Relais et petits relais électromécaniques

Les relais électromécaniques

Une bonne explication de ce que sont les relais électromécaniques en général et comment ils fonctionnent peut se trouver sur Wikipédia
en cherchant sur "relais électromécanique".

Rôle des relais électromécaniques dans la mécanographie.

Cette page a été réalisée sur base du travail de notre collègue Luc Lejeune.

Les premières machines à cartes perforées avaient des organes qui fonctionnaient sous une tension de 48 V continu, parfois directement 110 ou 220 V triphasés pour le moteur principal.
Ces machines à cartes perforées étaient équipées de circuits de commande et de circuits logiques élémentaires.
Elles avaient donc besoin de relais électromécaniques pour :
soit ouvrir ou fermer des circuits électriques pour la commande de moteurs, pour le positionnement de cames, de dispositifs d'arrêt, etc
soit pour mémoriser une position du type logique "on" ou "off", (relais inverseurs), laquelle position pouvait être exploitées en condition "si", via des connexions internes ou externes (tableau de programme).

Les relais de type téléphonique

Les premières tabulatrices BULL, depuis 1930 jusqu'aux alentours de 1950, furent donc équipées de relais électromagnétiques de type "téléphone". Volumineux, gourmands en courant, leurs contacts exposés aux poussières, difficiles à régler (rappelons les cambreurs de lames et la difficulté d'obtenir la fermeture ou l'ouverture simultanée de 6 contacts). Ils avaient pour seul mérite d'exister en grande quantité sur le marché industriel. BULL les adopta donc tout naturellement pour ses machines.
Mais leurs inconvénients devenaient irritants et finissaient par supplanter leurs avantages; aussi la mise à l'étude d'autre types de relais fut décidée.
Ainsi naquit le Petit Relais Bull !

La photo ci-dessus montre un tel ensemble de relais côté pile et côté face. La bobine mesure environ 5 cm de haut.

le PETIT RELAIS Bull

Ainsi nommé à cause de sa petite taille (comparée à l'ancien relais, qui devint le Gros Relais), il se présentait sous forme de boite rectangulaire, entièrement fermée, d'ou émergeaient 5 broches à une extrémité. D'une tension de travail de 48 V continu, il demandait peu de puissance pour être activé. 2 contacts en argent sur un seul support mobile (la palette) se mouvaient entre des contacts fixes en argent également, repos et travail. L'ensemble, monté sur un support en matière isolante, s'enfichait sur un socle en bakélite muni de cosses dans lesquelles se glissaient par simple friction les 5 broches du relais (alimentation de la bobine, contacts Repos, Médian, Travail). Le relais était protégé par un boitier en aluminium de dimensions modestes, muni d'un bouton supérieur permettant une préhension aisée. Une bague plastique entourait le capot pour éviter les courts-circuits accidentels, le boitier étant relié électriquement au contact médian.
A noter : chez IBM, les mêmes contraintes avaient amené à concevoir leur "petit relais". Si le lecteur peut m'en communiquer une photo et quelques données, ce serait intéressant.

Le remplacement d'un relais par un autre se faisait simplement en enlevant le relais de son support par traction et en le remplaçant par un autre. Fini les déconnexions et reconnexions de fils (parfois multiples) souples, mais aussi rigides, et qui cassaient toujours à ras des cosses

Ci contre :
Relais type A, 48V, Contact argent, Palette droite
Relais type A, 48V, Contact tungstène Palette droite
Relais type D, 24V, Contact argent, Palette inclinée
Relais type D, 12V, Contact argent

Les premiers Petits Relais remplacèrent progressivement les anciens gros relais (type téléphone) en conservant le câblage initial. Les nouveaux relais étaient enfichés sur un support en bakélite de même encombrement qu'un gros relais. A l'arrière, des fiches mâles permettaient la connexion avec les cosses du câblage existant, prévu pour les anciens relais.

la photo ci-contre montre des relais sur leur support. Les supports pouvaient avoir des dimensions très variées.

un peu plus bas, à droite, une autre photo démontre la densité du montage

Extrait de la documentation BULL sur les petits relais.

Fabriqué industriellement en très grandes séries (photo Bull ci-contre), les relais BULL se présentent sous la forme d'un boitier rectangulaire en aluminium, de 42 x 22 x 16 mm, fermé par sertissage entourant une plaque isolante de base où sont fixées cinq broches de connexions

Un ensemble de 20 relais avec son support bakélite occupe un volume de 10 x 10 x 7 cm et pèse moins de 700 g.

Les relais BULL ne comportent qu'un inverseur mais leur légèreté et leurs faibles dimensions permettent les schémas les plus variés. Le point commun de l'inverseur (palette) est relié au boitier ce qui facilite les contrôles de circuits.

Si le relais est amené à couper des courants d'intensité appréciable, il y a lieu de se reporter au tableau des pouvoirs de coupures, dont les valeurs sont données à titre indicatif, étant donné le grand nombre de facteurs à considérer (nature du courant, fréquence des manœuvres, critères de détérioration ....). Par exemple, pour des relais à contact argent et des charges inductives sous 50 V continu commutées à la fréquence de 50 Hz, la durée de vie est de 10 millions de coupures environ sous 100 milliampères, ou bien 1 million sous 0,5 A. Il ne faut pas oublier d'ailleurs que le pouvoir de coupure peut toujours être fort amélioré par un dispositif "étouffoir" dans le circuit des contacts (capacité-résistance par exemple).

