Spécifications des bobines de relais et tensions nominales - Relais métalliques militaires

Spécifications des bobines de relais et tensions nominales : optimisation de la conception du circuit de commande pour plus de fiabilité

Pour les spécialistes des achats B2B et les ingénieurs de conception, la spécification d'un relais de scellement métallique militaire implique bien plus que de simples évaluations de contact. La bobine, le moteur électromagnétique du relais, nécessite une compréhension précise et une adaptation à votre système de contrôle. Une spécification incorrecte de la tension de bobine ou une conception incorrecte du circuit de commande est l'une des principales causes de défaillances sur le terrain, même dans des composants par ailleurs robustes. Ce guide examine les spécifications critiques des bobines de relais, des types standard et sensibles à celles des variantes de relais à verrouillage et de relais polarisé , garantissant que votre sélection garantit un fonctionnement fiable dans les environnements exigeants des applications aérospatiales, de défense et industrielles.

Paramètres fondamentaux de la bobine : au-delà de la tension nominale

Les paramètres de la fiche technique de la bobine définissent son interface électrique avec votre système de contrôle. Les spécifications clés incluent :

• Tension nominale (nominale) (Vn) : tension standard à laquelle la bobine est conçue pour fonctionner (par exemple, 5 V CC, 12 V CC, 24 V CC, 110 V CA). C'est le point de référence pour tous les autres paramètres.
• Résistance de bobine (Rc) : La résistance CC de l'enroulement du fil, mesurée en ohms (Ω). Il détermine la consommation de courant en régime permanent : I = Vn / Rc. Pour une bobine 24 V CC, 1 600 Ω, le courant est de 15 mA.
• Puissance de la bobine (Pc) : La consommation électrique à la tension nominale, calculée comme Pc = Vn² / Rc. Exprimé en watts (W) ou milliwatts (mW). Les bobines de puissance inférieure sont essentielles pour les systèmes fonctionnant sur batterie ou sensibles à l'énergie.
• Tension de fonctionnement obligatoire (Pull-In) : La tension minimale à laquelle le relais est garanti pour s'activer, généralement 75 à 80 % de Vn pour les relais standard, mais peut être aussi basse que 40 % pour les types sensibles.
• Tension de libération obligatoire (chute) : tension maximale à laquelle le relais est assuré de se désexciter et de revenir à son état de repos, généralement autour de 10 à 15 % de Vn.

Le facteur température : une considération cruciale

La résistance de la bobine n'est pas statique. Le fil de cuivre a un coefficient de température positif d'environ +0,393 % par °C. Une bobine de 1 600 Ω à 25°C peut chuter jusqu'à ~1 200 Ω à -55°C. Cela signifie que le courant d'appel au démarrage à froid peut être 30 % plus élevé , un facteur essentiel pour dimensionner les pilotes des commandes de moteurs d'avion ou des équipements déployés dans l'Arctique. À l’inverse, à des températures élevées, la résistance augmente, ce qui nécessite une tension plus élevée pour être appliquée.

Types de bobines spécialisées et leurs applications

Bobines sensibles et de faible puissance

Conçu pour une interface directe avec une logique numérique (CMOS, TTL) ou des sources à faible courant.

• Spécifications : Tensions nominales aussi basses que 3 V CC ou 5 V CC avec une consommation électrique inférieure à 400 mW. Haute résistance (par exemple, 5 000 Ω à 5 V CC ne consomme que 1 mA).
• Applications : sorties de microcontrôleurs, relais de signal PCB sur cartes numériques, équipements portables. Permet un entraînement direct sans amplification, simplifiant ainsi la conception des relais à semi-conducteurs pour les interfaces de contrôle des drones .

Bobines AC et bobines DC : différences fondamentales

1. Bobines AC : comptez sur un flux magnétique alternatif. Incorporez un anneau d'ombrage (un tour de cuivre court-circuité) pour éviter les vibrations aux passages par zéro. Spécifiez la tension et la fréquence (par exemple, 115 V CA, 400 Hz). L'impédance, et pas seulement la résistance, limite le courant.
2. Bobines DC : créent un champ magnétique stable. Construction plus simple mais nécessite la suppression du back-EMF. Le courant d'appel est nettement supérieur au courant de maintien en raison de l'inductance de la bobine.

Bobines pour relais à accrochage (bistables)

Ces relais utilisent un aimant permanent ou un verrou mécanique et nécessitent une impulsion et non une alimentation continue.

• Spécifications : Défini par la tension et la durée d’impulsion . Une courte impulsion (par exemple 10 ms à la tension nominale) suffit pour changer d'état. La bobine peut être à enroulement unique (tension bipolaire) ou à double enroulement (réglage/réinitialisation).
• Paramètre clé : largeur d’impulsion minimale pour un fonctionnement fiable. Indispensable pour la conception de circuits économes en énergie dans la signalisation ferroviaire ( Train ) ou la télémétrie à distance.

