillage pour activer et désactiver les circuits sans épuiser la pile pour maintenir le relais dans un état donné.
• Systèmes de contrôle de l'éclairage : Dans les systèmes d'éclairage intelligents ou l'automatisation des bâtiments, les relais à verrouillage peuvent être utilisés pour contrôler l'état de marche ou d'arrêt des lumières sans nécessiter d'alimentation continue, ce qui peut entraîner des économies d'énergie.
• Systèmes de sécurité : Les relais à verrouillage sont utilisés dans certains systèmes de sécurité pour contrôler les serrures ou d'autres dispositifs de sécurité, ce qui leur permet de rester dans le dernier état pendant les coupures de courant.

Cependant, dans certaines applications, l'utilisation d'un relais à verrouillage n'est pas idéale :

• Commutation fréquente : Si l'application implique un va-et-vient constant, un relais normal peut s'avérer plus efficace. Les relais à verrouillage excellent dans le maintien des états, et non dans les changements rapides.
• Contrôle simple de la marche et de l'arrêt : Un relais normal est souvent suffisant et plus rentable pour les applications de base telles que l'allumage et l'extinction des lumières.
• Commutation à grande vitesse : Les relais à verrouillage peuvent avoir des temps de commutation légèrement plus lents que certains relais normaux à haute performance. Un relais normal peut être préférable si l'application nécessite une commutation extrêmement rapide.

Différence entre les relais à verrouillage et les relais sans verrouillage

Tableau 1 : Relais à verrouillage et relais sans verrouillage

Relais à verrouillage	Relais sans verrouillage
Un relais à verrouillage reste dans la dernière position où il a été alimenté en dernier.	Un relais sans verrouillage revient à sa position normale.
Faible consommation d'énergie, l'énergie n'étant nécessaire que lors du changement d'état	Consommation d'énergie plus élevée, la puissance nécessaire pour maintenir l'état
Peut avoir une bobine simple ou double	Généralement, il s'agit d'un simple bobinage
Commutation sans bruit	Bruyant
Ils comprennent souvent des boutons d'indication qui sont utilisés pour contrôler manuellement la position du relais.	N'ont pas de bouton
Plus complexe en raison de la rétention par l'État	Une conception plus simple
Coûteux	Moins coûteux
Les applications comprennent les fonctions de mémoire et les systèmes d'alarme	Applications générales de commutation

Lisez notre article sur les contacteurs et les relais pour en savoir plus sur les différences entre les relais et les contacteurs et pour savoir quand choisir l'un ou l'autre pour une application.

FAQ

À quoi servent les relais à verrouillage ?

Les relais à verrouillage sont utilisés pour contrôler les circuits avec une consommation d'énergie minimale, en conservant leur état en cas de perte d'alimentation et dans les systèmes fonctionnant sur batterie ou à distance.

Qu'est-ce qu'un relais à verrouillage DC ?

Un relais à verrouillage DC est un type de relais à verrouillage qui fonctionne avec une source d'alimentation en courant continu (DC).

Où utilise-t-on un relais à verrouillage ?

Un relais à verrouillage est couramment utilisé dans les appareils alimentés par batterie, les applications d'économie d'énergie, les systèmes de commande à distance et les situations nécessitant un contrôle de circuit sans alimentation électrique constante.