Como escoller un relo de termica para a protección do motor

Relés térmicos para a protección contra sobrecargas de motores: principios, selección e aplicación

Nos sistemas de control de motores, os fusibles usanse principalmente para a protección contra cortocircuitos. No obstante, non poden protexer contra o sobreaquecemento causado por sobrecargas prolongadas, operación frecuente en avance-reverso ou operación con subvoltage. Actualmente, os relés térmicos son ampliamente utilizados para a protección contra sobrecargas de motores. Un relé térmico é un dispositivo de protección que funciona baseándose no efecto térmico da corrente eléctrica, e esencialmente é un tipo de relé de corrente. Funciona xerando calor a través da corrente que fluye no seu elemento calentador, provocando a deformación dunha lámia bimetálica (feita de dous metais con diferentes coeficientes de expansión). Cando a deformación alcanza un determinado limiar, actúa un mecanismo de acoplamento, abrindo o circuito de control. Isto desenerxiza o contactor e desconecta o circuito principal, protexendo así o motor contra sobrecargas.

Os relés térmicos clasifícanse polo número de elementos calentadores: tipos bipolares e tripolares. Os relés tripolares divídense ademais en modelos con e sen protección contra falta de fase. As series comúns inclúen JR0, JR9, JR14 e JR16. A característica tempo-corrente (características amperio-segundo) dos relés térmicos normalmente presenta un comportamento inverso ao tempo que coincide coa curva de sobrecarga permitida do motor: canto maior sexa a corrente de sobrecarga, menor será o tempo de disparo; e viceversa, canto menor sexa a corrente de sobrecarga, maior será o tempo de disparo. Con unha selección adecuada, o relé pode dispararse antes de que o motor alcance o seu límite térmico, aproveitando así plenamente a capacidade de sobrecarga do motor mentres se prevén danos.

Debido ao seu tamaño pequeno, estructura simple e baixo custo, os relés térmicos úsanse extensivamente en aplicacións industriais para a protección de motores.

I. Protección de motores mediante relés térmicos

O tipo de conexión das bobinas do estator dun motor determina as características de corrente de sobrecarga e falta de fase, que, por sua vez, dictan o tipo adecuado de relé térmico.

Bobinas do estator conectadas en estrela (Y)

Na conexión en estrela, a corrente de liña é igual á corrente de fase. Durante a sobrecarga do motor, as tres correntes de fase suelen aumentar. Cando o voltaxe trifásico de alimentación está equilibrado e as correntes do motor son simétricas, un relé térmico bipolar pode protexer eficazmente un motor trifásico. No entanto, se o voltaxe trifásico está severamente desequilibrado (por exemplo, un desequilibrio de voltaxe do 4% pode causar un desequilibrio de corrente do 25%), ou se ocorre un cortocircuito monofásico onde a corrente de fallo non pasa polo elemento calentador, o relé bipolar pode non proporcionar protección adequada. Neses casos, debe usarse un relé térmico tripolar.

Bobinas do estator conectadas en delta (Δ)

En funcionamento normal, a corrente de liña (I) = 0,58 × corrente de fase (Iφ), e a corrente de fase Iφ = 0,58 × corrente de liña I. Cando se perde unha fase de alimentación (por exemplo, salta un fusible), como se mostra na Figura 1 (con a fase B aberta), debido á igual impedancia das bobinas, Ic = Ia + Ib = 1,5Iφ, e Ib = (2/3)Ic. Isto demostra que a corrente de liña xa non reflete correctamente a corrente de fase, polo que usar a corrente de liña para a protección non detecta a verdadeira sobrecarga de bobina.

Cando ocorre unha falta de fase a carga completa, Ia = 0,58Ie, Ib = 1,16Ie—esta corrente de sobrecarga é suficiente para que un relé térmico tripolar estándar dispare. No entanto, a unha carga do 64% do nominal con falta de fase, Ia = 0,37Ie, Ib = 0,75Ie. A corrente de sobrecarga debido á falta de fase é inferior ao 20%, polo que un relé tripolar estándar pode non disparar, pero unha fase transporta un 58% máis de corrente que a normal, ariscando a quema do motor. Polo tanto, para motores conectados en delta, os relés térmicos tripolares estándar non poden proporcionar protección eficaz; deben usarse relés de protección contra falta de fase.

