Relè termico per motore elettrico: principio di funzionamento, dispositivo, come scegliere

Durante l'esercizio di apparecchiature energetiche, esse sono costantemente soggette a sovraccarichi di corrente che ne riducono la durata. La protezione in tali situazioni è fornita da un relè termico per motore elettrico, che interrompe l'alimentazione elettrica al verificarsi di condizioni anomale.

Le proponiamo di analizzare la struttura, il principio di funzionamento, i tipi e le sfumature di collegamento del dispositivo di protezione. Inoltre, Le spiegheremo quali parametri e caratteristiche considerare nella scelta di un relè termico.

Costruzione dei relè termici

I relè termici di tutti i tipi hanno una struttura analoga. L'elemento più importante di ciascuno di essi è una lamina bimetallica sensibile.

Il valore della corrente di intervento è influenzato dalle temperature dell'ambiente in cui opera il relè. L'aumento della temperatura riduce il tempo di intervento.

Per minimizzare questo effetto, i progettisti dei dispositivi scelgono la temperatura più alta possibile del bimetallo. Con lo stesso scopo, alcuni relè sono dotati di una lamina di compensazione aggiuntiva.

L'apparecchio è costituito da un involucro, un riscaldatore in nichelcromo, una lamina bimetallica, un fermo, una vite, una leva, un contatto mobile e un pulsante di reset (+).

Se nella struttura del relè sono inclusi riscaldatori in nichelcromo, la loro connessione avviene secondo uno schema parallelo, seriale o parallelo-seriale con la lamina.

Il valore della corrente nel bimetallo viene regolato tramite shunt. Tutti i componenti sono montati nell'involucro. L'elemento bimetallico a forma di U è fissato su un asse.

Una molla cilindrica preme su un'estremità della lamina. L'altra estremità poggia su un blocco isolante equilibrato. Ruota attorno all'asse e funge da supporto per il ponticello di contatto, dotato di contatti in argento.

Per la regolazione della corrente di soglia, la lamina bimetallica è collegata con la sua estremità sinistra al meccanismo. La regolazione avviene agendo sulla deformazione primaria della lamina.

Se l'entità delle correnti di sovraccarico diventa uguale o superiore alla soglia, il blocco isolante ruota sotto l'azione della lamina. Durante il suo ribaltamento, avviene la disconnessione del contatto di apertura del dispositivo.

Relè termico TRT sezionato. Qui gli elementi principali sono: corpo (1), meccanismo di regolazione (2), pulsante (3), asse (4), contatti in argento (5), ponticello di contatto (6), piastra isolante (7), molla (8), lamina bimetallica (9), asse (10)

Il relè ritorna automaticamente nella posizione iniziale. Il processo di ripristino automatico richiede non più di 3 minuti dal momento dell'attivazione della protezione. È possibile anche un ripristino manuale, a tal fine è previsto un apposito pulsante Reset.

Quando viene utilizzata, il dispositivo torna nella posizione iniziale in 1 minuto. Per azionare il pulsante, lo si ruota in senso antiorario fino a quando si solleva sopra il corpo. La corrente di regolazione è solitamente indicata sul pannello.

Principio di funzionamento del dispositivo

Svolgendo una funzione di protezione, l'interruttore automatico disconnette i circuiti di alimentazione di potenza. Il relè termico si differenzia da esso in quanto, in caso di superamento del carico, emette semplicemente un segnale di controllo. Con questa protezione, correnti di piccola entità vengono commutate in un unico circuito di controllo.

Nello schema, prima del relè termico si trova il contattore magnetico. Quando i circuiti si aprono in caso di emergenza, viene meno la necessità di duplicare il funzionamento del contattore. Di conseguenza, non si consuma materiale per la fabbricazione dei gruppi di contatti di potenza.

I dispositivi più diffusi sono quelli dotati di lamine bimetalliche. La lamina stessa è composta da due elementi simili.

Uno di essi possiede un coefficiente di temperatura elevato, l'altro uno leggermente inferiore. Questi due componenti aderiscono strettamente l'uno all'altro.

Poiché le parti componenti della lamina bimetallica sono realizzate con una coppia di metalli diversi, con coefficienti di dilatazione differenti, il riscaldamento la fa flettere e interagire con i contatti.

