Relais

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Introduction

Un relais est un organe électrique permettant la commutation de liaisons électriques. Il est chargé de transmettre un ordre de la partie commande à la partie puissance d'un appareil électrique et permet, entre autres, un isolement galvanique entre les deux parties. Le relais est donc utile pour effectuer une commande de puissance de type tout ou rien.

Relais.png

Source [Wikipedia]

Relais2.jpg

Source [Wikipedia]

Si les relais les plus répandus ne permettent pas de raccorder directement un chauffage électrique (trop puissant), ils acceptent néanmoins couramment une plus d'un ampère sous 230 Volts.

Cela offre déjà bien des possibilités :-)

Pour plus d'information sur les relais, voir l'article consacré aux relais électriques (sur Wikipédia).

Attention

La haute tension et l’électrocution

Il est assez aisé de faire un montage en haute tension (220 volts alternatif) à l'aide de relais. C'est d'ailleurs l'un des principaux avantages de ceux-ci.

Cependant, il ne faut toujours garder à l'esprit que travailler avec le réseau électrique (donc en hautes tensions) présent des risques d'électrocutions. C'est un risque à considérer sérieusement car il peut conduire à la mort!

Si vous ne disposez pas des compétences adéquates, renseignez vous auprès de quelqu'un de compétent dans ce domaine. A défaut, le montage en basse tension reste ludique et pertinent dans de nombreux domaines.

Faite également bien attention quand vous manipulez votre montage, surtout si les raccordements de ce dernier sont facilement accessibles.

Limitations techniques des relais

Tous les relais on une tension maximale et un courant maximum de commutation (pour une tension de commutation donnée). Cela se traduit par une limitation de puissance d'utilisation, puissance au dessus de laquelle le relais ne pourra pas assurer son bon fonctionnement en toute sécurité (pour lui comme pour vous).

Il existe une vaste gamme de relais pouvant couvrir tous les domaines d'applications et toutes les puissances de commutations. Le plus gros que j'ai eu l'occasion de toucher pesait 5Kg et était capable de commuter un courant de ~1000A sous 24v (c'était pour un camion :-) ).

Essayer de commander un radiateur électrique (1500 watt) avec un relai supportant une puissance de commutation maximum de 30 watt (par exemple) réservera à coup sur une mauvaise surprise. le relai pourrait simplement cesser de fonctionner, fondre, ou prendre feu dans le pire des cas.

Le choix d'un relais aux caractéristiques adéquates est un élément important, à garder à l’œil lors de vos prochaines réalisation en solo.

Le Mini Kit Relais

Ce mini kit est destiné à l'utilisation basse tension, cette article reprend également un second kit haute tension destiné à l'utilisation sur les réseaux électriques Belges et Français.

MC Hobby propose un mini kit relais en vente ici.

Relais (mini-kit).jpg

Ce mini kit dispose de tous les éléments nécessaires pour effectuer le montage a base de relais.

Ce kit contient:

  • Un transistor P2N2222
  • Une résistance de 10k Ohm
  • Une diode pour le circuit en roue libre
  • Un mini relais HFD41 D41A
    • Résistance de la bobine 120 Ohm
    • Tension de fonctionnement 5V continu
    • Courant maximum 2A
    • Tension maximale: 240V alternatif; 30V continu
    • Pouvoir de coupure: 30 watt à 240 volts (attention, ce relai est calibré pour la basse tension!!!)

la fiche technique du relais est disponible ici.

Montage (vue schématique)

Le schéma de montage d'un relais se présente, par exemple, comme suit:

Relais-MontageDeBase-schema.png

Le schéma ci-dessous présente le même schéma éclaté en schéma de commande et schéma de puissance.

La vue offre également une approche plus visuelle (ou le relais est représenté comme vu par dessus).

Circuit de commande:

MiniRelais Montage Commande.jpg

Circuit de puissance:

Le dessin ci-dessous présente un exemple de montage du relais HFD41 D41A.

