Relais thermique pour moteur électrique : principe de fonctionnement, structure, comment choisir

Pendant l'exploitation des équipements énergétiques, ils sont constamment soumis à des surcharges de courant qui réduisent leur durabilité. La protection dans de telles situations est assurée par un relais thermique pour moteur électrique, qui coupe l'alimentation électrique en cas de circonstances anormales.

Nous vous proposons de vous familiariser avec la conception, le principe de fonctionnement, les types et les nuances de connexion du dispositif de protection. De plus, nous vous expliquerons quels paramètres et caractéristiques prendre en compte lors du choix d'un relais thermique.

Conception des relais thermiques

Les relais thermiques de tous types ont une structure similaire. L'élément le plus important de chacun d'eux est une lame bimétallique sensible.

La valeur du courant de déclenchement est influencée par les indicateurs de température de l'environnement dans lequel le relais fonctionne. L'augmentation de la température réduit le temps de déclenchement.

Pour minimiser cette influence, les concepteurs des dispositifs choisissent une température du bimétal aussi élevée que possible. Dans le même but, certains relais sont équipés d'une lame de compensation supplémentaire.

L'appareil se compose d'un boîtier, d'un réchauffeur en nichrome, d'une lame bimétallique, d'un loquet, d'une vis, d'un levier, d'un contact mobile et d'un bouton de réinitialisation (+).

Si des réchauffeurs en nichrome sont inclus dans la structure du relais, leur connexion est réalisée selon un schéma parallèle, série ou parallèle-série avec la lame.

La valeur du courant dans le bimétal est réglée à l'aide de shunts. Toutes les pièces sont montées dans le boîtier. L'élément bimétallique en forme de U est fixé sur un axe.

Un ressort cylindrique bute contre une extrémité de la lame. Par l'autre extrémité, il repose sur une plaquette isolante équilibrée. Il effectue des rotations autour de l'axe et sert de support au pont de contact, équipé de contacts en argent.

Pour la coordination du courant de réglage, la lame bimétallique est reliée par son extrémité gauche au mécanisme de celui-ci. Le réglage s'effectue en agissant sur la déformation primaire de la lame.

Si la valeur des courants de surcharge devient égale ou supérieure au réglage, la plaquette isolante tourne sous l'action de la lame. Lors de son basculement, le contact d'ouverture du dispositif se déclenche.

Relais thermique TRT en coupe. Voici les principaux éléments : le boîtier (1), le mécanisme de réglage (2), le bouton (3), l'axe (4), les contacts en argent (5), le pont de contact (6), le bloc isolant (7), le ressort (8), la lame bimétallique (9), l'axe (10).

Automatiquement, le relais revient à sa position initiale. Le processus de retour automatique ne prend pas plus de 3 minutes à partir du moment où la protection est activée. Un retour manuel est également possible, pour cela une touche Reset spéciale est prévue.

Lors de son utilisation, l'appareil reprend sa position initiale en 1 minute. Pour actionner le bouton, on le tourne dans le sens antihoraire jusqu'à ce qu'il dépasse le boîtier. Le courant de réglage est généralement indiqué sur la plaque signalétique.

Principe de fonctionnement de l'appareil

En remplissant une fonction de protection, le disjoncteur automatique déconnecte les circuits d'alimentation de puissance. Le relais thermique s'en distingue en ce que, en cas de dépassement de charge, il émet simplement un signal de commande. Avec une telle protection, des courants de faible intensité sont commutés dans un seul circuit de commande.

Dans le schéma, un contacteur magnétique se trouve avant le relais thermique. Lorsque les circuits s'ouvrent en situation d'urgence, le besoin de dupliquer le fonctionnement du contacteur disparaît. Par conséquent, aucun matériau n'est utilisé pour la fabrication des groupes de contacts de puissance.

Les plus courants sont les appareils équipés de lames bimétalliques. La lame elle-même se compose de deux éléments similaires.

L'un d'eux possède un coefficient de température élevé, et l'autre un peu plus faible. Ces deux composants sont étroitement accolés l'un à l'autre.

