Un relais à verrouillage est un type spécial de relais qui maintient sa position ALLUMÉ ou ARRÊT même lorsque l’alimentation est coupée. Il fonctionne avec une impulsion courte et ne nécessite pas d’alimentation continue pour rester actif. Cela permet d’économiser de l’énergie et de réduire la chaleur. Cet article explique ses composants, types, fonctionnement, avantages et où il est utilisé.
Présentation du relais de verrouillage
Un relais à verrouillage est un type particulier de relais qui peut garder sa position même après l’arrêt de l’alimentation. Il fonctionne comme un interrupteur qui allume ou éteint un circuit, mais une fois qu’il change de position avec une impulsion courte de courant, il reste ainsi jusqu’à ce qu’une autre impulsion le modifie à nouveau. Cela signifie qu’elle n’a pas besoin d’électricité constante pour maintenir son état, ce qui aide à économiser de l’énergie et à réduire la chaleur. À l’intérieur, le relais possède un système magnétique qui verrouille les contacts après la commutation. Il est souvent utilisé dans les panneaux de contrôle, les systèmes d’alimentation et les circuits électriques qui doivent se souvenir de leur dernier réglage après une coupure de courant. Les relais à verrouillage sont fiables, économes en énergie et conçus pour des performances à long terme.
Composants et fonctions du relais de verrouillage
Bobine électromagnétique
La bobine électromagnétique est le cœur d’un relais à verrouillage. Lorsqu’une impulsion courte de courant est appliquée, elle génère un champ magnétique qui tire l’armature, changeant la position de contact de ON à OFF ou inversement. Une fois l’impulsion terminée, la bobine ne consomme plus d’énergie, rendant le relais économe en énergie.
Armature
L’armature est un levier en fer mobile qui répond au champ magnétique de la bobine. Il pivote ou se décale pour ouvrir ou fermer les contacts à l’intérieur du relais. Son mouvement précis assure une commutation fiable entre les deux états du circuit.
Aimant permanent
L’aimant permanent est ce qui donne sa mémoire au relais de verrouillage. Après la fin de l’impulsion de bobine, l’aimant maintient l’induit dans sa dernière position, maintenant l’état du relais même en cas de coupure de courant. Cela permet au relais de conserver sa condition ON ou OFF sans mise en tension continue.
Contacts (NO/NC)
Les contacts sont les points de connexion électrique qui contrôlent le circuit. Les contacts Normalement Ouverts (NO) se ferment lorsque le relais est activé, tandis que les contacts Normalement Fermés (NC) s’ouvrent. Ces contacts forment l’interface entre le relais et le circuit externe, contrôlant le flux de courant vers la charge connectée.
Ressort ou loquet mécanique
Certains relais de verrouillage utilisent un ressort ou un loquet mécanique pour maintenir l’induit en place. Le loquet garantit que le relais reste dans son dernier état jusqu’à ce qu’une impulsion inverse ou un signal de réinitialisation soit appliqué, contribuant ainsi à la stabilité et à la durabilité du mécanisme du relais.
Bornes à bobine
Les bornes de bobine sont les points de connexion d’entrée où les signaux de commande ou les impulsions sont appliqués. Ces brèves impulsions électriques déclenchent le changement de position de l’induit par la bobine, permettant un fonctionnement précis et efficace du relais.
Terminaux de contact
Les bornes de contact servent de points de sortie qui relient le relais au circuit externe. Ils transmettent le courant commuté à la charge, permettant au relais de verrouillage de contrôler la livraison de puissance vers les dispositifs ou systèmes.
Enceinte (Logement)
L’enceinte offre une protection structurelle aux composants internes du relais. Il les protège de la poussière, de l’humidité et des vibrations, assurant une fiabilité à long terme et un fonctionnement sûr dans diverses conditions environnementales.
Fonctions principales du relais de verrouillage
• Conserve sa position ALLUMÉ ou ARRÊT même après la coupure de l’alimentation.
• Interrupteurs utilisant des impulsions de commande courtes au lieu d’un courant continu.
