La protezione dei motori elettrici, degli avviatori magnetici e di altre apparecchiature dal surriscaldamento dei carichi viene effettuata per mezzo di speciali dispositivi di protezione termica. Per scegliere il giusto modello di protezione termica, è necessario sapere come funziona, il suo design e i criteri di selezione di base.
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Design e principio di funzionamento
Il relè termico (TR) è progettato per proteggere i motori elettrici dal surriscaldamento e dal guasto prematuro. Durante l'avviamento a lungo termine, il motore elettrico è soggetto a sovraccarichi di corrente, perché durante l'avviamento consuma sette volte la corrente che causa il riscaldamento degli avvolgimenti. La corrente nominale (Inn) è la corrente assorbita dal motore durante il funzionamento. Inoltre, i TR aumentano la durata delle apparecchiature elettriche.
Un relè termico la cui struttura è composta dagli elementi più semplici:
- L'elemento sensibile al calore.
- Un contatto auto-resettante.
- Contatti.
- Primavera.
- Piastra conduttrice bimetallica.
- Pulsante.
- Regolatore di corrente di riferimento.
L'elemento di rilevamento della temperatura è un sensore di temperatura che serve a trasferire il calore a una piastra bimetallica o a un altro elemento di protezione termica. Il contatto autoresettante permette di aprire istantaneamente l'alimentazione dell'utenza elettrica per evitare che si surriscaldi quando si riscalda.
La piastra è composta da due tipi di metallo (bimetallo), uno dei quali ha un alto coefficiente di espansione termica (Kp). Sono legati insieme tramite saldatura o laminazione ad alte temperature. Quando viene riscaldata, la piastra dello scudo termico si piega verso il materiale con un Kp più basso, e quando viene raffreddata, la piastra ritorna alla sua posizione originale. Le piastre sono principalmente fatte di invar (valore Kp più basso) e di acciaio non magnetico o cromo-nichel (valore Kp più alto).
Il pulsante accende il TR, il regolatore di corrente di riferimento è necessario per impostare il valore I ottimale per il consumatore, il superamento di questo valore causerà l'intervento del TR.
Il principio di funzionamento del TR si basa sulla legge di Joule-Lenz. La corrente è il movimento direzionale delle particelle cariche che si scontrano con gli atomi del reticolo cristallino di un conduttore (questo valore è la resistenza e viene indicato con R). Questa interazione provoca la comparsa di energia termica, che deriva dall'energia elettrica. La dipendenza della durata del flusso dalla temperatura del conduttore è determinata dalla legge di Joule-Lenz.
La formulazione di questa legge è la seguente: quando I scorre attraverso un conduttore, la quantità di calore Q rilasciata dalla corrente nella sua interazione con gli atomi nel reticolo del conduttore è direttamente proporzionale al quadrato di I, al valore di R del conduttore e al tempo di esposizione della corrente al conduttore. Matematicamente può essere scritto come segue: Q = a * I * I * R * t, dove a è il fattore di conversione, I è la corrente che scorre attraverso il conduttore desiderato, R è il valore della resistenza e t è il tempo di flusso di I.
Se a = 1, il risultato del calcolo si misura in joule, e se a = 0,24, il risultato si misura in calorie.
Il riscaldamento del materiale bimetallico avviene in due modi. Nel primo caso, I scorre attraverso il bimetallo e nel secondo, attraverso l'avvolgimento. L'isolamento dell'avvolgimento rallenta il flusso di energia termica. Il relè termico si riscalda di più quando il valore I è alto che quando è in contatto con l'elemento termosensibile. Questo ritarda il segnale di attivazione dei contatti. I moderni modelli di TR utilizzano entrambi i principi.
La piastra bimetallica del dispositivo di protezione termica si riscalda quando il carico è collegato. Il riscaldamento combinato permette di ottenere un dispositivo con prestazioni ottimali. La piastra è riscaldata dal calore generato da I quando la attraversa e da un riscaldatore speciale al carico di I. Durante il riscaldamento, la piastra bimetallica si deforma e agisce sul contatto autoriscaldante.
Caratteristiche principali
Ogni RTD ha un dato tecnico individuale (TS). Il relè deve essere selezionato secondo la caratteristica del carico e la condizione dell'applicazione per il motore elettrico o altro consumatore di energia:
- In valore.
- Campo di regolazione del funzionamento I.
- Tensione.
- Controllo ausiliario del funzionamento del TP.
- Potenza.
- Il limite dell'operazione.
- Sensibilità allo squilibrio di fase.
- Classe di viaggio.
Valore nominale della corrente - valore di I, per il quale il TR è progettato. Viene selezionato in base al valore di In del consumatore a cui è direttamente collegato. Inoltre, è necessario selezionare con una riserva di In e farsi guidare dalla seguente formula: Inr = 1,5 * Ind, dove Inr è l'In del TP, che deve essere 1,5 volte la corrente nominale del motore (Ind).
Il limite di regolazione dell'intervento I è uno dei parametri importanti per un dispositivo di protezione termica. La designazione di questo parametro è il campo di regolazione del valore In. La tensione è il valore della tensione di alimentazione per cui sono progettati i contatti del relè; il superamento del valore ammissibile comporterà il guasto del dispositivo.
Alcuni tipi di relè sono dotati di contatti separati per il controllo del funzionamento del dispositivo e del consumatore. La potenza è uno dei parametri principali di TR, che determina la potenza di uscita del consumatore collegato o del gruppo di consumatori.