Comme les composants de la lame bimétallique sont constitués d'une paire de métaux différents, ayant des coefficients de dilation inégaux, la chaleur la fait se déformer et interagir avec les contacts.

Une telle fixation rigide est assurée par soudage ou laminage à chaud. Étant donné que la plaque est fixée de manière immobile, sous l'effet de la chaleur, on observe sa flexion vers l'élément ayant le plus faible coefficient de température. Ce principe est à la base de la création des relais thermiques.

Lors de leur fabrication, on utilise de l'acier chromé-nickelé et un acier non magnétique, ayant une grande valeur de coefficient de température. Comme matériau à faible valeur de ce paramètre, on utilise l'invar – un alliage de nickel et de fer.

C'est selon ce schéma que fonctionne le relais thermique. L'extrémité libre de la lame bimétallique, lors de sa déformation, agit sur les contacts du relais thermique (+).

Les courants de charge chauffent la lame bimétallique. Ils circulent le plus souvent à travers un élément chauffant spécial. Il existe aussi un chauffage combiné, dans lequel, en plus de la chaleur dégagée par l'élément chauffant, la lame est également chauffée par le courant qui la traverse.

Comment brancher un relais thermique

Un contact fermé (normalement connecté), utilisé pour relier le module thermique au contacteur magnétique, est désigné par NC ou NF, ce qui signifie normalement fermé. La combinaison de lettres NO désigne un contact normalement ouvert.

Dans un schéma simple, il est utilisé pour émettre un signal indiquant le déclenchement de la protection du moteur en raison d'un dépassement de la température seuil.

Lorsqu'il est intégré dans des schémas de commande complexes, il peut générer un signal d'urgence pour mettre le convoyeur hors service.

Le relais thermique est placé après les contacteurs mais avant le moteur électrique. Le raccordement du contact normalement connecté au bouton « Arrêt » sur le pupitre de commande se fait selon un schéma en série (+).

La désignation des bornes des contacteurs est dictée par la norme GOST : normalement fermé — 95-96, normalement ouvert — 97-98. La première paire est connectée au démarreur, la seconde est utilisée pour les circuits de signalisation. Comme le moteur et le relais thermique doivent être protégés contre les courts-circuits, le circuit doit comporter un disjoncteur de protection.

Le schéma de l'appareil comprend les boutons « Test » et « Arrêt » ou « Réinitialisation ». Le premier permet de vérifier le fonctionnement, le second de désactiver manuellement la protection.

À l'aide du commutateur de réarmement rotatif, après activation de la protection, le moteur électrique est redémarré. Le couvercle en verre du produit est marqué et scellé.

En fonction du type de connexion, on peut distinguer deux grands groupes de relais thermiques :

• premier groupe – les dispositifs montés derrière le contacteur magnétique et ceux connectés à l'aide de ponts ;
• deuxième groupe – les appareils installés directement sur le contacteur du démarreur.

Dans ce dernier cas, lors du démarrage, la charge principale incombe au contacteur. Ici, le module thermique est éqipé de contacts en cuivre connectés directément aux entrées du démarreur.

Schéma du relais thermique. Les désignations des élements de commande et des bornes y sont indiquées. Ces désignations peuvent différer selon les modèles (+).

Les fils du moteur sont connectés au relais thermique. Dans ce schéma, le relais lui-même représente un nœud intermédiare qui analise le courant transitant vers le moteur depuis le contacteur magnétique.

Nuances lors de l'installation de l'appareil

La vitesse de déclenchement du module thermique peut être influencée non seulement par les surcharges de courant, mais aussi par les values de température extérieure. La protection se déclenchera même en l'absence de surcharges.

Il arrive aussi que, sous l'effet d'une ventilation forcée, le moteur soit soumis à une surcharge thermique mais que la protection ne se déclenche pas.

Pour éviter de tels phénomènes, il convient de suivre les recommations des spécialistes :

1. Lors du choix du relais, se baser sur la température de déclenchement maximale admissible.
2. Monter la protection dans la même pièce que l'objet protégé.
3. Pour l'installation, choisir des endroits sans sources de chaleur ni dispositifs de ventilation.
4. Il faut régler le module thermique en fonction de la température ambiante réelle.
5. La meilleure option est la présence d'une compensation thermique intégrée dans la conception du relais.

