Relais AC ou DC
Un relais pour courant alternatif à la place d'un relais pour courant continu
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J'ai reçu une question très interessante (plus interessante qu'il n'y parait à première vue, pour peu qu'on se plonge dans la matière): peut-on utiliser un relais pour courant alternatif à la place d'un relais pour courant continu (ou l'inverse)?
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Nous parlons ici principalement de la bobine du relais: les contact peuvent travailler aussi bien avec du continu que de l'alternatif. Certains relais indiquent une puissance un peu moindre en continu pour les contacts, par exemple 16A en alternatif et 10A en continu.

Relais pour courant alternatif

Le courant alternatif passe par zéro deux fois par période, donc 100 fois par seconde. A ce moment le champ magnétique est nul et l'armature du relais n'est plus attirée. L'armature est assez légère et peut vibrer à une telle fréquence. Les contacts ne sont donc plus bons. Si du courant passe par les contacts, ils peuvent rapidement être détruits par le courant qui est régulièrement coupé.

Pour éviter ce phénomène, on découpe le noyau central en deux et on monte une bague en cuivre sur une des parties (voir photos à droite). Cette bague peut porter plusieurs noms: bague de Frager, bague de déphasage, shading ring en anglais. Quand le champ magnétique augmente, un courant apparait dans la bague en cours circuit, c'est le principe de l'induction. Quand le champ diminue, la bague tente de maintenir le courant, la bague agit comme une self. Quand le champ principal est nul, il y a encore un champ qui passe dans la partie qui a la bague déphaseuse, ce qui fait que le champ total ne devient jamais nul et l'armature reste collée contre le noyau tant quque la bobine est alimentée.

La spire de frager est également utilisée dans les petits moteurs asynchrones monophasés pour créer un champ tournant. La spire de frager est une solution simple pour créer un champ tournant. Comme le rendement est assez faible, cette méthode n'est utilisée que pour les petits moteurs (ventilateurs,...) où un glissement important n'est pas un inconvénient majeur.

Utiliser un relais alternatif avec du continu?
La bague de frager n'empèche pas le relais de travailler sur du continu, elle n'a alors aucun effet. Mais par contre il y a un autre effet qui joue: c'est l'impédance variable de la bobine du relais. Quand le relais n'est pas excité, le circuit magnétique est ouvert et l'impédance du relais est assez basse. Un courant important peut donc circuler dans le relais. Quand le circuit magnétique se ferme, l'impédance du relais augmente fortement et limite le courant. Le relais pour courant alternatif est en quelque sorte auto-régulé. C'est très interessant, car il faut un courant plus important pour actionner l'armature. Une fois que l'armature colle contre le noyau, ce courant peut être beaucoup plus faible et l'armature ne risque pas de lacher.

Si on alimente maintenant le relais avec du continu, le courant va être beaucoup trop élevé, parce que maintenant l'impédance du bobinage ne joue plus. Un relais conçu pour du 12V alternatif doit par exemple être alimenté en 6V continu. Mais il faut également tenir compte du fait que l'augmentation de la self induction quand le circuit magnétique est fermé ne joue plus.

Ce qu'il faut, quand on alimente le relais prévu pour de l'alternatif avec du continu, c'est le circuit suivant (voir à droite). Il contient naturellement la diode de roue libre D1 pour protéger le transistor quand il n'est plus en conduction (la self induction peut produire des pics de tension de plus de 100V). Mais il contient surtout un condensateur C1 et une résistance R2.

La fonction de la diode de roue libre (et de son alternative quand on utilise de l'alternatif) est expliquée sur la page du filtre boucherot.

Au repos, il n'y a pas de courant qui circule dans le relais ni la résistance. Il n'y a donc pas de tension aux bornes de la résistance et le condensateur est déchargé. Quand on donne le signal pour fermer le relais, la tension nominale est appliquée au relais, donc 12V. Mais rapidement le condensateur se charge à la moitié de la tension d'alimentation (la résistance et la bobine ont tout deux une valeur de 270Ω). Le courant est ainsi limité à une valeur plus faible qui ne risque pas de faire griller le bobinage.

Ne surtout pas alimenter le relais en continu avec la valeur de la tension conçue pour l'alternatif. Vous risquez de griller lme bobinage, mais également de magnétiser les parties métalliques du relais. Quand le courant est coupé, le relais reste alors plaqué contre le noyau.

Relais pour courant continu

Le relais pour courant continu reçoit du continu et produit donc un champ magnétique dans un seul sens. A la longue, il y a risque que le circuit magnétique devienne magnétisé. Ce champ magnétique résiduel est trop faible pour attirer l'armature, mais une fois qu'elle est collée contre le noyau, ce champ peut être assez puissant pour que l'armature ne lache pas.

Pour éviter cela, le relais à courant continu a toujours un très petit entrefer pour réduire le magnétisme rémanent. L'entreefer fait que le champ magnétique rémanent reste dans de très basses valeurs. L'entrefer est formé par une petite bosse au milieu de l'armature, qui l'empèche de faire un contact parfait avec le noyau. La bosse a une hauteur de 1mm et une circonférence de quelques milimètres et se trouve au milieu de l'armature, la bosse est visible sur le schéma à droite (en rouge).

Alimenter un relais pour continu avec de l'alternatif?
Pour éviter que l'armature ne vibre quand le relais est alimenté en alternatif, il n'y a qu'une solution: redresser le courant et le filtrer. Par l'effet du condensateur, la tension va augmenter d'un facteur de 1.4. Il faut donc placer une résistance en série avec la bobine du relais pour limiter le courant. Pour une résistance de bobine de 1kΩ il faut une résistance en série de 390Ω. Le condensateur est nécessaire pour éviter que le courant ne devienne zéro (pulsation alternative). Une valeur de 100µF suffit amplement pour un relais classique (24V 20mA).

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