Les relais BULL sont surtout caractérisés par :

- leur rapidité : 3 à 8 millisecondes suivant les catégories

- leur robustesse mécanique : ils supportent à vide plusieurs centaines de millions des manoeuvres sans trace appréciable d'usure des surfaces de contact

- leur sécurité : tous les relais, aussitôt terminés, passent 24 heures au banc d'épreuve
(3 millions de battements au rythme du secteur).

Photo Bull ci-contre, le banc d'épreuve.

Où furent-ils fabriqués ?

La fabrication des petits relais débuta à Paris, au siège de Gambetta
en 1951.

En 1953, passage à la fabrication industrielle à Vendôme (25 millions de relais produits). Les besoins étaient énormes car toutes les machines Bull en étaient équipées.

En 1964, transfert de la production à Angers (en 1968, 120 personnes produisaient 170.000 unités par mois, 6 minutes pour fabrication et réglage, garantie 250 millions de manœuvres sans défaillance.)

En juillet 1966, fabrication également à Belfort, pour l'équipement de la perforatrice P112.

Dans ses trois usines, Bull en avait produit un total de 42 millions d’unités !

Un Petit Relais ne disposait que d'UN SEUL contact alternatif; mais pour les circuits exigeant plusieurs contacts, il suffisait d'utiliser plusieurs Petits Relais reliés à la même commande, et le tour était joué.

Deux types de Petits Relais existaient : lents ou rapides; leur consommation de courant était de 18 mA et 30 mA. Pour les différencier, le bouton du capot en aluminium était soit hexagonal, soit cylindrique moleté. Pour des circuits où le courant à contrôler atteignait de 2 à 5 ampères, un petit relais équipé de contacts en Tungstène fut construit. Son repérage : la couleur VERTE du bouton.

Rapidement, pour des questions de coût et de facilité de fabrication, les boutons usinés furent remplacés par des boutons emboutis, au dessus plat ou sphérique. La différenciation des deux types de relais était sauvegardée à un coût de production moindre

Avec l'évolution des matériels, d'autres besoins se firent jour : ainsi naquirent les relais d'intensité (utilisés sur les Peler/pelerod) d'une tension nominale de 4 v, les relais 24 V et 12 V. La différenciation se faisait par la couleur du capot : ROUGE pour le 4 V, DORE pour le 24 V, MAUVE pour le 12 V, GRIS ALUMINIUM pour le 48 V. De plus, dans un souci d'uniformisation, les autres matériels utilisés sur les panneaux de connexion (cellules, condensateurs), furent carrossés dans le style des petits relais. Et toujours, les capots faisaient la différence.

En 1970, la fusion avec Honneywell obligea à se conformer aux normes de sécurité américaines, plus contraignantes; les bagues vertes ou rouges durent recouvrir entièrement le capot du relais, ne laissant libre que le dessus.

L'évolution de la technique et surtout l'implication de plus en plus grande de l'électronique dans ce qui était au départ du matériel électromécanique pur, sonna la mort du Petit Relais dans sa forme bien connue de tous. La fabrication se termina à Angers le 31 décembre 1971.

Alimentation	Repérage	Nature des contacts	Bobine résistance en ohm	Temps établissement des contacts. (millisec)	Tension minimum fonctionn.	Numéro de commande

Tension	Facteur marche (1)	Capot	Bouton			Travail	Repos.
48 V	0,6	Blanc	Blanc-plat	Argent	1560	3	6	22 V	43.960
48 V	1	Blanc	Blanc-bombé	Argent	2600	4	6	22 V	60.650
48 V	1	Blanc	Vert-bombé	Tungstène	2600	7	8	27 V	43.972
48 V	0,6	Blanc	Vert-plat	Tungstène	1560	6	8	27 V	61.502
24 V	0,6	Jaune	jaune-plat	Argent	390	3	6	10 V	60.654
24 V	0,6	Jaune	vert-plat	Tungstène	390	7	8	12,5 V	60.497
3,5 V	1	Rouge	Rouge-plat	Argent	13	5	6	1,5 V	60.401
3,5 V	1	Rouge	Vert-plat	Tungstène	13	7	8	1,8 V	60.404

(1) Le facteur de marche :c'est le rapport entre le temps de mise sous tension de la bobine du relais et
le temps de fonctionnement de la machine qu'il dessert.

Il faut savoir que le bobinage d'un relais rapide est parcouru par un courant plus élevé qu'un autre. Un tel relais, comme le premier sur le tableau, subit un échauffement qui l'empêche de supporter une mise sous tension permanente.

Nature des relais	Tension d'utilisation du courant à contrôler (1)	Pouvoir de coupure (2)
		Courant continu	Courant alternatif 50 Hz
Relais à contacts Argent	25 V 50 V 75 V 100 V 150 V	0,6 A 0,3 A 0,15 A 0,075 A 0,04 A	0,7 A efficace 0,6 A efficace 0,55 A efficace 0,5 A efficace 0,45 A efficace
relais à contacts Tungstène	25 V 50 V 75 V 100 V 150 V 200 V 250 V	3 A 2 A 1,2 A 0,5 A 0,15 A 0,10 A	5 A efficace 4 A efficace 2,5 A efficace 1,8 A efficace 1,4 A efficace 1,3 A efficace 1,2 A efficace

a) Les relais peuvent effectuer, sans détérioration sensibles des contacts, 100.000 coupures à l'intensité indiquée.

b) En courant continu, le circuit interrompu par le relais a un coefficient d'auto-induction d'une inférieure ou égake à 150 millihenrys: en courant alternatif, son facteur de puissance est d'environ 0,7 à l'intensité indiquée.