Une option supplémentaire du relais thermique est la protection en cas de coupure de phase ou de défaut du réseau d'alimentation. Pour les moteurs triphasés, ce point est particulièrement important.

Le courant dans le relais thermique circule en série à travers son module chauffant, puis vers le moteur. L'appareille est relié au bobinage du contacteur par des contacts auxiliaires (+).

En cas de dysfonctionnement dans une phase, les deux autres phases supportent un courant plus élevé. Il en résulte une surchauffe rapide, puis une coupure. Si le relais ne fonctionne pas efficacement, le moteur et le câblage peuvent être endommagés.

Types d'appareils existants

La classe des relais thermiques comprend plusieurs types : TRN, RTL, TRP, RTI, RTT. L'utilisation de chacun est détermineée par les particularitéés de sa conception.

Relais de courant biphasé (TRN), utilisé principalement pour la protection électricque des moteurs asynchrones à rotor à cage. Généralement, ils fonctionnent sur un réseau nominal jusqu'à 500 V, fréquence 50 Hz.

Le relais est équipé d'un mécansime manuel de commande des contacts. Les dimensions du TRN permettent de les intégrer dans des appaereillages complets de type fermé ou ouvert des stations coordannant le fonctonnement des entraînements. Ils n'assurent pas la foncton de protection contre les courts-cirquits (CC) et en ont eux-mêmes besoin.

Relais TRP ont un mécansime résistant aux vibratons, un boîtier résistant aux chocs. Ils sont connçus pour la protecton des moteurs triphasés aynchrones fonctonant dans des conditons de fortes contraintes mécniques.

Ils sont connçus pour un courant maximal de 600 A et une tenson maximale de 500 V, et dans les circuts à courant contin, 440 V. L'automatisme est insensible à la température externe et se déclenche lorsque la valeur dépasse 200 °C.

Appareils RTL — triphasés, en plus de protéger le moteur contre les surcharges, ils évitent le blocage du rotor. Ils le préservent des pannes en cas de déséquilibre de phases ou de démarge prolongé.

Ils fonctonent de manière autonome avec les borniers KRL ou en verson avec contacteur magnétiue PML. La plage de courant de fonctonnement est de 0,10 à 86 A.

Contacteur associé à un relais thermique. Lorsque l'appareil se déclenche, les contacts normalement fermé et normalement ouvert changent simultanément de position.

RTT – dispositif protégeant les moteurs asynchrones contre les surintensités, le déséquilibre de phases, le blocage et autres situations anormales. Il est utilisé aussi bien comme appareil indépendant qu'en tant qu'incorporation dans les contacteurs PMA, PME.

Appareil triphasé RTI possède les mêmes fonctions que le précédent, mais utilisé dans la version avec les contacteurs KTM et KMI.

Comment choisir un relais thermique

Le moteur a besoin d'un relais de protection lorsque, pour des raisons technologiques, il existe une menace potentielle de surcharge. Le deuxième cas est la nécessité de limiter le temps de démarrage en conditions de tension réduite.

Ces exigences figurent dans la notice correspondante. Celle-ci exprime le souhait d'équiper le dispositif de protection d'une temporisation. Tout cela est réalisé à l'aide de relais thermiques.

Caractéristiques de base des appareils

Les données de base du dispositif protégeant le moteur sont :

1. La rapidité d'action des contacts en fonction des paramètres du courant — indicateur temps-courant.
2. Courant de fonctionnement auquel le relais thermique se déclenche.
3. Réglages limites du courant de seuil. Dans tous les appareils fabriqués par différents constructeurs, ce paramètre diffère peu. Un dépassement de la valeur nominale de 20 % entraîne le déclenchement de l'appareil au bout d'environ 25 minutes.
4. Valeur nominale du courant de la plaque bimétallique de travail. Il s'agit de la valeur au-delà de laquelle le relais ne se déclenche pas immédiatement.
5. Plage de courant dans laquelle le relais se déclenche.

Les informations sur le relais thermique peuvent être obtenues en déchiffrant son marquage. Le symbole indiquant le type d'exécution peut différer.