• Permet d’économiser de l’énergie en éliminant le besoin d’une énergisation constante de la bobine.
• Réduit la chaleur des serpentins et prolonge la durée de vie des relais.
• Maintient l’état du circuit lors des coupures ou coupures de courant.
• Améliore la fiabilité des systèmes dans les applications d’automatisation et de contrôle.
• Peut être conçu en simple ou double bobinage pour un fonctionnement flexible.
• Assure un verrouillage mécanique stable pour une commutation précise.
Types de relais à verrouillage
Mode de verrouillage magnétique
Dans un relais magnétique à verrouillage, la force de maintien provient d’un aimant permanent. Lorsqu’une impulsion de courant courte énergise la bobine, le champ magnétique déplace l’armure et modifie l’état de contact. Après la fin de l’impulsion, l’aimant permanent maintient l’induit à sa nouvelle position sans alimentation continue. Pour revenir à la position initiale, une impulsion de courant inversée est appliquée, modifiant la polarité magnétique et libérant l’armature. Ce fonctionnement permet une commutation stable avec une très faible consommation d’énergie.
Mode de verrouillage mécanique
Un relais mécanique à verrouillage utilise un ressort, un loquet ou un mécanisme de levier pour maintenir l’induit après la commutation. Lorsque la bobine est alimentée, l’armature se déplace et se verrouille mécaniquement en position. Il reste verrouillé jusqu’à ce qu’un signal de réinitialisation ou une impulsion inverse soit appliqué pour le libérer. Ce type de verrouillage garantit que le relais maintient son dernier état même lorsque l’alimentation est coupée, assurant un positionnement fiable et constant des contacts.
Relais à impulsion ou à pas
Un relais impulsionnel ou à pas change de position de contact à chaque fois qu’il reçoit une impulsion de contrôle. Lorsqu’une impulsion courte est appliquée à la bobine, le relais alterne entre les états ON et OFF sans avoir besoin d’alimentation continue. Le mécanisme interne, souvent utilisant un système magnétique ou à cliquet, garantit que chaque impulsion déplace les contacts vers la position opposée avec précision. Ce fonctionnement réduit la consommation d’énergie, limite le chauffage des bobines et offre une action de commutation fiable pour des opérations répétées.
Comparaison : Relais à verrouillage et relais non verrouillé
| Fonctionnalité | Relais de verrouillage | Relais non verrouillant |
|---|---|---|
| Exigences de puissance de la bobine | Nécessite seulement de l’alimentation pour une impulsion brève lors de la commutation ; aucun courant continu n’est nécessaire après l’actionnement. | Nécessite une énergisation constante pour maintenir son état ON ; se déconnecte lorsque le courant est coupé. |
| Efficacité énergétique | Très économe en énergie grâce à une consommation d’énergie minimale pendant le fonctionnement. | Consomme plus d’énergie car la bobine reste alimentée lorsqu’elle est active. |
| Rétention de l’État | Conserve sa dernière position ON ou OFF même après coupure de courant, assurant ainsi un fonctionnement bistable. | Revient automatiquement à son état par défaut lorsque l’alimentation est coupée. |
| Type de bobine | Peut être conçu avec un mécanisme simple ou double bobinage pour contrôler les fonctions de réglage et de réinitialisation. | En général, une seule bobine continue pour maintenir la position de contact. |
| Perte de courant lors d’une coupure | Conserve son état précédent sans alimentation externe. | Revient à son état initial après une coupure de courant. |
| Stabilité de la réponse | Offre des performances de commutation stables avec une usure mécanique minimale. | Peut subir un rebond de contact dû à un fonctionnement continu. |
| Demande de maintenance | Bas, car il ne fonctionne que lors des impulsions de commutation. | Plus élevé, grâce à la production de chaleur par l’énergisation continue des bobines. |
Comparaison : relais à verrouillage simple et double bobinage
| Paramètre | Relais à verrouillage simple bobinage | Relais à verrouillage à double bobinage |
