Hoe kies je een thermiekrelais voor motorkering?

Thermische relais voor motorkastoverbelasting: principes, selectie en toepassing

In motoraandrijfsystemen worden zekeringen voornamelijk gebruikt voor korte-sluiteringbescherming. Ze kunnen echter geen bescherming bieden tegen oververhitting veroorzaakt door langdurige overbelasting, frequente voor-achterbewegingen of onderspanningswerkzaamheden. Momenteel worden thermische relais wijdverspreid gebruikt voor motorkastoverbelasting. Een thermisch relais is een beschermingsapparaat dat opereert op basis van het thermische effect van elektrische stroom, en is in wezen een soort stroomrelais. Het werkt door warmte te genereren door middel van stroom die door zijn verhittelement stroomt, waardoor een bimetallische strip (gemaakt van twee metalen met verschillende uitzettingscoëfficiënten) vervormt. Wanneer de vervorming een bepaalde drempel bereikt, activeert het een sluitmechanisme, waardoor het controlecircuit wordt geopend. Dit demagnetiseert het contactor en verbreekt het hoofdcircuit, waardoor de motor wordt beschermd tegen overbelasting.

Thermische relais worden ingedeeld op basis van het aantal verhittelementen: tweepolig en drie-polig type. Drie-polige relais worden verder onderverdeeld in modellen met en zonder faseverliesbescherming. Algemene reeksen omvatten JR0, JR9, JR14 en JR16. De tijd-stroomkenmerken (ampère-seconde kenmerken) van thermische relais vertonen meestal een inverse-tijdsverloop dat overeenkomt met de toelaatbare overbelastingscurve van de motor: hoe groter de overbelastingsstroom, hoe korter de uitschakeltijd; omgekeerd, hoe kleiner de overbelastingsstroom, hoe langer de uitschakeltijd. Met de juiste selectie kan het relais uitschakelen voordat de motor zijn thermische limiet bereikt, waardoor de overbelastingscapaciteit van de motor optimaal wordt benut terwijl schade wordt voorkomen.

Vanwege hun kleine afmetingen, eenvoudige constructie en lage kosten worden thermische relais uitgebreid gebruikt in industriële toepassingen voor motorkastbescherming.

I. Bescherming van motoren door thermische relais

Het statorwindingverbindingstype van een motor bepaalt de overbelastings- en faseverliesstroomkenmerken, die op hun beurt het juiste type thermisch relais dicteren.

Ster (Y) verbonden statorwindingen

Bij ster-aansluiting is de lijnstroming gelijk aan de fasespanning. Tijdens motorkastoverbelasting nemen meestal alle drie de fasespanningen toe. Wanneer de driedefasevoedingsspanning evenwichtig is en de motorstromen symmetrisch zijn, kan een tweepolig thermisch relais een driedefasemotor effectief beschermen. Als de driedefasevoedingsspanning echter ernstig onevenwichtig is (bijvoorbeeld 4% spanningsonevenwichtigheid kan leiden tot 25% stroomonevenwichtigheid), of als er een enkeldefasekortsluiting optreedt waarbij de foutstroom niet door het verhittelement loopt, kan het tweepolig relais onvoldoende bescherming bieden. In dergelijke gevallen moet een drie-polig thermisch relais worden gebruikt.

Delta (Δ) verbonden statorwindingen

Bij normaal gebruik is de lijnstroming (I) = 0,58 × fasespanning (Iφ), en fasespanning Iφ = 0,58 × lijnstroming I. Wanneer één voedingsfase ontbreekt (bijvoorbeeld één zekering springt), zoals getoond in figuur 1 (met fase B open), dan, vanwege gelijke windingimpedantie, Ic = Ia + Ib = 1,5Iφ, en Ib = (2/3)Ic. Dit toont aan dat de lijnstroming niet langer nauwkeurig de fasespanning weerspiegelt, dus het gebruik van lijnstroming voor bescherming faalt om de echte windingoverbelasting te detecteren.

Wanneer er een faseverlies optreedt onder volle belasting, Ia = 0,58Ie, Ib = 1,16Ie—deze overstroming is voldoende voor een standaard drie-polig thermisch relais om te schakelen. Echter, bij 64% van de nominale belasting met faseverlies, Ia = 0,37Ie, Ib = 0,75Ie. De overstroming door faseverlies is minder dan 20%, dus een standaard drie-polig relais kan niet schakelen, terwijl één fase 58% meer draagt dan de normale stroom, wat risico op motorbrand oplevert. Daarom kunnen standaard drie-polige thermische relais voor delta-verbonden motoren geen effectieve bescherming bieden; faseverliesbeschermingsrelais moeten worden gebruikt.