Contacteur associé à un relais thermique. Lorsque le dispositif se déclenche, le contact normalement fermé et le contact normalement ouvert changent simultanément de position (+)

Les emplacements des relais thermiques nationaux sont régis par GOST 15150. Leur fonctionnement est influencé par des facteurs tels que l'altitude, les vibrations, les chocs, les accélérations.

Toutes ces nuances sont reflétées par les fabricants dans le marquage de leurs produits. Certains incluent en outre des informations sur la possibilité de fonctionnement en présence de substances nocives et de gaz explosifs.

Choix de l'appareil selon les règles

Les exigences relatives au relais thermique sont énoncées dans la notice. Il y est également précisé que la protection doit comporter une temporisation. Toutes les demandes sont satisfaites à l'aide d'appareils spéciaux.

Caractéristiques temps-courant du relais thermique et du moteur protégé. En cas de courants de court-circuit, les éléments chauffants du relais deviennent thermiquement instables (+)

Lors de l'analyse des caractéristiques temps-courant du relais thermique, il faut tenir compte du fait que le déclenchement peut se produire à partir d'un état surchauffé ou froid.

Une protection parfaite suppose que la courbe représentant la durée optimale de passage du courant en fonction de l'intensité pour le relais et le moteur est différente. La première doit se situer en dessous de la seconde.

Le tableau présente les caractéristiques techniques du relais thermique de type RTL. Il permet de sélectionner un dispositif de protection avec les paramètres nécessaires en fonction de la puissance du moteur (+)

Le choix correct du dispositif de protection s'effectue sur la base d'un paramètre tel que le courant nominal de service. Sa valeur est liée au courant nominal de charge du moteur électrique.

Les normes internationales et nationales prévoient que le courant nominal du moteur est analogue au réglage du courant de déclenchement du relais thermique.

Cela signifie que l'appareil se met en fonctionnement en cas de surcharge de 20 à 30 % ou à I sr. x1,2 ou 1,3 au plus tard 20 minutes.

Par conséquent, le choix doit être effectué de manière à ce que le courant de non-déclenchement du TR dépasse le courant nominal de l'objet protégé d'environ 12 %. La valeur In est indiquée dans le passeport de l'appareil et sur la plaque fixée sur le boîtier.

En se basant sur celle-ci, on choisit à la fois le TR et le contacteur qui lui correspond. L'échelle du relais est calibrée en ampères et, en général, correspond à la valeur du courant de réglage.

À titre d'exemple, on peut citer le choix d'un relais thermique pour un moteur asynchrone connecté à un réseau de 380 V, d'une puissance de 1,5 kW.

Le courant nominal de service pour celui-ci est de 2,8 A, donc pour le relais thermique, le courant de seuil sera égal à : 1,2 * 2,8 = 3,36 A. D'après le tableau, le choix doit se porter sur le RTL-1008, dont la plage de réglage se situe entre 2,4 et 4 A.

En cas de déclenchement de la protection, on élimine d'abord la cause première de l'arrêt, puis on remet le « relais thermique » dans son état d'origine à l'aide du bouton de réarmement.

Lorsque les données de la plaque signalétique du moteur sont inconnues, on détermine le courant à l'aide d'instruments spéciaux : une pince ampèremétrique ou un multimètre avec l'option correspondante. Les mesures sont effectuées sur chaque phase.

Il est important, lors du choix, de prêter attention à la tension indiquée sur l'appareil. Si l'on prévoit d'utiliser un tandem TR-contacteur, il faut prendre en compte le nombre de contacts.

Lors du raccordement de l'appareil à un réseau triphasé, un module doté d'une fonction de protection en cas de rupture de conducteurs ou de déséquilibre de phases est nécessaire.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Schéma de protection efficace du moteur :

Composants du relais thermique :

Le principe d'interaction des différents appareils dans les différentes variantes de raccordement du relais thermique est le même. Pour mieux s'orienter dans les schémas, il faut savoir « lire » le marquage des appareils. Idéalement, tous les travaux de raccordement doivent être effectués par un technicien habilité à travailler sous haute tension.

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