|---|---|---|
| Opération | Une bobine change d’état en inversant la polarité de l’impulsion de commande. | Deux bobines, une fixe et une réinitialise le relais. |
| Logique de contrôle | Il faut un renversement de polarité pour activer ou désactiver. | Utilise des signaux de contrôle séparés pour le set et le reset. |
| Efficacité énergétique | Très efficace puisque seule une résistance est utilisée. | Consommation de puissance légèrement supérieure avec deux bobines. |
| Complexité de contrôle | Modéré, à cause du changement de polarité. | Simple et facile à contrôler. |
| Vitesse de réponse | Un peu plus lentement à cause du changement de polarité. | Plus rapide car chaque résistance fonctionne indépendamment. |
| Coût de construction | Un design simple et peu coûteux. | Un peu plus cher à cause de la résistance supplémentaire. |
Différentes utilisations du relais à verrouillage
Systèmes de rétention d’énergie
Les relais à verrouillage sont utilisés dans des circuits qui doivent conserver leur état ALLUMÉ ou ARRÊT après une coupure de courant. Ils maintiennent l’état précédent sans nécessiter d’alimentation continue, ce qui les rend optimaux pour les systèmes nécessitant un fonctionnement de type mémoire.
Circuits de contrôle de l’éclairage
Ces relais sont utilisés dans les systèmes d’éclairage où une impulsion de commande peut allumer les lumières et une autre peut les éteindre. Cela permet un contrôle centralisé ou à distance de l’éclairage avec une consommation d’énergie minimale.
Compteurs d’énergie intelligents
Dans les compteurs d’énergie, les relais à verrouillage aident à déconnecter ou reconnecter les charges grâce à de courtes impulsions de contrôle, améliorant ainsi l’efficacité énergétique et réduisant le gaspillage d’énergie en fonctionnement continu.
Panneaux de contrôle industriels
Les relais de verrouillage sont utilisés dans les panneaux de contrôle pour maintenir l’état opérationnel de l’équipement lors de coupures temporaires de courant, assurant une logique de contrôle stable.
Équipements de communication
Ils sont utilisés dans les circuits de commutation de signal où l’état de la connexion doit rester inchangé même après la coupure de courant, permettant un routage fiable du signal.
Systèmes de sécurité et d’alarme
Les relais de verrouillage maintiennent l’état d’alarme ou de verrouillage jusqu’à ce qu’un signal de réinitialisation soit appliqué. Cela garantit que les alertes ou les verrous restent actifs même lors de courtes coupures de courant.
Électronique automobile
Ces relais se trouvent dans les circuits automobiles pour contrôler les lumières, les essuie-glaces ou les accessoires qui doivent maintenir leur dernière position sans consommer d’alimentation continue.
Avantages et limitations du relais à verrouillage
| Avantages | Limitations |
|---|---|
| Consomme très peu d’énergie puisque la bobine n’est alimentée que lors de la commutation. | Nécessite un circuit de commande plus complexe pour le contrôle des impulsions ou de la polarité. |
| Conserve sa position de contact même après la coupure de l’alimentation. | A une vitesse de commutation limitée comparée aux appareils électroniques. |
| Produit un chauffage minimal de la résistance pendant le fonctionnement. | L’aimant permanent peut légèrement s’affaiblir sur le long terme. |
| Conception compacte et fiable pour une longue durée de service. | Il nécessite des impulsions de contrôle précises et temporisées pour un fonctionnement correct. |
| Excellent pour l’économie d’énergie et les systèmes alimentés par batterie. | Peut ne pas convenir aux applications nécessitant des changements rapides ou fréquents. |
| Offre une durée de vie opérationnelle plus longue grâce à une usure mécanique réduite. | Coût initial légèrement supérieur à celui des relais standards. |
Conseils pour la conception et l’installation des relais de verrouillage
• Maintenir la bonne largeur d’impulsion de contrôle, entre 20 et 50 millisecondes, afin d’assurer une commutation fiable sans surchauffe de la bobine.
