Notes d’application sur les technologies de relais

Cette note d’application a été rédigée en réponse aux nombreux problèmes d’application résultant d’une suppression incorrecte de bobines de relais. Le symptôme type est le soudage aléatoire par points des contacts normalement ouverts lors de la commutation d’une charge inductive ou d’une charge de lampe avec un courant d’appel élevé.

Les applications automobiles peuvent être classées en charges résistives, charges capacitives et charges inductives. La courbe de courant des charges résistives est spécifiée par la tension de la charge et la résistance de la charge. Les charges capacitives ont un courant d’appel élevé et un courant stable faible. Par conséquent, les lampes sont incluses dans les charges capacitives, car le filament froid a une résistance nettement inférieure à celle du filament chaud. Les charges inductives sont caractérisées par une augmentation exponentielle du courant et un arc remarquable à la mise à l’arrêt, induit par la démagnétisation du circuit magnétique de la charge. Les relais d’alimentation (relais de serrage) peuvent commuter ou alimenter un mélange de différentes charges.

Un relais statique avec commutation à zéro de tension peut être la pire méthode possible pour activer un transformateur ou une charge hautement inductive. Il a été prouvé1 que l’allumage à zéro de tension de telles charges peut provoquer un courant de choc de peut-être 10 à 40 fois le courant à l’état d’équilibre, alors que l’allumage à la tension de crête entraîne peu ou pas de surcharge.

Cette note d’application traite des problèmes liés aux méthodes utilisées pour mettre hors tension les bobines de relais électromagnétiques, en particulier lorsqu’un commutateur statique est utilisé, et comment ils affectent la durée de vie du relais.

Les bobines des relais et contacteurs sont généralement enroulées à l’aide d’un fil de cuivre - et le fil de cuivre a un coefficient de température positif comme indiqué dans les formules et le graphique suivant. La plupart des bobines sont également alimentées par une tension relativement fixe. Ainsi, en supposant que la tension reste constante, l’augmentation de la température entraînera une résistance plus élevée de la bobine et une diminution du courant de la bobine.

Les lampes à incandescence, les charges inductives comme les moteurs et les solénoïdes, les charges capacitives comme les ballasts électroniques et les alimentations électriques à commutation, etc. peuvent présenter des courants de choc initiaux très élevés lors de la mise sous tension. Cela peut représenter jusqu’à 10 fois ou plus le courant à l’état d’équilibre et c’est particulièrement problématique si la fermeture du contact se produit de manière aléatoire près de la crête de l’onde sinusoïdale de la tension. Le soudage des contacts en raison d’un tel courant de choc excessif en est souvent le résultat. Les relais pour de telles applications doivent généralement être surdimensionnés ou spécialement conçus pour gérer le courant d’appel élevé par rapport au courant relativement limité à l’état d’équilibre. Cela entraîne généralement des coûts de contrôle supplémentaires et une utilisation accrue de l’espace.

Qu’est-ce qu’un arc électrique ? Comment s’enflamme-t-il et comment l’éteindre ? En quoi un arc affecte-t-il la durée de vie des contacts de relais ? Voici quelques questions auxquelles nous allons répondre. Nous espérons vous aider à mieux comprendre comment obtenir la plus longue durée de vie possible pour les contacts de relais tels que ceux-ci.

Il est souvent souhaitable de réduire la consommation totale de puissance de contrôle et la génération de chaleur. Une façon de le faire consiste à réduire la consommation d’énergie de la bobine du relais. Voici deux méthodes utilisées pour y parvenir pour les relais à bobine CC. Cependant, il est important de noter que la réduction de la puissance de la bobine par n’importe quelle méthode réduit la capacité du relais à maintenir l’armature du relais en place, ce qui réduit la tolérance aux chocs et aux vibrations du relais.

Les utilisateurs de relais souhaitent souvent connaître l’inductance de la bobine du relais qu’ils utilisent afin de pouvoir déterminer l’énergie libérée par la bobine lors de la mise hors tension.

Une manipulation et un montage incorrects des relais de circuits imprimés peuvent altérer les caractéristiques de fonctionnement du relais et entraîner une défaillance prématurée. De plus, les largeurs de conducteur recommandées et les procédures de nettoyage des circuits imprimés jouent un rôle important pour garantir que l’ensemble fournira un service fiable et durable.

Une bobine de relais est un fil de cuivre enroulé plusieurs fois sur et autour d’une bobine dans laquelle se trouve un noyau en fer. Lorsqu’une tension d’amplitude suffisante passe à travers la bobine, la bobine et le noyau développent un magnétisme qui attire l’armature. L’armature, à son tour, contrôle le mouvement de contact. En fonction de la longueur totale du fil et de sa section transversale unitaire, la bobine présente une certaine résistance au flux de courant électrique.

Tout au long de la présente note d’application, on considère que les références aux « relais » peuvent généralement s’appliquer également aux « contacteurs ». De même, peu de choses sont spécifiquement mentionnées concernant l’application des « relais de type télécommunications ». En règle générale, la nécessité d’un entraînement approprié pour la bobine s’applique également aux contacteurs et aux relais de télécommunications, sauf que l’augmentation de la température interne et de la bobine en raison de la charge de contact est rarement un problème dans les applications de télécommunications.

Les contacts de relais sont disponibles dans une variété de métaux et d’alliages, de tailles et de styles. Il n’existe pas de contact universel. L’utilisateur du relais doit sélectionner les matériaux, valeurs nominales et styles des contacts de manière à répondre, aussi précisément que possible, aux exigences d’une application particulière. Dans le cas contraire, cela peut entraîner des problèmes de contact et même une panne précoce des contacts.

Les relais et la température sont étroitement liés. Lorsqu’un relais est exposé à différentes températures, ses caractéristiques de fonctionnement changent en fonction de la température. Les changements les plus notables se produisent au niveau de la tension d’amorçage (VPI) et de la résistance de la bobine (RC). L’enroulement de la bobine d’un relais est produit avec du fil de cuivre et donc la résistance de la bobine varie en fonction du coefficient de température du cuivre.

Sauf indication contraire spécifique de TE Engineering, tous les relais scellés (qui ont un moyen de ventilation fourni par le fabricant) doivent être ventilés après l’assemblage et le nettoyage du circuit imprimé, mais avant utilisation électrique, afin que les valeurs nominales publiées restent applicables.