MiniRelais Montage puissance.jpg

Montage (en image)

Voici une série de clichés présentant le montage du relais.

Notez les points auxquels il faut faire attention comme:

  • la polarisation du transistor
  • le sens de raccordement de la diode (notez le détrompeur)

MiniRelais - Montage1 Low-Res.jpg

Les "contacts du relais" sont les contacts de raccordement du circuit de puissance.

Vous y brancherez votre petit moteur électrique, LEDs, éclairage 12v basse puissance, etc raccordé sur sa propre source de tension.

MiniRelais - Montage2 Low-Res.jpg

MiniRelais - Montage3 Low-Res.jpg

Truc et astuce

Si vous voulez tester votre montage avant de le raccorder sur votre Arduino, vous pouvez utiler une source de tension indépendante (+5v et GND/Masse).

Le relais doit s'actionner lorsque vous branchez la base du transistor sur le +5 volts (le fil vert, via la résistance de 10kOhm) et se relâcher lorsque vous raccordez la base à la masse.

Faire plusieurs petits tests peut l'avérer utile, surtout si la diode est mal branchée (elle est crucial).

En effet, si la diode est manquante ou raccordée à l'envers, le transistor ne résistera pas longtemps aux pointes de surtensions e(nvoyées par la bobine du relais lors du déclenchement de celui-ci).

Le code

Le code ci-dessous présente l'activation et désactivation du relais toutes les secondes.

int relaisPin = 12;

void setup(){
  pinMode( relaisPin, OUTPUT );
}

void loop() {
  digitalWrite( relaisPin, HIGH );
  delay( 1000 );
  digitalWrite( relaisPin, LOW );
  delay( 1000 );
}

Il est bien entendu possible de conditionner l'activation/désactivation du relais en fonction de l'environnement (détecteur infrarouge, présente de lumière, température trop élevée, pression sur un bouton, etc). Pour plus d'information, voir l'autre exemple de cet article.

Le Mini Kit Relais Reed

Ce mini kit est destiné à l'utilisation basse tension, il sera particulièrement utile pour contrôler du matériel dont vous n'avez pas les plans et/ou schéma. Le relais Reed pourra, par exemple, prendre le contrôle d'une télécommande de stores électriques ou télécommande d'ouverture de porte de garage en faisant croire que l'utilisateur à pressé sur le bouton.

MC Hobby propose un mini kit relais en vente ici.

Relais reed(mini-kit).jpg

Ce mini kit dispose de tous les éléments nécessaires pour effectuer le montage a base de relais.

Ce kit contient:

  • Un transistor P2N2222
  • Une résistance de 10k Ohm
  • Une diode pour le circuit en roue libre
  • Un mini relais reed.
    • Résistance de la bobine 500 Ohms
    • Tension de fonctionnement 5V continu
    • Courant maximum 1A Max (tension continue)
    • Tension maximale: 200V alternatif; 30V continu
    • Pouvoir de coupure: 10 watt à 240 volts (attention, ce relais est calibré pour la basse tension!!!)

la fiche technique du relais est disponible ici.

Montage (vue schématique)

Le schéma de montage d'un relais se présente, par exemple, comme suit:

Relais-MontageDeBase-schema.png

Le schéma ci-dessous présente le même schéma de raccordement du relais reed.

Vous pouvez constater que le circuit haute tension (12 Volts alternatif dans ce cas) et le circuit de commande basse tension (5V continu. Par exemple un Arduino) sont totalement distincts.

Circuit:

Relais-reed-Montage.jpg

Notez les points auxquels il faut faire attention comme:

  • la polarisation du transistor
  • le sens de raccordement de la diode (notez le détrompeur)

Truc et astuce

Si vous voulez tester votre montage avant de le raccorder sur votre Arduino, vous pouvez utiliser une source de tension indépendante (+5v et GND/Masse).

Le relais doit s'actionner lorsque vous branchez la base du transistor sur le +5 volts (le fil que vous brancheriez sur la Pin 12 de votre Arduino) et se relâcher lorsque vous raccordez la base à la masse.