• Maintenir toujours la charge de contact dans les limites de courant nominal afin d’éviter la soudure ou la dégradation par contact.
• Ajouter des circuits snubber ou des réseaux RC lors de la commutation de charges inductives afin de supprimer les pics de tension et prolonger la durée de vie des contacts.
• Fournir un jeu mécanique autour du relais pour minimiser le transfert de vibrations pouvant affecter l’alignement des contacts.
• Veiller à ce que la température ambiante reste dans les limites nominales pour éviter la dégradation de l’isolation et les dommages des bobines.
• Utiliser un blindage électromagnétique ou une mise à la terre appropriée lors des opérations dans des environnements à haute EMI afin d’éviter les fausses déclenchements.
• Nettoyer périodiquement les contacts du relais dans des environnements poussiéreux ou humides afin de maintenir une conductivité stable et une longue durée de service.
Dépannage et maintenance du relais de verrouillage
| Problème / Zone de maintenance | Cause possible | Solution recommandée |
|---|---|---|
| Le relais ne se verrouille pas | L’impulsion de contrôle est trop courte ou le courant de la bobine trop faible. | Vérifiez la tension de contrôle, assurez-vous de la bonne largeur d’impulsion (20–50 ms) et vérifiez l’état de la bobine. |
| Contacts bloqués | Surcharge ou arc entre les contacts. | Nettoyez correctement les contacts ou remplacez l’ensemble contact si des piqûres sont observées. |
| Commutation non intentionnelle | Bruit électrique, surtension ou signal instable. | Ajoutez des circuits snubber, des filtres EMI ou un blindage pour éviter les fausses déclenchements. |
| Surchauffe de la résistance | Durée excessive de l’impulsion ou tension au-delà de la valeur nominale. | Raccourcir le temps d’impulsion, confirmer la bonne tension de la bobine et maintenir une ventilation adéquate. |
| Aucune conservation de l’État | L’aimant s’est affaibli, ou le mécanisme du loquet s’est bloqué. | Inspectez la présence de débris ou d’usure, testez la prise magnétique, et remplacez le relais si nécessaire. |
| Inspection périodique | Usure mécanique ou dégradation des contacts au fil du temps. | Inspectez tous les 6 à 12 mois pour garantir un fonctionnement fluide et une commutation régulière. |
| Maintenance du terminal | Les connexions lâches ou corrodées provoquent une résistance. | Gardez les bornes serrées, propres et exemptes de corrosion pour des performances fiables. |
| Condition du relais vieilli | Haute résistance de contact ou fonctionnement erratique. | Remplacez les relais montrant une commutation instable ou une forte résistance pour maintenir la fiabilité du circuit. |
Conclusion
Les relais à verrouillage sont des interrupteurs fiables et économes en énergie qui restent en place après une brève impulsion. Ils aident à maintenir la stabilité des circuits pendant les coupures de courant et à réduire la consommation d’énergie. Avec moins de pièces mobiles et peu de chaleur, ils durent plus longtemps et fonctionnent bien dans de nombreux systèmes de contrôle. Leur conception simple en fait un choix judicieux pour les tâches de commutation à long terme.
Foire aux questions [FAQ]
12.1. Les relais à verrouillage ont-ils besoin d’alimentation continue ?
Non. Ils ne consomment de l’énergie que lors des impulsions de commutation.
12.2. Combien de temps un relais de verrouillage peut-il rester verrouillé ?
Indéfiniment, jusqu’à ce qu’une impulsion inverse change d’état.
12.3. Puis-je utiliser des relais à verrouillage dans les circuits AC ?
Oui, à condition que la bobine et les contacts du relais soient homologués pour fonctionner en courant alternatif.
12.4. Sont-ils adaptés aux circuits de sécurité ?
Oui, car ils conservent leur état lors des coupures de courant.
12,5. Comment les relais à verrouillage sont-ils testés ?
Utiliser un driver à impulsions ou des boutons-poussoirs manuels pour la vérification de la réglage/réinitialisation.