Protection thermique contre les surcharges du moteur

Protection thermique contre les surcharges du moteur

La protection thermique contre les surcharges est un mécanisme de sécurité qui empêche le moteur de surchauffer en détectant un courant excessif et en arrêtant le moteur.

Causes de la surchauffe

Lorsqu'on pense à la surchauffe d'un moteur, la première cause qui vient à l'esprit est la surcharge. La surcharge mécanique fait consommer un courant plus élevé au moteur, ce qui entraîne une surchauffe. Si le rotor est bloqué par des forces externes, consommant ainsi trop de courant, le moteur surchauffera également. Une tension d'alimentation faible est une autre raison ; le moteur consomme plus de courant pour maintenir le couple. Lorsqu'une phase de l'alimentation tombe en panne, la phase unique et l'alimentation sont déséquilibrées, entraînant un courant de séquence négative, ce qui peut également provoquer une surchauffe. Lorsque le moteur accélère jusqu'à sa vitesse nominale, la perte soudaine et la reprise de la tension peuvent entraîner une surchauffe, consommant un grand courant.

Comme la surcharge thermique ou la surchauffe du moteur peut entraîner une défaillance de l'isolation et des dommages aux bobinages, pour une protection thermique adéquate contre les surcharges, le moteur doit être protégé contre les conditions suivantes

• Surcharge mécanique

• Arbre du moteur bloqué

• Tension d'alimentation faible

• Alimentation monophasée

• Déséquilibre de puissance

• Perte et reconstruction soudaines de la tension d'alimentation

Le schéma de protection le plus basique du moteur est la protection thermique contre les surcharges, qui couvre principalement la protection de toutes les situations mentionnées ci-dessus. Afin de comprendre le principe de base de la protection thermique contre les surcharges, examinons le schéma de base du contrôle du moteur.

Dans le schéma ci-dessus, lorsque le bouton START est fermé, la bobine de démarrage est alimentée via le transformateur. Lorsque la bobine de démarrage est alimentée, le contact normalement ouvert (NO) 5 se ferme, permettant ainsi au moteur d'obtenir la tension d'alimentation à ses bornes et de commencer à tourner. La bobine START ferme également le contact 4, alimentant la bobine de démarrage même si le contact du bouton START est relâché de sa position fermée.

Pour arrêter le moteur, il y a plusieurs contacts normalement fermés (NF) en série avec la bobine de démarrage, comme indiqué dans le schéma. L'un d'eux est le contact du bouton STOP. Si le bouton STOP est pressé, ce contact s'ouvrira et interrompra la continuité du circuit de la bobine de démarrage, entraînant une coupure de l'alimentation de la bobine de démarrage. 

Ainsi, les contacts 5 et 4 retournent à leurs positions normalement ouvertes. En l'absence de tension aux bornes du moteur, il finira par s'arrêter. De même, tout autre contact NF (1, 2 et 3), s'il s'ouvre, étant connecté en série avec la bobine de démarrage, arrêtera également le moteur. Ces contacts NF sont électriquement couplés à divers relais de protection pour arrêter le fonctionnement du moteur dans différentes conditions anormales.

Un autre point important de la protection thermique contre les surcharges du moteur est la tolérance préétablie à la surcharge du moteur. Chaque moteur peut fonctionner pendant un certain temps au-delà de sa charge nominale selon les conditions de charge spécifiées par le fabricant. Cette relation entre la charge du moteur et le temps de fonctionnement sûr est illustrée par la courbe de limite thermique. Voici un exemple de telle courbe.

Ici, l'axe Y ou axe vertical représente le temps autorisé en secondes, et l'axe X ou axe horizontal représente le pourcentage de surcharge. Il est clair d'après la courbe que le moteur peut fonctionner en toute sécurité à 100% de sa charge nominale pendant une longue période sans causer de dommage dû à la surchauffe. Il peut fonctionner en toute sécurité pendant 1000 secondes à 200% de sa charge nominale. Il peut fonctionner en toute sécurité pendant 100 secondes à 300% de la charge nominale. 

Il peut fonctionner en toute sécurité pendant 600 secondes à 115% de sa charge nominale. La partie supérieure de la courbe indique les conditions de fonctionnement normales du rotor, et la partie inférieure indique l'état de blocage mécanique du rotor.

Relais de protection thermique

Le relais utilise des plaques bimétalliques qui chauffent et se courbent lorsque le courant est trop élevé, rompant le circuit pour arrêter le moteur.

Courbe de limitation thermique

Cette courbe montre combien de temps le moteur peut fonctionner à différents niveaux de surcharge sans subir de dommages, aidant à définir les limites de protection.

Protection avancée RTD

Les détecteurs de température par résistance (RTD) offrent une protection précise du moteur en surveillant les changements de température et en déclenchant des mesures de protection.