Bobines pour relais polarisés (à aimant permanent)

Extrêmement sensible à la direction du courant, utilisé pour la détection ou la commutation à très faible puissance.

• Spécifications : Très faible puissance de fonctionnement (jusqu’à 10-50 mW). Définissez la sensibilité en ampères-tours (At). Doit respecter une polarité stricte.
• Applications : Détection de direction de courant, télégraphie, instrumentation de précision.

Tendances du secteur : efficacité, intégration et Smart Drive

La technologie des bobines évolue pour répondre aux exigences des systèmes modernes :

• Consommation d'énergie réduite : pilotées par des applications de relais portables et de nouvelle énergie , les bobines sont conçues avec des circuits magnétiques optimisés et des fils plus fins pour obtenir la même force avec moins de puissance.
• Circuits de commande/suppression intégrés : certains modules de relais avancés incluent désormais des diodes flyback intégrées, des amortisseurs RC ou même des pilotes MOSFET, simplifiant la conception de la carte et améliorant la fiabilité.
• Concepts de surveillance de l'état des bobines : R&D sur les méthodes permettant de surveiller indirectement la dégradation de l'isolation des bobines en analysant les formes d'onde du courant de commande, permettant ainsi une maintenance prédictive.

5 vérifications critiques des spécifications des bobines pour les achats techniques russes

Les équipes d'approvisionnement sur les marchés de Russie et de la CEI effectuent une vérification rigoureuse des spécifications des bobines :

1. Données étendues sur les performances en température : demande de graphiques montrant la tension d'entrée/sortie en fonction de la température sur toute la plage de -60 °C à +85 °C (ou plus), et pas seulement une spécification en un seul point à 25 °C.
2. Validation selon les normes de test climatique GOST : l'isolation de la bobine (émail de fil) doit être prouvée résistante à l'humidité et aux champignons conformément à GOST 28205. Des certificats pour la classe d'isolation du fil magnétique (par exemple, classe 180) sont requis.
3. Spécifications du courant d'appel de démarrage à froid : données explicites sur le courant d'appel maximum à la température de fonctionnement minimale spécifiée, cruciales pour le dimensionnement des disjoncteurs et des alimentations électriques dans les climats difficiles.
4. Double tension/fréquence nominale (pour CA) : pour les équipements interfacés avec des infrastructures plus anciennes, les relais avec des bobines évaluées à la fois pour 50 Hz et 60 Hz, ou une plage comme 24-48 V CC, sont très appréciés pour leur flexibilité.
5. Rigidité diélectrique à long terme de l'isolation des bobines : Preuve que l'isolation bobine-noyau et bobine-boîtier peut résister à la tension diélectrique nominale après des années de cycles thermiques et d'exposition à l'humidité.

Conception du circuit de commande : un guide étape par étape

Étape 1 : Sélectionnez la tension de la bobine en fonction de votre source

Faites correspondre la tension nominale à la tension de commande disponible de votre système. Pour les alimentations instables (par exemple, système automobile 12 V), assurez-vous que la tension de fonctionnement du relais est inférieure à la tension minimale de votre système.

Étape 2 : Calculer les exigences du pilote

1. Déterminez le courant en régime permanent : I_hold = Vn / Rc.
2. Compte pour l'appel à froid : I_inrush = Vn / Rc_cold. Utilisez la résistance de la bobine à la température de fonctionnement minimale.
3. Dimensionnez le pilote : assurez-vous que votre transistor, MOSFET ou circuit intégré de pilote peut gérer I_inrush en continu pendant le temps d'appel (généralement 5 à 10 ms).

Étape 3 : Mettre en œuvre la suppression obligatoire

Pour les bobines CC : utilisez toujours une diode flyback (série 1N400x) en parallèle inverse à travers la bobine. Cela bloque le pic haute tension généré lorsque la bobine est hors tension, protégeant ainsi le pilote. Pour une libération plus rapide, utilisez une diode Zener en série avec la diode standard.

Étape 4 : Envisagez des protections supplémentaires

• Limitation du courant d'appel : pour les très grandes bobines ou les pilotes sensibles, une petite résistance série ou une thermistance NTC peut limiter l'appel, mais elle augmente la tension de commande requise.
• Protection contre les transitoires : dans les environnements électriquement bruyants (par exemple, les panneaux de relais de puissance industriels ), une varistance à oxyde métallique (MOV) à travers la bobine peut être nécessaire pour la protection contre les surtensions.

L'excellence en fabrication de bobines de YM : la précision pour la performance

La cohérence des bobines de relais YM provient de l'intégration verticale et de l'ingénierie de précision. Au sein de nos installations, nous exploitons des lignes de production de bobines dédiées et climatisées. Nous utilisons uniquement du fil magnétique recouvert de polyamide-imide de classe 180 ou supérieure, enroulé sur des machines automatisées qui garantissent la tension et la cohérence des couches. Notre SPC (Statistical Process Control) surveille la résistance et l'inductance de chaque lot. Ce contrôle est la raison pour laquelle nos bobines sensibles pour relais métalliques militaires répondent à des fenêtres de tension d'appel étroites, et pourquoi nos bobines haute puissance pour les applications de relais de puissance industriels démontrent une durabilité exceptionnelle. Une avancée récente en R&D concerne une technique de bobinage exclusive qui réduit la capacité entre les enroulements, minimisant ainsi la génération d'interférences électromagnétiques, un avantage clé pour les relais utilisés dans les systèmes de communication sensibles.