Il limite di intervento o la soglia è un coefficiente che dipende dalla corrente nominale. Il suo valore è principalmente nell'intervallo da 1,1 a 1,5.
La sensibilità allo squilibrio di fase (asimmetria di fase) indica il rapporto percentuale tra la fase squilibrata e la fase attraverso la quale scorre la corrente nominale del valore richiesto.
La classe di intervento è un parametro che rappresenta il tempo medio di risposta di un TR in relazione alla molteplicità della corrente di riferimento.
La caratteristica principale, secondo la quale è necessario scegliere un TR, è la dipendenza del tempo di funzionamento dalla corrente di carico.
Schema elettrico
Gli schemi di cablaggio dei relè termici in un circuito possono variare notevolmente da un dispositivo all'altro. Tuttavia, gli RTD sono collegati in serie con l'avvolgimento del motore o la bobina del contattore magnetico al contatto normalmente aperto, poiché questo tipo di connessione aiuta a proteggere il dispositivo dal sovraccarico. Se il consumo di corrente viene superato, il TR disconnette l'unità dalla rete.
La maggior parte degli schemi di cablaggio utilizza un contatto permanentemente aperto, che funziona quando è collegato in serie con il pulsante di arresto sul pannello di controllo. Questo contatto è di solito segnato con le lettere NC o H3.
Il contatto normalmente chiuso può essere utilizzato per il collegamento di un allarme di sicurezza. Nei circuiti più complessi, questo contatto è anche utilizzato per eseguire il controllo programmato dell'arresto di emergenza del dispositivo utilizzando microprocessori e microcontrollori.
Il termostato può essere collegato molto semplicemente. Per fare questo, si deve seguire il seguente principio: il TP è posto dopo i contattori dell'avviatore, ma prima del motore elettrico e il contatto permanentemente chiuso è collegato in serie con il pulsante di arresto.
Tipi di relè termici
Ci sono molti tipi in cui si dividono i relè termici:
- Bimetallico - PTL (ksd, lrf, lrd, lr, iek e ptlr).
- Stato solido.
- Relè per il controllo della temperatura dell'unità. Le denominazioni di base sono le seguenti: RTK, NR, TF, ERB e DU.
- Relè di fusione della lega.
I TR bimetallici hanno un design primitivo e sono dispositivi semplici.
Il principio di funzionamento di un relè termico allo stato solido differisce significativamente da un tipo bimetallico. Il relè allo stato solido è un dispositivo elettronico, chiamato anche snapper, che è fatto su elementi radio senza contatti meccanici.
Questi includono RTR e IEK RTD, che calcolano la temperatura media del motore monitorando il suo inrush e In. La caratteristica principale di questi relè è la loro capacità di resistere alle scintille, cioè possono essere utilizzati in atmosfere potenzialmente esplosive. Questo tipo di relè è più veloce nel tempo di risposta e più facile da regolare.
Gli RTC sono progettati per monitorare il comportamento della temperatura di un motore elettrico o di un altro dispositivo utilizzando un termistore o una resistenza termica (sonda). Quando la temperatura sale a una condizione critica, la sua resistenza aumenta bruscamente. Secondo la legge di Ohm, quando R aumenta, la corrente diminuisce e il consumatore si spegne perché il suo valore è insufficiente per il normale funzionamento del consumatore. Questo tipo di relè è usato nei frigoriferi e nei congelatori.
Il design del relè del riscaldatore a fusione differisce significativamente dagli altri modelli e consiste nei seguenti elementi:
- L'avvolgimento del riscaldatore.
- Lega con un basso punto di fusione (eutettico).
- Il meccanismo dell'interruttore.
La lega eutettica si fonde a bassa temperatura e protegge il circuito di alimentazione del consumatore rompendo il contatto. Questo relè è incorporato nell'apparecchio e viene utilizzato nelle lavatrici e negli apparecchi automobilistici.
La selezione del relè termico viene fatta analizzando il termistore e le condizioni di funzionamento dell'apparecchio da proteggere contro il surriscaldamento.
Come scegliere il relè termico
Senza calcoli complicati, è possibile selezionare il valore nominale del relè termico adatto al motore in base alla sua capacità (tabella per i dispositivi di protezione termica).
La formula di base per calcolare la corrente nominale del relè termico:
Intr = 1,5 * Ind.
Per esempio, bisogna calcolare un motore elettrico asincrono di 1,5 kW alimentato da una rete trifase con una tensione di 380 V.
Questo può essere fatto molto semplicemente. Per calcolare la corrente nominale del motore, si deve usare la formula della potenza:
P = I * U.
Quindi, Ind = P / U = 1500 / 380 ≈ 3,95 A. Il valore della corrente nominale TP è calcolato come segue: Intr = 1,5 * 3,95 ≈ 6 A.
In base ai calcoli, viene selezionato un RTL di tipo PTL-1014-2 con un campo di corrente di riferimento regolabile da 7 a 10 A.
A temperature ambiente più alte, il valore nominale dovrebbe essere impostato sul valore minimo. Se la temperatura ambiente è bassa, il carico sugli avvolgimenti dello statore del motore deve essere aumentato e, se possibile, non acceso. Se le circostanze richiedono l'uso del motore in condizioni sfavorevoli, la regolazione deve essere iniziata con una corrente di riferimento bassa e poi aumentata fino al valore richiesto.
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