Tale fissaggio rigido è ottenuto mediante saldatura o laminazione a caldo. Poiché la piastra è fissata immobile, quando viene riscaldata si osserva una sua flessione verso l'elemento con coefficiente di temperatura inferiore. Questo principio è stato preso come base per la creazione di relè termici.

Nella loro produzione si utilizzano acciaio cromo-nichel e acciaio non magnetico, che possiedono un elevato coefficiente di temperatura. Come materiale con un basso valore di questo parametro si utilizza l'invar, una lega di nichel e ferro.

Secondo questo schema funziona il relè termico. L'estremità libera della lamina bimetallica, quando si flette, agisce sui contatti del termorelè (+)

La lamina bimetallica viene riscaldata dalle correnti di carico. Esse fluiscono più spesso attraverso un riscaldatore speciale. Esiste anche un riscaldamento combinato, in cui, oltre al calore fornito dal riscaldatore, il bimetallo viene riscaldato anche dalla corrente che lo attraversa.

Come collegare un relè termico

Il contatto chiuso (normal connected), mediante il quale si effettua il collegamento del modulo termico al contattore magnetico, viene indicato come NC o NČ, che sta per normalmente chiuso. La combinazione di lettere NO indica il contatto normalmente aperto.

In un circuito semplice, viene utilizzato per inviare un segnale che indica l'intervento della protezione del motore a causa del superamento della temperatura di soglia.

Quando inserito in circuiti di controllo complessi, è in grado di generare, in caso di emergenza, un segnale per portare fuori servizio il nastro trasportatore.

Il relè termico viene posizionato dopo i contattori, ma prima del motore elettrico. Il collegamento del contatto normal connected al pulsante 'Stop' sul pannello di controllo viene effettuato secondo uno schema in serie (+).

La marcatura dei morsetti dei contattori è dettata dal GOST: normalmente chiuso — 95-96, normalmente aperto — 97-98. Alla prima coppia si collega il contattore, la seconda viene utilizzata per i circuiti di segnalazione. Poiché il motore e il relè termico devono essere protetti da cortocircuiti (CC), il circuito deve includere un interruttore automatico di protezione.

Il circuito dell'apparecchio include i pulsanti 'Test' e 'Stop' o 'Reset'. Con il primo si verifica il funzionamento, con il secondo si disattiva manualmente la protezione.

Tramite l'interruttore rotativo di ripristino, dopo l'attivazione della protezione, si riavvia il motore elettrico. Sulla copertura in vetro del prodotto viene applicata la marcatura e sigillata.

In base al tipo di collegamento, si possono distinguere due grandi gruppi di termorelé:

• primo gruppo – dispositivi montati dietro il contattore magnetico e quelli collegati tramite ponticelli;
• secondo gruppo – dispositivi installati direttamente sul contattore dell'avviatore.

In quest'ultimo caso, all'avvio, il carico principale grava sul contattore. Qui il modulo termico è dotato di contatti in rame collegati direttamente agli ingressi dell'avviatore.

Schema del relè termico. Su di esso sono riportate le designazioni degli elementi di controllo e dei terminali. Per modelli diversi, queste designazioni possono differire (+).

Al relè termico (TR) vengono collegati i cavi provenienti dal motore. Il relè stesso, in questo schema, rappresenta un nodo intermedio che analizza la corrente che transita verso il motore dal contattore magnetico.

Sfumature nell'installazione dell'apparecchio

La velocità di intervento del modulo termico può essere influenzata non solo dai sovraccarichi di corrente, ma anche dai valori della temperatura esterna. La protezione scatterà anche in assenza di sovraccarichi.

Può anche accadere che, sotto l'effetto della ventilazione forzata, il motore sia soggetto a sovraccarico termico, ma la protezione non intervenga.

Per evitare tali fenomeni, è necessario seguire le raccomandazioni degli esperti:

1. Nella scelta del relè, fare riferimento alla temperatura massima ammissibile di intervento.
2. Montare la protezione nello stesso locale dell'oggetto da proteggere.
3. Per l'installazione, scegliere luoghi privi di fonti di calore o dispositivi di ventilazione.
4. È necessario regolare il modulo termico in base alla temperatura ambiente effettiva.
5. La soluzione migliore è la presenza di una compensazione termica integrata nel relè.

