A protecção de motores eléctricos, arrancadores magnéticos e outros equipamentos contra sobreaquecimento de cargas é efectuada através de dispositivos especiais de protecção térmica. Para escolher o modelo de protecção térmica correcto, é necessário saber como funciona, o seu desenho e os critérios básicos de selecção.
Conteúdos
Concepção e princípio de funcionamento
O relé térmico (TR) é concebido para proteger os motores eléctricos contra sobreaquecimento e avarias prematuras. Durante o arranque a longo prazo, o motor eléctrico está sujeito a sobrecargas de corrente, porque durante o arranque consome sete vezes a corrente que provoca o aquecimento dos enrolamentos. A corrente nominal (Inn) é a corrente absorvida pelo motor durante o funcionamento. Além disso, as TRs aumentam a vida útil do equipamento eléctrico.
Um relé térmico cuja estrutura é constituída pelos elementos mais simples:
- O elemento sensível ao calor.
- Um contacto auto-regulador.
- Contactos.
- Primavera.
- Placa condutora bimetálica.
- Botão.
- Regulador de corrente de ponto de ajuste.
O elemento sensor de temperatura é um sensor de temperatura que serve para transferir calor para uma placa bimetálica ou outro elemento de protecção térmica. O contacto auto-regulador permite que o fornecimento de energia ao consumidor eléctrico seja desligado instantaneamente em caso de aquecimento para evitar o sobreaquecimento.
A placa é constituída por dois tipos de metal (bimetal), um dos quais tem um elevado coeficiente de expansão térmica (Kp). São unidas por soldadura ou laminagem a altas temperaturas. Quando aquecida, a placa do escudo térmico inclina-se para o material com um Kp inferior, e quando arrefecida, a placa volta à sua posição original. As placas são feitas principalmente de aço invar (valor Kp mais baixo) e aço não magnético ou crómio-níquel (valor Kp mais alto).
O botão liga a TR, o regulador de corrente de setpoint é necessário para definir o valor I óptimo para o consumidor, e exceder este valor fará com que a TR tropeça.
O princípio de funcionamento da TR baseia-se na lei Joule-Lenz. A corrente é o movimento direccional de partículas carregadas que colidem com os átomos na malha cristalina de um condutor (este valor é a resistência e é denotado por R). Esta interacção provoca o aparecimento da energia térmica, que é derivada da energia eléctrica. A dependência da duração do fluxo em relação à temperatura do condutor é determinada pela lei Joule-Lenz.
A formulação desta lei é a seguinte: quando eu flui através de um condutor, a quantidade de calor Q libertada pela corrente em interacção com os átomos na malha do condutor é directamente proporcional ao quadrado de I, ao valor de R do condutor e ao tempo de exposição da corrente ao condutor. Matematicamente, pode ser escrito da seguinte forma: Q = a * I * I * R * t, onde a é o factor de conversão, I é a corrente que flui através do condutor desejado, R é o valor de resistência e t é o tempo de fluxo de I.
Se a = 1, o resultado do cálculo é medido em joules, e se a = 0,24, o resultado é medido em calorias.
O aquecimento do material bimetálico tem lugar de duas maneiras. No primeiro caso, eu flui através do bimetal e, no segundo, através do enrolamento. O isolamento do enrolamento abranda o fluxo de energia térmica. O relé térmico aquece mais quando o valor I é elevado do que quando está em contacto com o elemento termossensível. Isto resulta num atraso no sinal de activação dos contactos. Os modelos TR modernos utilizam ambos os princípios.
A placa bimetálica do dispositivo de protecção térmica aquece quando a carga está ligada. O aquecimento combinado torna possível obter um dispositivo com um desempenho óptimo. A placa é aquecida pelo calor gerado por mim ao passar por ela e por um aquecedor especial quando carrego. Durante o aquecimento, a placa bimetálica deforma e actua sobre o contacto de auto-aquecimento.
Características principais
Cada IDT tem um dado técnico individual (TS). O relé deve ser seleccionado de acordo com a característica de carga e o estado da aplicação para o motor eléctrico ou outro consumidor de energia:
- Em valor.
- Gama de ajuste da operação I.
- Voltagem.
- Controlo auxiliar da operação TP.
- Poder.
- O limite da operação.
- Sensibilidade ao desequilíbrio de fases.
- Aula de viagem.
Valor nominal da corrente - valor de I, para o qual a TR foi concebida. É seleccionado de acordo com o valor de In do consumidor ao qual está directamente ligado. Além disso, é necessário seleccionar com uma reserva de In e ser orientado pela seguinte fórmula: Inr = 1,5 * Ind, onde Inr é o TP's In, que deve ser 1,5 vezes a corrente nominal do motor (Ind).
O limite de ajuste do I disparo é um dos parâmetros importantes para um dispositivo de protecção térmica. A designação deste parâmetro é o intervalo de ajuste do valor In. A tensão é o valor da tensão de alimentação para a qual os contactos do relé são concebidos; exceder este valor resultará na falha do dispositivo.
Alguns tipos de relés estão equipados com contactos separados para controlar o funcionamento do dispositivo e o consumidor. A potência é um dos principais parâmetros do TR, que determina a potência de saída do consumidor ou grupo de consumidores ligados.