Foire aux questions (FAQ)

Q1 : Puis-je faire fonctionner une bobine de relais 24 V CC à 26 V ou 28 V pour une marge ?

R : Généralement oui, dans certaines limites. La plupart des bobines CC ont une tension nominale continue maximale (souvent 110 à 130 % de Vn). Un fonctionnement à une tension légèrement plus élevée entraînera le relais plus rapidement et plus fermement, ce qui peut être une bonne chose. Cependant, cela augmente la dissipation de puissance (chaleur) dans la bobine et le pilote, et accélère le vieillissement de l'isolation des fils. Pour une meilleure longévité, faites fonctionner à ou près de la tension nominale.

Q2 : Que se passe-t-il si j'utilise une bobine CA sur une alimentation CC, ou vice versa ?

R : Ne les échangez pas. Une bobine CA sur CC : le manque de réactance inductive entraînera une consommation de 5 à 10 fois par la bobine de son courant nominal, une surchauffe et une combustion presque instantanée. Une bobine CC sur CA : elle peut vibrer bruyamment et ne pas se sceller correctement en raison du champ magnétique alternatif, entraînant une mauvaise pression de contact, des arcs et une panne. La bobine est spécialement conçue pour un type d’alimentation.

Q3 : Pourquoi la tension de déclenchement obligatoire est-elle importante pour la conception du circuit ?

R : Cela garantit que le relais se désexcitera de manière fiable lorsque vous l'éteignez. Si votre circuit pilote (comme un transistor à collecteur ouvert) présente un courant de fuite ou s'il y a une tension induite dans de longs fils de commande, il pourrait maintenir la tension de la bobine au-dessus du niveau de chute, provoquant le "collage" du relais. Connaître la tension de libération nécessaire vous permet de concevoir un pilote qui rapproche suffisamment la borne de la bobine de 0 V.

Q4 : En quoi les spécifications de bobine diffèrent-elles pour un relais d'étanchéité militaire en métal scellé par rapport à un relais automobile standard ?

R : Les paramètres de base (Vn, Rc) sont similaires. Les principales différences résident dans la robustesse environnementale de la bobine. Les bobines de relais militaires utilisent des fils avec une isolation résistante aux températures et à l'humidité plus élevées. Ils sont également imprégnés de vernis sous vide pour empêcher l'évacuation de l'humidité et pour protéger les enroulements contre les environnements à fortes vibrations que l'on retrouve dans un avion ou un véhicule tactique, auxquels une bobine automobile standard ne peut pas résister à long terme.

Normes et critères de qualité

Les spécifications et les tests des bobines sont régis par plusieurs normes clés :

• MIL-PRF-6106 : définit les exigences de test pour la résistance d'isolation des bobines, la rigidité diélectrique et les performances en température.
• CEI 61810-1 : Spécifie les conditions standard pour mesurer les paramètres de bobine et définit des termes tels que « tension nominale de bobine » et « limites de fonctionnement ».
• UL 508 (Industrial Control Equipment) : comprend les exigences relatives à l'isolation des bobines et à l'augmentation de la température dans les relais industriels.
• GOST 28205-89 : norme russe pour les tests climatiques de base, applicable aux performances d'isolation des bobines sous contrainte d'humidité et de température.
• NEMA MW 1000 / CEI 60317 : normes pour le fil magnétique (le fil utilisé dans les bobines), spécifiant les dimensions, les classes d'isolation et les performances.

Références et lectures complémentaires

1. Commission électrotechnique internationale. (2022). *CEI 61810-1 : Relais élémentaires électromécaniques - Partie 1 : Exigences générales et de sécurité*. CEI.
2. Laboratoires des assureurs. (2019). *UL 508 : Norme pour les équipements de contrôle industriel*. UL LLC.
3. Forum de conception d'électronique de puissance. (2023, 18 septembre). *"Suppression de la CEM arrière de la bobine de relais : diode contre Zener contre TVS - Une comparaison pratique"* [fil technique en ligne]. Temps EE.
4. Chen, H. et O'Connell, T. (2020). *"Modélisation et analyse du courant d'appel de bobine de relais pour une conception robuste de calculateurs automobiles"*. Journal international SAE des véhicules de tourisme – Systèmes électroniques et électriques, 13(12).
5. Contributeurs de Wikipédia. (15 janvier 2024). *"Relais"*. Dans Wikipédia, l'Encyclopédie libre. Récupéré de https://en.wikipedia.org/wiki/Relay.