Comment choisir un relais thermique pour la protection des moteurs

Relais thermiques pour la protection des moteurs contre les surcharges : principes, sélection et application

Dans les systèmes de commande de moteurs, les fusibles sont principalement utilisés pour la protection contre les courts-circuits. Cependant, ils ne peuvent pas protéger contre le surchauffage causé par une surcharge prolongée, des opérations fréquentes en avant-arrière ou un fonctionnement en sous-tension. Actuellement, les relais thermiques sont largement utilisés pour la protection des moteurs contre les surcharges. Un relais thermique est un dispositif de protection qui fonctionne sur la base de l'effet thermique du courant électrique, et est essentiellement un type de relais de courant. Il fonctionne en générant de la chaleur à travers le courant qui circule dans son élément chauffant, provoquant la déformation d'une lamelle bimétallique (faite de deux métaux avec des coefficients de dilatation différents). Lorsque la déformation atteint un certain seuil, elle actionne un mécanisme de liaison, ouvrant le circuit de commande. Cela désactive le contacteur et déconnecte le circuit principal, protégeant ainsi le moteur contre la surcharge.

Les relais thermiques sont classés selon le nombre d'éléments chauffants : types bipolaires et tripolaires. Les relais tripolaires sont à leur tour divisés en modèles avec et sans protection contre la perte de phase. Les séries courantes incluent JR0, JR9, JR14 et JR16. La caractéristique temps-courant (caractéristique ampère-seconde) des relais thermiques présente généralement un comportement inverse de temps qui correspond à la courbe de surcharge admissible du moteur : plus le courant de surcharge est élevé, plus le temps de déclenchement est court ; inversement, plus le courant de surcharge est faible, plus le temps de déclenchement est long. Avec une sélection appropriée, le relais peut se déclencher avant que le moteur n'atteigne sa limite thermique, permettant ainsi de tirer pleinement parti de la capacité de surcharge du moteur tout en évitant les dommages.

En raison de leur petite taille, de leur structure simple et de leur faible coût, les relais thermiques sont largement utilisés dans les applications industrielles pour la protection des moteurs.

I. Protection des moteurs par les relais thermiques

Le type de connexion des enroulements du stator d'un moteur détermine les caractéristiques de courant de surcharge et de perte de phase, qui dictent ensuite le type approprié de relais thermique.

Enroulements du stator en étoile (Y)

En connexion en étoile, le courant de ligne est égal au courant de phase. Lors d'une surcharge du moteur, les trois courants de phase augmentent généralement. Lorsque la tension triphasée est équilibrée et que les courants du moteur sont symétriques, un relais thermique bipolaire peut efficacement protéger un moteur triphasé. Cependant, si la tension triphasée est fortement déséquilibrée (par exemple, un déséquilibre de 4 % de tension peut causer un déséquilibre de 25 % de courant), ou s'il y a un court-circuit monophasé où le courant de défaut ne passe pas par l'élément chauffant, le relais bipolaire peut ne pas fournir une protection adéquate. Dans de tels cas, un relais thermique triphasé doit être utilisé.

Enroulements du stator en triangle (Δ)

En fonctionnement normal, le courant de ligne (I) = 0,58 × courant de phase (Iφ), et le courant de phase Iφ = 0,58 × courant de ligne I. Lorsqu'une phase d'alimentation est perdue (par exemple, un fusible saute), comme indiqué dans la Figure 1 (avec la phase B ouverte), en raison de l'impédance égale des enroulements, Ic = Ia + Ib = 1,5Iφ, et Ib = (2/3)Ic. Cela montre que le courant de ligne ne reflète plus précisément le courant de phase, donc l'utilisation du courant de ligne pour la protection ne permet pas de détecter la vraie surcharge de l'enroulement.

Lorsqu'une perte de phase se produit sous charge nominale, Ia = 0,58Ie, Ib = 1,16Ie—ce surcourant est suffisant pour qu'un relais thermique triphasé standard se déclenche. Cependant, sous 64 % de la charge nominale avec une perte de phase, Ia = 0,37Ie, Ib = 0,75Ie. Le surcourant dû à la perte de phase est inférieur à 20 %, donc un relais triphasé standard peut ne pas se déclencher, mais une phase transporte 58 % de plus que son courant normal, risquant la surchauffe du moteur. Par conséquent, pour les moteurs en connexion en triangle, les relais thermiques triphasés standards ne peuvent pas fournir une protection efficace ; des relais de protection contre la perte de phase doivent être utilisés.