Wanneer één statorwinding breekt (bijvoorbeeld een losse verbinding tussen windingleiding en terminal, zoals open tussen A en B, zoals getoond in figuur 2), dan Ia = Ic = Iφ, en Ib = Iφ. Hier is één lijnstroming gelijk aan de fasespanning, net als bij normaal gebruik. In dit geval kan een faseverliesbeschermingsrelais nog steeds bescherming bieden, terwijl faseverliesbeschermingsapparaten die afhankelijk zijn van het detecteren van voedingszijde faseverlies niet zullen werken.

II. Selectie van thermische relais

Het juist kiezen en gebruiken van thermische relais is een bekend onderwerp, maar brandongevallen van motoren door onjuiste selectie en gebruik komen nog steeds vaak voor. Daarom moeten beginners naast het volgen van standaard richtlijnen de volgende punten in gedachten houden:

• Begrijp het model, de specificaties en de kenmerken van de motor die beschermd moet worden.

• Typekeuze: In landelijke gebieden met frequente driedefasevoedingsspanningsonevenwichtigheid, gebruik standaard drie-polige thermische relais voor ster-verbonden motoren, en faseverliesbeschermingsrelais voor delta-verbonden motoren.

• Stroomwaardekeuze: Kies de nominale stroom van het thermisch relais op basis van de nominale stroom van de motor, en kies vervolgens de nominale stroom van het verhittelement. Het instelbare bereik van de stroominstelling van het verhittelement kan worden gevonden in fabrikantentabellen. Als de startstroom van de motor ongeveer 6 keer de nominale stroom is en de starttijd minder dan 5 seconden is, stel de stroom van het verhittelement in op de nominale stroom van de motor. Voor motoren met langere starttijden, impactlasten, of waarbij stoppen niet toegestaan is, stel de stroom in op 1,1–1,15 keer de nominale stroom van de motor.

• Voorbeeld: Een motor heeft een nominale stroom van 30,3 A, startstroom 6 keer nominale, korte starttijd, en geen impactlast. Geschikte modellen zijn JR0-40, JR0-60, of JR16-60. Gebruik van JR16-60: relais nominale stroom is 60 A, drie-polig type. Selecteer een 32 A verhittelement, instelbaar op ongeveer 30,3 A.

• Verbindingsdraadkeuze: Het gebruik van te dikke of te dunne draden beïnvloedt de warmteafgifte en dus de prestaties van het thermisch relais. Draaddikte moet overeenkomen met fabrikantinstructies of elektriciteitshandboeken.

• Motoren met slechte overbelastingscapaciteit of slechte koeling: Stel de nominale stroom van het thermisch relais in op 60%–80% van de nominale stroom van de motor.

• Resetmodus: Thermische relais bieden meestal zowel handmatige als automatische resetmodi, schakelbaar via een instelschroef. Fabrikanten leveren ze meestal in automatische resetmodus. De keuze hangt af van het controlecircuit. Als regel moet, zelfs als het relais automatisch reset, de beschermd motor niet automatisch herstarten—anders stel het relais in op handmatige reset om herhaalde starts onder foutcondities en apparatuurschade te voorkomen. Bijvoorbeeld, in handmatige start/stopcircuits met drukknoppen, is automatische reset acceptabel; in automatische startcircuits, gebruik handmatige reset.

III. Voorzorgsmaatregelen tijdens gebruik

Om de levensduur van thermische relais te verlengen en optimale prestaties te garanderen, houdt u het volgende in acht:

• Gebruik verbindingsdraden op de relaiscontacten met doorsneden strikt volgens specificaties.

• Thermische relais kunnen geen kortsluitingsbescherming bieden—zekeringen moeten apart worden geïnstalleerd. Ze zijn ongeschikt voor motoren met zeer lange starttijden, frequent gebruik, of tijdelijke werkcycli.

• Bij installatie met andere apparaten, monteer het thermisch relais eronder om warmteinterferentie te voorkomen. Reinig regelmatig stof en vuil.

• Na uitschakelen vindt automatische reset plaats binnen 5 seconden; handmatige reset vereist wachten van 2 minuten voordat de resetknop wordt ingedrukt.

• Na een kortsluitingsfout, controleer het verhittelement op schade en de bimetallische strip op vervorming (buig nooit de bimetallische strip), maar verwijder geen componenten.

• Bij het vervangen van een thermisch relais, zorg ervoor dat het nieuwe overeenkomt met de oorspronkelijke specificaties.

Conclusie

Alleen door correct selecteren, juist aansluiten en passend gebruiken van thermische relais kan effectieve overbelastingsbescherming voor motoren worden bereikt.