Un'opzione aggiuntiva del termostato è la protezione in caso di interruzione di fase o dell'intera rete di alimentazione. Per i motori trifase, questo aspetto è particolarmente rilevante.

La corrente nel relè termico scorre in serie attraverso il suo modulo riscaldante e poi al motore. Con l'avvolgimento del contattore, il dispositivo viene collegato tramite contatti ausiliari (+).

In caso di guasto in una fase, le altre due assumono una corrente di maggiore intensità. Di conseguenza, si verifica un rapido surriscaldamento e quindi lo spegnimento. Se il relè non funziona in modo efficace, sia il motore sia il cablaggio possono danneggiarsi.

Tipi esistenti di dispositivi

La classe dei relè termici comprende diversi tipi: TRN, RTL, TRP, RTI, RTT. L'impiego di ciascuno è determinato dalle caratteristiche costruttive.

Relè di corrente bifase (TRN), vengono utilizzati principalmente per la protezione dei motori asincroni con rotore a gabbia. Generalmente funzionano con una tensione nominale fino a 500 V e una frequenza di 50 Hz.

Il relè è dotato di un meccanismo manuale per il controllo dei contatti. Le dimensioni del TRN ne consentono l'integrazione in apparecchiature complete sia di tipo chiuso sia di tipo aperto di stazioni che coordinano il funzionamento degli azionamenti. Non svolgono la funzione di protezione da cortocircuito e ne hanno essi stessi bisogno.

Relè TRP hanno un meccanismo resistente alle vibrazioni e un involucro antishock. Sono progettati per la protezione di motori asincroni trifase che operano in condizioni di forti sollecitazioni meccaniche.

Sono progettati per una corrente massima di 600 A e una tensione massima di 500 V, mentre nei circuiti a corrente continua — 440 V. L'automatica è insensibile alla temperatura esterna e si attiva quando il valore supera i 200°C.

Dispositivi RTL — trifase, oltre a proteggere il motore dai sovraccarichi, proteggono anche dal bloccaggio del rotore. Lo assicurano da guasti in caso di squilibrio di fase o durante avviamenti prolungati.

Funzionano in modo autonomo con morsettiere KRL e in versione con contattore magnetico PML. L'intervallo di corrente operativa è da 0,10 a 86 A.

Contattore in coppia con relè termico. Quando il dispositivo interviene, il contatto normalmente chiuso e il contatto normalmente aperto cambiano simultaneamente la loro posizione.

RTT – il dispositivo protegge i motori asincroni da sovracorrenti, squilibrio di fase, bloccaggio e altre situazioni anomale. Viene utilizzato sia come apparecchio indipendente, sia come integrazione nei contattori PMA, PME.

Dispositivo trifase RTI ha le stesse funzioni del precedente, ma viene utilizzato nella versione con contattori KTM e KMI.

Come scegliere un relè termico

Il motore necessita di un relè di protezione quando, per ragioni tecnologiche, esiste una potenziale minaccia di sovraccarico. Il secondo caso è la necessità di limitare il tempo di avviamento in condizioni di bassa tensione.

Questi requisiti sono contenuti nell'apposita istruzione. In essa è espresso il desiderio di dotare il dispositivo di protezione di un ritardo temporale. Il tutto viene realizzato mediante relè termici.

Caratteristiche di base dei dispositivi

I dati di base del dispositivo di protezione del motore sono:

1. La rapidità di intervento dei contatti in funzione dei parametri di corrente — caratteristica tempo-corrente.
2. Corrente di funzionamento alla quale il TP interviene.
3. Regolazioni limite della corrente di taratura. In tutti i dispositivi prodotti da diversi costruttori, questo parametro differisce leggermente. Un superamento del valore nominale del 20% comporta l'intervento del dispositivo dopo circa 25 minuti.
4. Valore nominale della corrente della lamina bimetallica di lavoro. Si intende il valore al superamento del quale il relè non si disinserisce immediatamente.
5. Intervallo di corrente in cui interviene il relè.

Le informazioni sul relè termico possono essere ottenute decifrandone la marcatura. Il simbolo che indica il tipo di esecuzione può differire.

