YIJIA Industrial Electrical Co., Ltd. examine pourquoi leRelais électromagnétiquereste courant dans les systèmes de contrôle industriels malgré la croissance des technologies de commutation à semi-conducteurs et numériques.
Les systèmes de contrôle industriels ont considérablement changé avec les automates programmables, les capteurs, les variateurs de fréquence, la surveillance à distance et les contrôleurs en réseau. Pourtant, de nombreuses armoires de commande contiennent encore des relais électromécaniques conventionnels. Leur utilisation continue n’est pas simplement une question de conception d’équipements plus anciens. Dans de nombreuses applications, la structure de base du relais offre toujours une combinaison pratique d'isolation électrique, de commutation simple et de contrôle de circuit flexible.
La fonction de base d'un relais n'a pas changé : un signal de commande relativement faible actionne les contacts d'un autre circuit. Cette séparation est utile lorsque le contrôleur et la charge contrôlée ont des caractéristiques électriques différentes.
Par exemple, une sortie API ne peut pas être destinée à commuter directement un contacteur de moteur, un solénoïde, un circuit d'alarme ou une autre charge. Un relais peut être placé entre le contrôleur et la charge, fournissant ainsi une interface de commutation supplémentaire.
Trois caractéristiques sont particulièrement pertinentes :
Ces caractéristiques rendent les relais utiles même lorsque le système de contrôle environnant est hautement automatisé.
Les équipements d'automatisation modernes combinent souvent des circuits de commande électroniques basse tension avec des charges à haute tension. Ces circuits doivent interagir sans nécessairement être directement connectés.
Un relais électromagnétique utilise une bobine et un mécanisme de contact pour créer cette séparation. Lorsque la bobine est alimentée, son champ magnétique déplace une armature, modifiant l'état des contacts.
Le circuit de commande fait donc fonctionner le relais sans transporter directement le courant de charge via la sortie du contrôleur.
| Exigence de contrôle | Fonction relais |
|---|---|
| Circuits de commande et de charge séparés | Utilise une isolation bobine-contact |
| Changer un niveau de tension différent | Les contacts fonctionnent indépendamment de la tension de la bobine |
| Contrôler plusieurs chemins de circuit | Différentes configurations de contacts sont disponibles |
| Fournir un état de commutation physique | Les contacts correspondent visiblement à un état électrique |
Cette disposition reste utile dans les armoires de commande où différents niveaux de tension et fonctions de circuit sont combinés.
La commutation statique présente des avantages dans les applications nécessitant un fonctionnement extrêmement rapide ou une fréquence de commutation très élevée. Toutefois, les contacts physiques restent utiles pour de nombreuses charges industrielles conventionnelles.
Un contact mécanique fournit un état ouvert ou fermé clairement défini. Il peut également être sélectionné en fonction de la charge électrique requise et de la configuration du circuit.
Les modalités de contact courantes comprennent :
Cette flexibilité permet à un relais d'effectuer différentes tâches de contrôle sans modifier le principe de fonctionnement de base.
Pour les concepteurs d'équipements, le choix porte donc moins sur la meilleure solution universelle pour la commutation mécanique ou électronique que sur la technologie adaptée au circuit.
Les machines industrielles nécessitent rarement un seul type d’action de commutation. Un signal de commande peut devoir démarrer un circuit tout en en déconnectant un autre, ou fournir un signal d'état à une entrée de commande distincte.
Un relais avec contacts inverseurs peut effectuer ce type de commutation par un seul mouvement mécanique.
Par exemple:
| Exigence | Arrangement de contact possible |
|---|---|
| Allumer un circuit lorsqu’il est sous tension | Normalement ouvert |
| Interrompre un circuit lorsqu'il est sous tension | Normalement fermé |
| Transfert entre deux circuits | Passage |
| Fournir des chemins de contrôle séparés | Plusieurs jeux de contacts |
C'est l'une des raisons pour lesquelles les relais conventionnels continuent d'apparaître dans les panneaux de commande des machines et les armoires électriques.
Une limitation importante des relais mécaniques est que leurs contacts et leurs pièces mobiles subissent une usure physique. Chaque cycle de commutation implique un mouvement de l'induit et des surfaces de contact.
Pour les applications avec une fréquence de commutation relativement modérée, cela ne crée pas de limitation significative. Pour les équipements qui commutent extrêmement rapidement ou continuellement, les concepteurs peuvent envisager des alternatives à semi-conducteurs.
Le profil opérationnel compte donc.
Un relais peut être approprié lorsqu'un système nécessite :
La durée de vie réelle dépend de facteurs tels que le type de charge, le courant de commutation, la tension, la fréquence de fonctionnement, le matériau des contacts et les conditions environnementales.
