Relè termici per la protezione dei motori da sovraccarico: principi, selezione e applicazione
Nei sistemi di controllo dei motori, i fusibili sono principalmente utilizzati per la protezione contro i cortocircuiti. Tuttavia, non possono proteggere dall'ipertermia causata da un sovraccarico prolungato, da operazioni frequenti in avanti-indietro o da funzionamento a bassa tensione. Attualmente, i relè termici sono ampiamente utilizzati per la protezione dei motori da sovraccarico. Un relè termico è un dispositivo di protezione che opera in base all'effetto termico della corrente elettrica ed è essenzialmente un tipo di relè di corrente. Funziona generando calore attraverso la corrente che scorre nel suo elemento riscaldante, causando la deformazione di una lamina bimetallica (composta da due metalli con diversi coefficienti di espansione). Quando la deformazione raggiunge una certa soglia, attiva un meccanismo di collegamento, aprendo il circuito di controllo. Questo disattiva il contattatore e interrompe il circuito principale, proteggendo così il motore dal sovraccarico.
I relè termici sono classificati in base al numero di elementi riscaldanti: a due poli e a tre poli. I relè a tre poli sono ulteriormente suddivisi in modelli con e senza protezione contro la perdita di fase. Le serie comuni includono JR0, JR9, JR14 e JR16. La caratteristica tempo-corrente (caratteristica ampere-secondo) dei relè termici solitamente presenta un comportamento inverso al tempo che corrisponde alla curva di sovraccarico consentito del motore: maggiore è la corrente di sovraccarico, minore è il tempo di scatto; viceversa, minore è la corrente di sovraccarico, maggiore è il tempo di scatto. Con una selezione appropriata, il relè può scattare prima che il motore raggiunga il suo limite termico, sfruttando così appieno la capacità di sovraccarico del motore mentre prevenendo danni.
Grazie alle loro dimensioni ridotte, struttura semplice e costo basso, i relè termici sono ampiamente utilizzati nelle applicazioni industriali per la protezione dei motori.
I. Protezione dei motori tramite relè termici
Il tipo di connessione degli avvolgimenti statorici di un motore determina le caratteristiche di corrente di sovraccarico e di perdita di fase, che a loro volta dettano il tipo appropriato di relè termico.
Avvolgimenti statorici a stella (Y)
Nella connessione a stella, la corrente di linea è uguale alla corrente di fase. Durante il sovraccarico del motore, tutte e tre le correnti di fase aumentano tipicamente. Quando la tensione trifase è bilanciata e le correnti del motore sono simmetriche, un relè termico a due poli può proteggere efficacemente un motore trifase. Tuttavia, se la tensione trifase è fortemente sbilanciata (ad esempio, uno squilibrio del 4% può causare fino al 25% di squilibrio di corrente), o se si verifica un cortocircuito monofase dove la corrente di guasto non passa attraverso l'elemento riscaldante, il relè a due poli potrebbe non fornire una protezione adeguata. In tali casi, dovrebbe essere utilizzato un relè termico a tre poli.
Avvolgimenti statorici a triangolo (Δ)
In condizioni normali, la corrente di linea (I) = 0,58 × corrente di fase (Iφ), e la corrente di fase Iφ = 0,58 × corrente di linea I. Quando una fase di alimentazione viene persa (ad esempio, un fusibile salta), come mostrato nella Figura 1 (con la fase B aperta), a causa dell'impedenza degli avvolgimenti uguali, Ic = Ia + Ib = 1,5Iφ, e Ib = (2/3)Ic. Questo mostra che la corrente di linea non riflette più accuratamente la corrente di fase, quindi l'uso della corrente di linea per la protezione non riesce a rilevare il vero sovraccarico degli avvolgimenti.
Quando si verifica una perdita di fase a pieno carico, Ia = 0,58Ie, Ib = 1,16Ie—questa sovratensione è sufficiente perché un relè termico a tre poli standard scatti. Tuttavia, con una perdita di fase al 64% del carico nominale, Ia = 0,37Ie, Ib = 0,75Ie. L'overcorrente dovuta alla perdita di fase è inferiore al 20%, quindi un relè a tre poli standard potrebbe non scattare, ma una fase trasporta il 58% in più della sua corrente normale, rischiando il surriscaldamento del motore. Pertanto, per i motori a connessione triangolare, i relè termici a tre poli standard non possono fornire una protezione efficace; devono essere utilizzati relè protettivi contro la perdita di fase.