O limite ou limiar de disparo é um coeficiente que depende da corrente nominal. Geralmente, está no intervalo de 1,1 a 1,5.
A sensibilidade ao desequilíbrio de fase (assimetria de fase) indica a percentagem da fase desequilibrada em relação à fase através da qual flui a corrente nominal do valor requerido.
A classe de disparo é um parâmetro que representa o tempo médio de resposta de uma TR em relação à multiplicidade da corrente do setpoint.
A principal característica, segundo a qual é necessário escolher uma TR, é a dependência do tempo de operação em relação à corrente de carga.
Diagrama de cablagem
Os diagramas de ligação dos relés térmicos num circuito podem variar consideravelmente de um dispositivo para outro. Contudo, as RTDs são ligadas em série com o enrolamento do motor ou a bobina do contactor magnético ao contacto normalmente aberto, uma vez que este tipo de ligação ajuda a proteger o dispositivo contra sobrecarga. Se o consumo de corrente for excedido, o TR desconecta a unidade da rede eléctrica.
A maioria dos diagramas de cablagem utiliza um contacto permanentemente aberto, que funciona quando ligado em série com o botão de paragem no painel de controlo. Este contacto é normalmente marcado com as letras NC ou H3.
O contacto normalmente fechado pode ser utilizado para a ligação de um alarme de segurança. Em circuitos mais complexos, este contacto é também utilizado para executar o controlo programado de paragem de emergência do dispositivo, utilizando microprocessadores e microcontroladores.
O termóstato pode ser ligado de forma bastante simples. Para tal, deve ser seguido o seguinte princípio: TP é colocado após os contactores do motor de arranque, mas antes do motor eléctrico e o contacto permanentemente fechado é ligado em série com o botão de paragem.
Tipos de relés térmicos
Há muitos tipos em que os relés térmicos estão divididos:
- Bimetálico - PTL (ksd, lrf, lrd, lr, iek e ptlr).
- Estado sólido.
- Relé para controlo da temperatura da unidade. As designações básicas são as seguintes: RTK, NR, TF, ERB e DU.
- Relés de fusão de ligas.
As TRs bimetálicas têm um design primitivo e são dispositivos simples.
O princípio funcional de um relé térmico de estado sólido difere significativamente de um tipo bimetálico. O relé de estado sólido é um dispositivo electrónico, também chamado de snapper, que é feito em elementos de rádio sem contactos mecânicos.
Estes incluem RTR e IEK RTDs, que calculam a temperatura média do motor através da monitorização do seu arranque e Inrush. A principal característica destes relés é a sua capacidade de resistir a faíscas, ou seja, podem ser utilizados em atmosferas potencialmente explosivas. Este tipo de relé é mais rápido em tempo de resposta e mais fácil de ajustar.
Os RTC são concebidos para monitorizar o comportamento da temperatura de um motor eléctrico ou outro dispositivo usando um termistor ou uma resistência térmica (sonda). Quando a temperatura sobe a uma condição crítica, a sua resistência aumenta acentuadamente. De acordo com a lei de Ohm, quando R aumenta, a corrente diminui e o consumidor é desligado porque o seu valor é insuficiente para o funcionamento normal do consumidor. Este tipo de relé é utilizado em frigoríficos e congeladores.
O desenho do relé aquecedor de fusão difere significativamente dos outros modelos e é composto pelos seguintes elementos:
- O enrolamento do aquecedor.
- Liga com um baixo ponto de fusão (eutectic).
- O mecanismo do disjuntor.
A liga eutética derrete a baixa temperatura e protege o circuito de energia do consumidor através da quebra do contacto. Este relé é incorporado no aparelho e é utilizado em máquinas de lavar e aparelhos para automóveis.
A selecção do relé térmico é feita analisando o termistor e as condições de funcionamento do aparelho a ser protegido contra o sobreaquecimento.
Como escolher o relé térmico
Sem cálculos complicados, é possível seleccionar a classificação adequada do relé térmico para o motor de acordo com a sua capacidade (tabela para dispositivos de protecção térmica).
A fórmula básica para calcular a corrente nominal do relé térmico:
Intr = 1,5 * Ind.
Por exemplo, é necessário calcular um motor eléctrico assíncrono de 1,5 kW alimentado por uma corrente alternada trifásica com uma tensão de 380 V.
Isto pode ser feito de forma bastante simples. A fim de calcular a corrente nominal do motor, deve ser utilizada a fórmula de potência:
P = I * U.
Assim, Ind = P / U = 1500 / 380 ≈ 3,95 A. O valor da corrente nominal TP é calculado da seguinte forma: Intr = 1,5 * 3,95 ≈ 6 A.
Com base nos cálculos, é seleccionada uma RTL do tipo PTL-1014-2 com um intervalo de corrente de setpoint ajustável de 7 a 10 A.
A temperaturas ambientes mais elevadas, o valor do setpoint deve ser definido para o valor mínimo. Se a temperatura ambiente for baixa, a carga sobre os enrolamentos do estator do motor deve ser tida em conta e, se possível, não deve ser ligada. Se as circunstâncias exigirem a utilização do motor em condições desfavoráveis, a regulação deve ser iniciada com uma corrente de setpoint baixo e depois aumentada para o valor requerido.
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