Lorsqu'un enroulement de stator se rompt (par exemple, une connexion lâche entre le fil d'enroulement et le terminal, comme une ouverture entre A et B, comme indiqué dans la Figure 2), alors Ia = Ic = Iφ, et Ib = Iφ. Ici, un courant de ligne est égal au courant de phase, comme en fonctionnement normal. Dans ce cas, un relais de protection contre la perte de phase peut toujours fournir une protection, tandis que les dispositifs de protection contre la perte de phase qui dépendent de la détection de la perte de phase côté alimentation ne fonctionneront pas.

II. Sélection des relais thermiques

Choisir et utiliser correctement les relais thermiques est un sujet bien connu, mais les accidents de brûlure de moteurs dus à une sélection et une utilisation inappropriées se produisent encore fréquemment. Par conséquent, les débutants devraient noter les points suivants en plus de suivre les directives standard :

• Comprendre le modèle, les spécifications et les caractéristiques du moteur à protéger.

• Sélection du type : Dans les zones rurales où les tensions triphasées sont souvent déséquilibrées, utilisez des relais thermiques triphasés standards pour les moteurs en connexion en étoile, et des relais de protection contre la perte de phase pour les moteurs en connexion en triangle.

• Sélection de l'intensité nominale : Sélectionnez l'intensité nominale du relais thermique en fonction de l'intensité nominale du moteur, puis choisissez l'intensité nominale de l'élément chauffant. La plage de réglage de l'intensité de l'élément chauffant peut être trouvée dans les tableaux du fabricant. Si le courant de démarrage du moteur est d'environ 6 fois l'intensité nominale et que le temps de démarrage est inférieur à 5 secondes, réglez l'intensité de l'élément chauffant à l'intensité nominale du moteur. Pour les moteurs avec des temps de démarrage plus longs, des charges d'impact, ou où l'arrêt n'est pas autorisé, réglez l'intensité à 1,1–1,15 fois l'intensité nominale du moteur.

• Exemple : Un moteur a une intensité nominale de 30,3 A, un courant de démarrage 6 fois la valeur nominale, un temps de démarrage court, et sans charge d'impact. Des modèles appropriés incluent JR0-40, JR0-60 ou JR16-60. En utilisant JR16-60 : l'intensité nominale du relais est de 60 A, type triphasé. Sélectionnez un élément chauffant de 32 A, réglable à environ 30,3 A.

• Sélection des fils de connexion : L'utilisation de fils trop épais ou trop fins affecte la dissipation de chaleur et, par conséquent, la performance du relais thermique. La section des fils doit suivre les instructions du fabricant ou les manuels électriques.

• Moteurs avec une capacité de surcharge faible ou un refroidissement insuffisant : Réglez l'intensité nominale du relais thermique à 60 %–80 % de l'intensité nominale du moteur.

• Mode de réinitialisation : Les relais thermiques offrent généralement des modes de réinitialisation manuelle et automatique, interchangeables via une vis de réglage. Les fabricants les expédient généralement en mode de réinitialisation automatique. Le choix dépend du circuit de commande. En règle générale, même si le relais se réinitialise automatiquement, le moteur protégé ne doit pas redémarrer automatiquement—sinon, réglez le relais en mode de réinitialisation manuelle pour éviter les redémarrages répétés en cas de panne et les dommages aux équipements. Par exemple, dans les circuits de démarrage/arrêt manuel utilisant des boutons-poussoirs, la réinitialisation automatique est acceptable ; dans les circuits de démarrage automatique, utilisez la réinitialisation manuelle.

III. Précautions lors de l'utilisation

Pour prolonger la durée de vie des relais thermiques et assurer une performance optimale, observez les points suivants :

• Utilisez des fils de connexion aux bornes du relais avec des sections strictement conformes aux spécifications.

• Les relais thermiques ne peuvent pas fournir une protection contre les courts-circuits—des fusibles doivent être installés séparément. Ils ne sont pas adaptés aux moteurs avec des temps de démarrage très longs, des opérations fréquentes ou des cycles de service intermittents.

• Lorsqu'ils sont installés avec d'autres dispositifs, placez le relais thermique en dessous d'eux pour éviter les interférences thermiques. Nettoyez régulièrement la poussière et la saleté.

• Après un déclenchement, la réinitialisation automatique se produit dans les 5 secondes ; la réinitialisation manuelle nécessite d'attendre 2 minutes avant d'appuyer sur le bouton de réinitialisation.

• Après un défaut de court-circuit, vérifiez l'élément chauffant pour détecter d'éventuels dommages et la lamelle bimétallique pour détecter toute déformation (ne pliez jamais la lamelle bimétallique), mais ne retirez pas les composants.

• Lors du remplacement d'un relais thermique, assurez-vous que le nouveau correspond aux spécifications de l'original.

Conclusion

Seule une sélection, un câblage et une utilisation appropriés des relais thermiques permettent d'obtenir une protection efficace contre les surcharges pour les moteurs.