La protection des moteurs électriques, des démarreurs magnétiques et d'autres équipements contre la surchauffe des charges est assurée par des dispositifs spéciaux de protection thermique. Pour choisir le bon modèle de protection thermique, vous devez connaître son fonctionnement, sa conception et les critères de sélection de base.
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Conception et principe de fonctionnement
Le relais thermique (TR) est conçu pour protéger les moteurs électriques contre la surchauffe et la défaillance prématurée. Lors d'un démarrage à long terme, le moteur électrique est soumis à des surcharges de courant, car pendant le démarrage, il consomme sept fois plus de courant, ce qui provoque un échauffement des enroulements. Le courant nominal (Inn) est le courant absorbé par le moteur pendant le fonctionnement. En outre, les TR augmentent la durée de vie des équipements électriques.
Un relais thermique dont la structure est constituée des éléments les plus simples :
- L'élément sensible à la chaleur.
- Un contact à réarmement automatique.
- Contacts.
- Le printemps.
- Plaque conductrice bimétallique.
- Bouton.
- Régulateur de courant de consigne.
L'élément de détection de la température est un capteur de température qui sert à transférer la chaleur à une plaque bimétallique ou à un autre élément de protection thermique. Le contact à réarmement automatique permet de couper instantanément l'alimentation du consommateur électrique en cas d'échauffement pour éviter toute surchauffe.
La plaque est constituée de deux types de métal (bimétal), dont l'un a un coefficient de dilatation thermique élevé (Kp). Ils sont assemblés par soudage ou laminage à haute température. Lorsqu'elle est chauffée, la plaque du bouclier thermique se courbe vers le matériau dont le Kp est le plus faible, et lorsqu'elle refroidit, la plaque revient à sa position initiale. Les plaques sont principalement fabriquées en invar (valeur Kp inférieure) et en acier non magnétique ou en acier chrome-nickel (valeur Kp supérieure).
Le bouton allume le TR, le régulateur de courant de consigne est nécessaire pour définir la valeur I optimale pour le consommateur, le dépassement de cette valeur entraîne le déclenchement du TR.
Le principe de fonctionnement du TR est basé sur la loi de Joule-Lenz. Le courant est le mouvement directionnel des particules chargées qui entrent en collision avec les atomes du réseau cristallin d'un conducteur (cette valeur est la résistance et est désignée par R). Cette interaction provoque l'apparition de l'énergie thermique, qui est dérivée de l'énergie électrique. La dépendance de la durée de l'écoulement par rapport à la température du conducteur est déterminée par la loi de Joule-Lenz.
La formulation de cette loi est la suivante : lorsque I traverse un conducteur, la quantité de chaleur Q libérée par le courant en interaction avec les atomes du réseau du conducteur est directement proportionnelle au carré de I, à la valeur de R du conducteur et au temps d'exposition du courant au conducteur. Mathématiquement, on peut l'écrire comme suit : Q = a * I * I * R * t, où a est le facteur de conversion, I est le courant qui circule dans le conducteur souhaité, R est la valeur de la résistance et t est le temps de circulation de I.
Si a = 1, le résultat du calcul est mesuré en joules, et si a = 0,24, le résultat est mesuré en calories.
Le chauffage du matériau bimétallique s'effectue de deux manières. Dans le premier cas, je circule à travers le bilame et dans le second, à travers l'enroulement. L'isolation de l'enroulement ralentit le flux d'énergie thermique. Le relais thermique s'échauffe davantage lorsque la valeur I est élevée que lorsqu'il est en contact avec l'élément thermosensible. Cela retarde le signal d'activation des contacts. Les modèles modernes de TR utilisent les deux principes.
La plaque bimétallique du dispositif de protection thermique s'échauffe lorsque la charge est connectée. Le chauffage combiné permet d'obtenir un appareil aux performances optimales. La plaque est chauffée par la chaleur produite par I lorsqu'elle est traversée et par un chauffage spécial à la charge de I. Pendant la chauffe, la plaque bimétallique se déforme et agit sur le contact auto-chauffant.
Caractéristiques principales
Chaque RTD possède une fiche technique individuelle (TS). Le relais doit être choisi en fonction de la caractéristique de la charge et de la condition de l'application pour le moteur électrique ou autre consommateur d'énergie :
- En valeur.
- Plage de réglage de l'opération I.
- Tension.
- Contrôle auxiliaire du fonctionnement du TP.
- Puissance.
- La limite de l'opération.
- Sensibilité au déséquilibre de phase.
- Classe de voyage.
Valeur nominale du courant - valeur de I, pour laquelle le TR est conçu. Il est sélectionné en fonction de la valeur de In du consommateur auquel il est directement relié. En outre, il est nécessaire de choisir avec une réserve de In et de se laisser guider par la formule suivante : Inr = 1,5 * Ind, où Inr est l'In du TP, qui doit être 1,5 fois le courant nominal du moteur (Ind).
La limite de réglage du déclenchement I est l'un des paramètres importants pour un dispositif de protection thermique. La désignation de ce paramètre est la plage de réglage de la valeur In. La tension est la valeur de la tension d'alimentation pour laquelle les contacts du relais sont conçus ; le dépassement de la valeur admissible entraîne la défaillance du dispositif.
Certains types de relais sont équipés de contacts séparés pour contrôler le fonctionnement de l'appareil et du consommateur. La puissance est l'un des principaux paramètres du TR, qui détermine la puissance de sortie du consommateur ou du groupe de consommateurs connectés.