Contattore in coppia con un relè termico. Quando il dispositivo interviene, il contatto normalmente chiuso e quello normalmente aperto cambiano sincronicamente la loro posizione (+)

I luoghi di installazione dei TP nazionali sono regolamentati dal GOST 15150. Sul loro funzionamento influiscono fattori come l'altitudine sul livello del mare, vibrazioni, urti, accelerazioni.

Tutte queste sfumature vengono riportate dai produttori nella marcatura dei loro prodotti. Alcuni di essi includono inoltre informazioni sulla possibilità di funzionamento in presenza di sostanze nocive e gas esplosivi.

Scelta del dispositivo secondo le regole

I requisiti per il termorelè sono esposti nell'istruzione. Qui è anche stabilito che la protezione deve avere un ritardo temporale. Tutte le richieste vengono soddisfatte mediante appositi dispositivi.

Caratteristiche tempo-corrente del TR e del motore protetto. In caso di correnti di cortocircuito (CC) gli elementi riscaldanti del relè diventano termicamente instabili (+)

Analizzando le caratteristiche tempo-corrente del TR, bisogna tenere presente che l'intervento può avvenire da uno stato surriscaldato o freddo.

Una protezione impeccabile presuppone che le curve che rappresentano la dipendenza ottimale della durata del passaggio di corrente dall'intensità di corrente per il relè e per il motore siano diverse. La prima deve trovarsi al di sotto della seconda.

Nella tabella sono riportate le caratteristiche tecniche del termorelè tipo RTL. Tramite essa è possibile scegliere un dispositivo di protezione con i parametri necessari in base alla potenza del motore (+)

La corretta selezione del dispositivo di protezione si basa su un parametro come la corrente nominale di funzionamento. Il suo valore è legato alla corrente nominale del carico del motore elettrico.

Sia gli standard internazionali che quelli nazionali prevedono che la corrente nominale del motore sia analoga alla corrente di intervento del relè termico.

Ciò significa che il dispositivo si attiva in caso di sovraccarico dal 20 al 30% o a Isr x 1,2 o 1,3 entro non oltre 20 minuti.

Di conseguenza, la selezione deve essere effettuata in modo che la corrente di non intervento del relè termico (TR) superi la corrente nominale dell'oggetto protetto in media del 12%. Il valore di In è riportato nel documento tecnico dell'apparecchio e sulla targhetta applicata al corpo.

Basandosi su di essa, si selezionano sia il relè termico che il contattore corrispondente. La scala del relè è tarata in ampere e, di solito, corrisponde al valore della corrente di regolazione.

Come esempio, si può citare la selezione di un relè termico per un motore asincrono collegato a una rete a 380 V, con una potenza di 1,5 kW.

La corrente nominale di funzionamento per esso è di 2,8 A, quindi per il relè termico la corrente di soglia sarà: 1,2 * 2,8 = 3,36 A. Secondo la tabella, la scelta deve ricadere sul modello RTL-1008, il cui campo di regolazione è compreso tra 2,4 e 4 A.

In caso di attivazione della protezione, prima si elimina la causa principale dell'arresto, poi si riporta il relè termico nello stato originale utilizzando il pulsante di reset.

Quando i dati tecnici del motore non sono noti, la corrente viene determinata utilizzando strumenti speciali: pinze amperometriche o un multimetro con la funzione appropriata. Le misurazioni vengono effettuate su ciascuna fase.

È importante, nella scelta, prestare attenzione alla tensione indicata sull'apparecchio. Se si prevede di utilizzare il tandem relè termico-contattore, bisogna considerare il numero di contatti.

Quando si collega il dispositivo a una rete trifase, è necessario un modulo con funzione di protezione per i casi di fusione dei conduttori o squilibrio di fase.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Schema di protezione efficace del motore:

Componenti del relè termico:

Il principio di interazione di vari dispositivi nelle diverse configurazioni di collegamento del relè termico è lo stesso. Per una migliore lettura degli schemi, è necessario saper “leggere” la marcatura degli apparecchi. Idealmente, tutti i lavori di collegamento devono essere eseguiti da un tecnico abilitato a lavorare in condizioni di alta tensione.

Avete qualcosa da aggiungere o avete domande sulla scelta e l'uso del relè termico? Potete lasciare commenti alla pubblicazione, partecipare alle discussioni e condividere la vostra esperienza nell'uso dei dispositivi. Il modulo di contatto si trova nel blocco in basso.