Nous avons testé ce montage et constaté que le courant d'activation est de 3.9mA (3.9 milli-Ampères)

Faire plusieurs petits tests peut l'avérer utile, surtout si la diode est mal branchée (elle est crucial).

En effet, si la diode est manquante ou raccordée à l'envers, le transistor ne résistera pas longtemps aux pointes de surtensions envoyées par la bobine du relais lors du déclenchement de celui-ci).

Le code

Le code ci-dessous présente l'activation et désactivation du relais toutes les secondes.

int relaisPin = 12;

void setup(){
  pinMode( relaisPin, OUTPUT );
}

void loop() {
  digitalWrite( relaisPin, HIGH );
  delay( 1000 );
  digitalWrite( relaisPin, LOW );
  delay( 1000 );
}

Il est bien entendu possible de conditionner l'activation/désactivation du relais en fonction de l'environnement (détecteur infrarouge, présente de lumière, température trop élevée, pression sur un bouton, etc). Pour plus d'information, voir l'autre exemple les autres exemples disponibles dans cet article.

Le Mini Kit Relais 250 Volts

MC Hobby propose un mini kit relais de puissance 250 Volts en vente ici.

Relais 250V (mini-kit).jpg

Ce mini kit dispose de tous les éléments nécessaires pour effectuer le montage à base de relais capable de fonctionner en toute sécurité sur les réseaux d'alimentations Belge et Français.

Ce kit inclus:

  • Une résistance de 330 Ohms
  • Une LED (verte)
  • Un transistor P2N2222
  • Une résistance de 8.8k Ohm (ou 4 résistances de 2.2 KOhms).
  • Une diode pour le circuit en roue libre
  • Un mini relais JW1FSN
    • Résistance de la bobine 47 Ohms
    • Tension de fonctionnement 5V continu
    • Courant maximum 10A sous 250VA (à Cos Phi 1.0)
    • Tension maximale: 250V alternatif; 30V continu
    • Pouvoir de coupure Continu: 300 watt.
    • Pouvoir de coupure alternatif: 2500 VA.

Réseau électrique - Mise en garde

Montage (vue schématique)

Relais 250V (schema).jpg

Montage (en image)

Notre mini kit relais standard (ci-dessus) offre déjà beaucoup d'information concernant l'assemblage d'un kit relais.

Cette fois, nous avons effectué notre montage sur un Perma Proto de petite taille.

Comme vous pouvez le constater, l'ensemble est assez compacte.
L'étage en basse tension (à gauche) se trouve totalement séparé de l'étage haute tension (à droite et à l'arrière).
Pour facilité notre montage, nous avons équipé notre perma-proto de pinHeader (basse puissance) et bornier (haute puissance).

MKIT-RELAIS-250V (Montage, LowRes).jpg

NB: La résistance de 10 KOhms (Brun,Noir,Orange) est maintenant remplacée par une résistance de 8.8 KOhms
Soit 4 x 2.2 KOhms (Rouge,Rouge,Rouge)

Placer le relais

Le relais ne dispose pas d'un empattement exacte de 2.54mm.

Pour placer le relais, il faut ajuster légèrement certaines broches pour qu'elles correspondent toutes à des trous de la plaque de prototypage.

MKIT-RELAIS-250V (Ajuster broches, LowRes).jpg

Exemple & Vidéo

Voici un exemple de mise en oeuvre.

MKIT-RELAIS-250V (Exemple).jpg

MKIT-RELAIS-250V (Exemple 2).jpg

Le code d'exemple est identique à celui utilisé pour le kit relai.
Le relai est commandé par la broche Arduino Pin 12.

Le relais temporisé

Dans ce petit projet démonstratif, je vais utiliser un relai pour commander un circuit de puissance. Dans le cas ci-présent, il s'agit d'une décoration de Noël.