La limite ou le seuil de déclenchement est un coefficient qui dépend du courant nominal. En général, il se situe dans la fourchette de 1,1 à 1,5.
La sensibilité au déséquilibre de phase (asymétrie de phase) indique le rapport en pourcentage entre la phase déséquilibrée et la phase traversée par le courant nominal de la valeur requise.
La classe de déclenchement est un paramètre qui représente le temps de réponse moyen d'un TR par rapport à la multiplicité du courant de consigne.
La principale caractéristique, en fonction de laquelle il est nécessaire de choisir un TR, est la dépendance du temps de fonctionnement par rapport au courant de charge.
Schéma de câblage
Les schémas de câblage des relais thermiques dans un circuit peuvent varier considérablement d'un appareil à l'autre. Toutefois, les RTD sont connectés en série avec l'enroulement du moteur ou la bobine du contacteur magnétique au contact normalement ouvert, car ce type de connexion permet de protéger le dispositif contre les surcharges. Si la consommation de courant est dépassée, le TR déconnecte l'appareil de l'alimentation secteur.
La plupart des schémas de câblage utilisent un contact ouvert en permanence, qui fonctionne lorsqu'il est connecté en série avec le bouton d'arrêt du panneau de commande. Ce contact est généralement marqué des lettres NC ou H3.
Le contact normalement fermé peut être utilisé pour le raccordement d'une alarme de sécurité. Dans les circuits plus complexes, ce contact est également utilisé pour exécuter une commande d'arrêt d'urgence programmée de l'appareil à l'aide de microprocesseurs et de microcontrôleurs.
Le raccordement du thermostat est très simple. Pour ce faire, il faut suivre le principe suivant : le TP est placé après les contacteurs du démarreur, mais avant le moteur électrique et le contact fermé en permanence est connecté en série avec le bouton d'arrêt.
Types de relais thermiques
Il existe de nombreux types de relais thermiques :
- Bimétallique - PTL (ksd, lrf, lrd, lr, iek et ptlr).
- Solid state.
- Relais pour le contrôle de la température de l'unité. Les désignations de base sont les suivantes : RTK, NR, TF, ERB et DU.
- Relais de fusion en alliage.
Les TR bimétalliques ont une conception primitive et sont des dispositifs simples.
Le principe de fonctionnement d'un relais thermique à l'état solide diffère sensiblement de celui d'un type bimétallique. Le relais statique est un dispositif électronique, également appelé "snapper", qui est réalisé sur des éléments radio sans contacts mécaniques.
Il s'agit notamment des RTD RTR et IEK, qui calculent la température moyenne du moteur en surveillant son emballement et son In. La principale caractéristique de ces relais est leur capacité à résister aux étincelles, c'est-à-dire qu'ils peuvent être utilisés dans des atmosphères potentiellement explosives. Ce type de relais est plus rapide en temps de réponse et plus facile à régler.
Les RTC sont conçus pour surveiller le comportement thermique d'un moteur électrique ou d'un autre dispositif à l'aide d'une thermistance ou d'une résistance thermique (sonde). Lorsque la température atteint un niveau critique, sa résistance augmente fortement. Selon la loi d'Ohm, lorsque R augmente, le courant diminue et le consommateur s'éteint car sa valeur est insuffisante pour un fonctionnement normal du consommateur. Ce type de relais est utilisé dans les réfrigérateurs et les congélateurs.
La conception du relais de chauffage à fusion diffère sensiblement des autres modèles et se compose des éléments suivants :
- L'enroulement du chauffage.
- Alliage ayant un point de fusion bas (eutectique).
- Le mécanisme du disjoncteur.
L'alliage eutectique fond à basse température et protège le circuit électrique du consommateur en rompant le contact. Ce relais est intégré à l'appareil et est utilisé dans les machines à laver et les appareils automobiles.
Le choix du relais thermique se fait en analysant la thermistance et les conditions de fonctionnement de l'appareil à protéger contre la surchauffe.
Comment choisir le relais thermique
Sans calculs compliqués, il est possible de sélectionner le calibre approprié du relais thermique pour le moteur en fonction de sa capacité (tableau des dispositifs de protection thermique).
La formule de base pour calculer le courant nominal du relais thermique :
Intr = 1,5 * Ind.
Par exemple, il faut calculer un moteur électrique asynchrone de 1,5 kW alimenté par une alimentation en courant alternatif triphasé d'une tension de 380 V.
Cela peut se faire très simplement. Pour calculer le courant nominal du moteur, il faut utiliser la formule de puissance :
P = I * U.
Par conséquent, Ind = P / U = 1500 / 380 ≈ 3,95 A. La valeur du courant nominal TP est calculée comme suit : Intr = 1,5 * 3,95 ≈ 6 A.
Sur la base des calculs, un RTL de type PTL-1014-2 avec une plage de courant de consigne réglable de 7 à 10 A est sélectionné.
Pour des températures ambiantes plus élevées, la valeur du point de consigne doit être réglée sur la valeur minimale. Si la température ambiante est basse, il faut augmenter la charge sur les enroulements du stator du moteur et, si possible, ne pas l'allumer. Si les circonstances exigent l'utilisation du moteur dans des conditions défavorables, il convient de commencer le réglage avec un courant de consigne faible, puis de l'augmenter jusqu'à la valeur requise.
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