Lorsque les contacts s'ouvrent ou se ferment sous charge, les conditions électriques à la surface du contact peuvent produire de la chaleur, des arcs électriques et un transfert de matière. Des commutations répétées affectent progressivement les surfaces de contact.
Pour cette raison, le matériau des contacts constitue un élément important de la conception des relais.
Les matériaux de contact à base d'argent sont couramment utilisés dans la commutation électrique en raison de leur conductivité électrique et de leur adéquation aux applications de contact. Le matériau approprié dépend cependant de la charge électrique et des conditions de fonctionnement plutôt que du seul nom du matériau.
Les performances des contacts sont influencées par plusieurs facteurs :
| Facteur | Effet |
|---|---|
| Niveau actuel | Influence le chauffage par contact |
| Tension | Affecte les arcs électriques pendant la séparation |
| Type de charge | Les charges inductives peuvent créer une contrainte de commutation plus importante |
| Fréquence de commutation | Détermine la fréquence à laquelle les contacts subissent une usure |
| Matériel de contact | Influence la conductivité et le comportement à l'usure |
Ceci est particulièrement pertinent dans le cas des équipements industriels qui fonctionnent de manière répétée sur de longues périodes.
Une autre raison de leur utilisation continue est la simplicité de leur intégration. Les systèmes de contrôle industriels contiennent souvent des architectures de câblage établies utilisant des borniers, des contacteurs, des disjoncteurs, des automates, des minuteries et des relais.
Un relais peut être installé comme élément de commutation intermédiaire sans nécessiter de modifications majeures du concept de commande global.
Ceci est utile lorsque :
Le principe de fonctionnement familier rend également le dépannage relativement direct. Les techniciens peuvent inspecter séparément le circuit de la bobine, l’état des contacts, le câblage et la charge connectée.
L'utilisation continue de relais mécaniques est particulièrement visible dans les équipements où une simple commutation électrique est plus importante qu'un fonctionnement à vitesse extrêmement élevée.
Les relais peuvent interfacer les sorties du contrôleur avec des moteurs, des vannes, des indicateurs, des alarmes et d'autres charges électriques.
Ils peuvent fournir un étage de commutation intermédiaire entre les contrôleurs électroniques et les appareils de terrain.
Les relais peuvent gérer des circuits auxiliaires et assurer la séparation électrique entre les différentes parties d'un système de contrôle.
Les machines existantes peuvent utiliser des architectures de contrôle basées sur des relais qui restent pratiques à entretenir plutôt que d'être complètement repensées.
La disponibilité croissante des relais statiques n’a pas éliminé les relais mécaniques. Au lieu de cela, les deux technologies sont souvent sélectionnées en fonction d’exigences opérationnelles différentes.
| Considération | Relais électromagnétique | Relais statique |
|---|---|---|
| Mécanisme de commutation | Contacts mécaniques | Dispositifs semi-conducteurs |
| Usure par contact physique | Oui | Aucune usure mécanique des contacts |
| Isolation électrique | Disponible via structure relais | Disponible grâce à la conception d'isolation électronique |
| Vitesse de commutation | Généralement modéré | Généralement plus rapide |
| Comportement thermique | Dépend principalement des contacts et de la charge | La dissipation thermique des semi-conducteurs peut être importante |
| Meilleur ajustement | Commutation industrielle conventionnelle | Commutation électronique haute fréquence ou rapide |
Aucun des deux types ne convient automatiquement à chaque application. Les caractéristiques de charge, la fréquence de commutation, les exigences d'isolation, les conditions d'installation et la durée de vie attendue doivent être prises en compte ensemble.
L'automatisation industrielle ne nécessite pas toujours la technologie de commutation la plus récente. Les équipements nécessitent souvent des composants faciles à intégrer, à comprendre, à tester et à remplacer.
Le relais électromagnétique continue de répondre à ces exigences dans de nombreuses applications de contrôle car son principe de fonctionnement est simple : alimenter une bobine, déplacer un système de contact mécanique et modifier l'état du circuit.
Cette simplicité rend également ses limites plus faciles à identifier. L'usure des contacts, les arcs électriques, la fréquence de commutation, la puissance de la bobine et les caractéristiques de charge peuvent tous être évalués lors de la conception du circuit.
Alors que les systèmes de contrôle industriels continuent d'intégrer des automates programmables, des communications numériques et des contrôleurs électroniques, les relais mécaniques restent utiles là où une commutation de contact physique et une isolation de circuit sont nécessaires. YIJIA Industrial Electrical Co., Ltd. produit des composants de contrôle industriel, notamment des relais, des contacteurs CA, des interrupteurs à bouton-poussoir, des lampes de signalisation et des produits connexes. La présence continue du relais électromagnétique dans les armoires de commande modernes reflète un choix technique pratique : lorsque l'application nécessite une commutation mécanique isolée et configurable, un relais conventionnel peut toujours effectuer la tâche requise sans complexité inutile.