Quando un avvolgimento statorico si rompe (ad esempio, una connessione allentata tra il filo dell'avvolgimento e il terminale, come ad esempio aperto tra A e B, come mostrato nella Figura 2), allora Ia = Ic = Iφ, e Ib = Iφ. Qui, una corrente di linea è uguale alla corrente di fase, proprio come in condizioni normali. In questo caso, un relè protettivo contro la perdita di fase può ancora fornire protezione, mentre i dispositivi di protezione contro la perdita di fase che si basano sul rilevamento della perdita di fase sul lato di alimentazione non entreranno in funzione.
II. Selezione dei relè termici
La scelta e l'utilizzo corretti dei relè termici è un argomento ben noto, tuttavia gli incidenti di bruciatura dei motori a causa di una selezione e utilizzo improprio continuano a verificarsi frequentemente. Pertanto, i principianti dovrebbero tenere presente i seguenti punti oltre a seguire le linee guida standard:
Comprendere il modello, le specifiche e le caratteristiche del motore da proteggere.
Selezione del tipo: In aree rurali con frequente squilibrio della tensione trifase, utilizzare relè termici a tre poli standard per i motori a connessione stella, e relè protettivi contro la perdita di fase per i motori a connessione triangolare.
Selezione della corrente nominale: Selezionare la corrente nominale del relè termico in base alla corrente nominale del motore, poi scegliere la corrente nominale dell'elemento riscaldante. Il range regolabile della corrente di impostazione dell'elemento riscaldante può essere trovato nelle tabelle del produttore. Se la corrente di avviamento del motore è circa 6 volte la corrente nominale e il tempo di avviamento è inferiore a 5 secondi, impostare la corrente dell'elemento riscaldante uguale alla corrente nominale del motore. Per motori con tempi di avviamento più lunghi, carichi d'urto o dove non è consentito lo spegnimento, impostare la corrente a 1,1–1,15 volte la corrente nominale del motore.
Esempio: Un motore ha una corrente nominale di 30,3 A, corrente di avviamento 6 volte la nominale, tempo di avviamento breve e nessun carico d'urto. Modelli adatti includono JR0-40, JR0-60 o JR16-60. Utilizzando JR16-60: la corrente nominale del relè è 60 A, tipo a tre poli. Selezionare un elemento riscaldante da 32 A, regolabile intorno a 30,3 A.
Selezione del cavo di connessione: L'uso di cavi troppo spessi o troppo sottili influisce sulla dissipazione del calore e quindi sulle prestazioni del relè termico. La sezione del cavo deve seguire le istruzioni del produttore o manuali elettrici.
Motori con poca capacità di sovraccarico o raffreddamento cattivo: Impostare la corrente nominale del relè termico al 60%–80% della corrente nominale del motore.
Modalità di reset: I relè termici offrono tipicamente modalità di reset manuale e automatico, commutabili tramite una vite di regolazione. I produttori li spediscono generalmente in modalità di reset automatico. La scelta dipende dal circuito di controllo. In genere, anche se il relè si resetta automaticamente, il motore protetto non dovrebbe riavviarsi automaticamente—altrimenti, impostare il relè su reset manuale per prevenire riavvii ripetuti in condizioni di guasto e danni all'equipaggiamento. Ad esempio, nei circuiti di avvio e arresto manuale utilizzando pulsanti, il reset automatico è accettabile; nei circuiti di avvio automatico, utilizzare il reset manuale.
III. Precauzioni durante l'uso
Per prolungare la vita utile dei relè termici e garantire un'ottima performance, osservare quanto segue:
Utilizzare cavi di connessione ai terminali del relè con sezioni strettamente secondo le specifiche.
I relè termici non possono fornire protezione contro i cortocircuiti—devono essere installati separatamente dei fusibili. Non sono adatti per motori con tempi di avviamento molto lunghi, operazioni frequenti o cicli di lavoro intermittenti.
Quando installati con altri dispositivi, montare il relè termico sotto di essi per evitare interferenze termiche. Pulire regolarmente polvere e sporco.
Dopo lo scatto, il reset automatico avviene entro 5 secondi; il reset manuale richiede di attendere 2 minuti prima di premere il pulsante di reset.
Dopo un guasto di cortocircuito, controllare l'elemento riscaldante per eventuali danni e la lamina bimetallica per deformazioni (non piegare mai la lamina bimetallica), ma non rimuovere componenti.
Quando si sostituisce un relè termico, assicurarsi che il nuovo sia conforme alle specifiche del precedente.
Conclusione
Solo selezionando correttamente, cablando correttamente e utilizzando appropriatamente i relè termici, si può ottenere una protezione efficace contro il sovraccarico dei motori.