Cando se rompe unha bobina do estator (por exemplo, unha conexión suelta entre o conductor da bobina e o terminal, como unha apertura entre A e B, como se mostra na Figura 2), entón Ia = Ic = Iφ, e Ib = Iφ. Aquí, unha corrente de liña é igual á corrente de fase, como en funcionamento normal. Neste caso, un relé de protección contra falta de fase aínda pode proporcionar protección, mentres que os dispositivos de protección contra falta de fase que dependen da detección da falta de fase no lado de alimentación non actuarán.

II. Selección de relés térmicos

A elección e uso correctos de relés térmicos é un tema ben coñecido, pero aínda así ocorren frecuentemente accidentes de quema de motores debido a unha selección e uso incorrectos. Polo tanto, os principiantes deben ter en conta os seguintes puntos, ademais de seguir as directrices estándar:

• Comprender o modelo, especificacións e características do motor a protexer.

• Selección do tipo: En áreas rurais con frecuentes desequilibrios de voltaxe trifásico, usar relés térmicos tripolares estándar para motores conectados en estrela, e relés de protección contra falta de fase para motores conectados en delta.

• Selección da corrente nominal: Seleccione a corrente nominal do relé térmico baseándose na corrente nominal do motor, e logo escolla a corrente nominal do elemento calentador. O rango axustable da corrente de configuración do elemento calentador pode atoparse nas táboas do fabricante. Se a corrente de arranque do motor é aproximadamente 6 veces a corrente nominal e o tempo de arranque é inferior a 5 segundos, estableza a corrente do elemento calentador igual á corrente nominal do motor. Para motores con tempos de arranque máis longos, cargas de impacto ou onde non se permite o apagado, estableza a corrente a 1,1–1,15 veces a corrente nominal do motor.

• Exemplo: Un motor ten unha corrente nominal de 30,3 A, corrente de arranque 6 veces a nominal, tempo de arranque curto, e sen carga de impacto. Modelos adecuados inclúen JR0-40, JR0-60 ou JR16-60. Usando JR16-60: corrente nominal do relé de 60 A, tipo tripolar. Seleccione un elemento calentador de 32 A, axustable a aproximadamente 30,3 A.

• Selección do cable de conexión: Usar cables demasiado grosos ou finos afecta a dissipación de calor e, polo tanto, ao rendemento do relé térmico. O tamaño do cable debe seguir as instrucións do fabricante ou manuais eléctricos.

• Motores con baixa capacidade de sobrecarga ou refrigeración deficiente: Estableza a corrente nominal do relé térmico ao 60%–80% da corrente nominal do motor.

• Modo de reinicio: Os relés térmicos ofrecen normalmente modos de reinicio manual e automático, intercambiables mediante un parafuso de axuste. Os fabricantes xeralmente os envían en modo de reinicio automático. A elección depende do circuito de control. Como regra xeral, mesmo se o relé se reinicia automaticamente, o motor protexido non debe reiniciar automáticamente—caso contrario, estableza o relé en reinicio manual para evitar reinicios repetidos en condicións de fallo e danos no equipo. Por exemplo, en circuitos de arranque/parada manuais usando botóns, o reinicio automático é aceptable; en circuitos de arranque automático, use o reinicio manual.

III. Precaucións durante o uso

Para alargar a vida útil dos relés térmicos e asegurar un rendemento óptimo, observa o seguinte:

• Usar cables de conexión nos terminais do relé con seccións estritamente segundo as especificacións.

• Os relés térmicos non poden proporcionar protección contra cortocircuitos—deben instalarse fusibles separadamente. Non son adecuados para motores con tempos de arranque moi longos, operación frecuente ou ciclos de servizo intermitentes.

• Cando se instalen con outros dispositivos, monte o relé térmico por debaixo deles para evitar interferencias de calor. Limpe regularmente o polvo e a suciedade.

• Despois de disparar, o reinicio automático ocorre dentro de 5 segundos; o reinicio manual require esperar 2 minutos antes de premir o botón de reinicio.

• Despois dun fallo de cortocircuito, verifique o elemento calentador por danos e a lámia bimetálica por deformación (non dobree a lámia bimetálica), pero non retire os compoñentes.

• Ao substituír un relé térmico, asegúrese de que o novo coincide coas especificacións do orixinal.

Conclusión

Só cunha selección adecuada, unha conexión correcta e un uso apropiado dos relés térmicos, pódese lograr unha protección eficaz contra sobrecargas de motores.