Le principe général est assez simple... on appuie une fois sur le bouton poussoir et le lampe s'allume... on appuie une deuxième fois et elle s'éteint. Pour le plaisir, j'ai aussi décidé d'éteindre automatiquement l'éclairage après un certain temps de fonctionnement... pour l'exemple, je l'ai fixé à 5 secondes (mais cela pourrait être plusieurs heures).

Ce projet est issus de cet article paru sur Arduino Notepad

Montage

Le montage est fort similaire à celui utilisé pour la commande de moteur DC tel que décrit dans l'article "Contrôle Moteur DC via transistor (digital et analogique)".

Veuillez toujours à bien raccorder votre diode au risque de satelliser le transistor. N'hésitez pas non plus à tester votre montage (avant raccordement à Arduino) en plaçant alternativement 5 volts et 0 volt sur la résistance raccordée à la base du transistor.

Montage 1: exemple standard

Si vous n'avez pas d'appareil de puissance à commander, vous pouvez toujours opter pour la commande d'une LED. Relai Tempo1.png

Montage 2:

Par contre, si vous avez la chance de pouvoir allumer quelque-chose d'autre qu'un radiateur électrique, je vous propose le montage ci-dessous.

Vérifiez quand même que vous restez dans les contraintes technique de votre relais.

Relai Tempo 25v.png

Sur cet autre montage, le circuit de puissance est pleinement exploité pour y raccorder un point d'éclairage en 25 volts alternatif.

Notez que le circuit 25 volts est totalement isolé du circuit de commande (Arduino + transistor + bobine du relai).

Résultat

Vous pouvez admirer le résultat de ce montage sur [cette vidéo YouTube].

Le code

Source: Relai_Temporise.pde

/*
 *
 * Controle d'un relai on/off par bouton poussoir.
 * Extinction automatique après 5 sec (pour démo).
 *
 */
 
int pinRelai = 12; // commande du relai (via transistor P2N2222AG)
int pinBouton = 2; // Bouton poussoir, pull-down

int etatBouton; // mémorise l'état du bouton
int etatRelai;  // mémorise l'état du relai

unsigned long lastRelaiHighMillis = 0; // mémorise la dernière fois que le relai a été activé
unsigned long maxRelaiHighMillis = 5 * 1000; // Temps maximum d'activation du relai (5 sec)

void setup() {
  pinMode( pinBouton, INPUT );
  pinMode( pinRelai, OUTPUT );
  
  etatBouton = digitalRead( pinBouton );
  etatRelai = LOW; 
  digitalWrite( pinRelai, etatRelai );
}

void loop() {
  // Get current time
  unsigned long currentMillis = millis();
  
  // Faut-il désactivé le relai automatiquement ?
  if( (etatRelai == HIGH) && ((currentMillis-lastRelaiHighMillis)>maxRelaiHighMillis ) ) {
    //desactiver relai
    etatRelai = LOW;
    digitalWrite( pinRelai, etatRelai );
  }
    
  
  // Si bouton pas pressé --> rien à faire
  if( !boutonPressed() )
    return;  
  // changer etat du relai
  if( etatRelai == LOW ){
    etatRelai = HIGH;
    lastRelaiHighMillis = currentMillis;
  }
  else
    etatRelai = LOW;
  // Appliquer nouvel etat
  digitalWrite( pinRelai, etatRelai );  
}

// Retourne vrai si le bouton est pressé
//
boolean boutonPressed() {
  if( etatBoutonChanged() && (etatBouton == HIGH) )
    return true;
   
  return false;
}

// Retourne vrai si l'état du bouton à changé 
// (soit pressé ou soit relaché)
//
boolean etatBoutonChanged(){
  int lecture1 = digitalRead( pinBouton );
  // Si etat pas changé --> continuer
  if( lecture1 == etatBouton )
    return false;  
  // Si etat changer --> deparasitage
  delay( 10 );
  int lecture2 = digitalRead( pinBouton );
  // si parasite --> continuer
  if( lecture2 != lecture1 )
    return false;
  // enregistrer nouvel etat
  etatBouton = lecture2;
  // signaler changement d'état
  return true;
}

Où acheter

MC Hobby propose:

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