Relais thermique : principe de fonctionnement, types, schéma de raccordement + réglage et marquage

La durabilité et la fiabilité en exploitation de toute installation avec un moteur électrique dépendent de divers facteurs. Cependant, les surcharges de courant affectent considérablement la durée de vie du moteur. Pour les prévenir, on connecte un relais thermique qui protège l'organe de travail principal de la machine électrique.

Nous vous expliquerons comment choisir un dispositif qui prédit l'apparition de situations d'urgence avec dépassement des valeurs maximales admissibles du courant. Dans notre article, nous décrivons le principe de fonctionnement, présentons les variétés et leurs caractéristiques. Des conseils sur le raccordement et le réglage correct sont donnés.

Pourquoi des appareils de protection sont-ils nécessaires?

Même si l'entraînement électrique est correctement conçu et utilisé sans enfreindre les règles de base d'exploitation, il reste toujours une probabilité de défauts.

Les modes de fonctionnement anormaux incluent les courts-circuits monophasés et polyphasés, les surcharges thermiques de l'équipement électrique, le blocage du rotor et la destruction du palier, ainsi que la rupture de phase.

En fonctionnement en mode de charges élevées, le moteur électrique consomme une énorme quantité d'énergie électrique. Et lorsque les valeurs de tension nominale sont régulièrement dépassées, l'équipement chauffe intensément.

En conséquence, l'isolation s'use rapidement, ce qui entraîne une réduction significative de la durée de vie des installations électromécaniques. Pour éviter de telles situations, on connecte des relais de protection thermique dans le circuit électrique. Leur fonction principale est d'assurer un fonctionnement normal des consommateurs.

Ils coupent le moteur avec un certain retard, et dans certains cas – instantanément, pour empêcher la destruction de l'isolation ou l'endommagement de certaines parties de l'installation électrique.

Le relais de courant protège constamment le moteur électrique contre la rupture de phase, les surcharges technologiques et le blocage du rotor. Ce sont les principales causes de modes de fonctionnement anormaux.

Afin d'éviter une baisse de la résistance d'isolation, on utilise des dispositifs de coupure de protection, et si l'objectif est d'empêcher une perturbation du refroidissement, on connecte des appareils spéciaux de protection thermique intégrée.

Dispositif et principe de fonctionnement du relais thermique

Structurellement, un relais thermique électrique standard est un petit appareil composé d'une lame bimétallique sensible, d'un serpentin chauffant, d'un système à levier et ressort, et de contacts électriques.

La lame bimétallique est fabriquée à partir de deux métaux différents, généralement l'invar et l'acier chromo-nickel, solidement assemblés par soudage. Un métal a un coefficient de dilatation thermique plus élevé que l'autre, ils chauffent donc à des vitesses différentes.

En cas de surcharge de courant, la partie non fixée de la lame se déforme vers le matériau ayant le coefficient de dilatation thermique le plus faible. Cela exerce une force sur le système de contacts du dispositif de protection et déclenche la coupure de l'installation électrique en cas de surchauffe.

Dans la plupart des modèles de relais thermiques mécaniques, il y a deux groupes de contacts. Une paire est normalement ouverte, l'autre est constamment fermée. Lorsque le dispositif de protection se déclenche, l'état des contacts change. Les premiers se ferment et les seconds deviennent ouverts.

Dans les relais thermiques électroniques, des capteurs spéciaux et des sondes sensibles sont utilisés, réagissant à l'augmentation du courant. Dans le microprocesseur de ces dispositifs de protection, des paramètres sont programmés pour déterminer les situdions où il est nécessaire de couper l'alimentation électrique.

Le courant est détecté par un transformateur intégré, puis l'électronique traite les données obtenues. Si la valeur du courant à un moment donné est supérieure au seuil de réglage, l'impulsion est instantanément transmise directement au disjoncteur.

En ouvrant le contacteur externe, le relais à mécanisme électronique bloque la charge. Le relais thermique pour moteur électrique lui-même est installé sur le contacteur.

La lame bimétallique peut être chauffée directement – par l'action du courant de pointe de la charge sur la bande métallique – ou indirectement, à l'aide d'un élément thermique séparé. Ces principes sont souvent combinés dans un même appareil de protection thermique. Avec un chauffage combiné, l'appareil a de meilieures performences.

Après refroidissement, la lame reprend sa position initiale. Les contacts de commutation se ferment automatiquement ou doivent être forcés à l'état fermé.

Caractéristiques de base du relais de courant

La caractéristique principale du commutateur de protection thermique est la dépendance prononcée du temps de déclenchement par rapport au courant qui le traverse — plus la valeur est grande, plus il se déclenche rapidement. Cela témoigne d'une certaine inertie de l'élément relais.

Le déplacement dirigé des particules porteuses de charge à travers tout appareil électrique, pompe de circulation et chaudière électrique, génère de la chaleur. Au courant nominal, sa durée admissible tend vers l'infini.

Et lorsque les valeurs dépassent les seuils nominaux, la température de l'équipement augmente, ce qui entraîne une usure prématurée de l'isolation.

La rupture de circuit bloque instantanément toute augmentation supplémentaire de la température. Cela permet de prévenir la surchauffe du moteur et d'éviter une défaillance catastrophique de l'installation électrique.

La charge nominale du moteur est le facteur clé déterminant le choix de l'appareil. Un indice compris entre 1,2 et 1,3 indique un déclenchement réussi en cas de surcharge de courant de 30 % sur une période de 1200 secondes.

La durée de la surcharge peut nuire à l'état de l'équipement électrique : lors d'une exposition de courte durée (5 à 10 minutes), seul le bobinage du moteur, qui a une faible masse, chauffe. En cas d'exposition prolongée, c'est l'ensemble du moteur qui chauffe, ce qui peut entraîner des pannes graves. Il peut même être nécessaire de remplacer l'équipement endommagé par un neuf.

Afin de protéger au maximum l'objet contre les surcharges, il convient d'utiliser un relais de protection thermique spécifique, dont le temps de déclenchement correspondra aux valeurs de surcharge maximales admissibles du moteur électrique concerné.

En pratique, il n'est pas judicieux d'assembler un relais de contrôle de tension pour chaque type de moteur. Un seul élément relais est utilisé pour protéger des moteurs de différentes conceptions. Cependant, il est impossible de garantir une protection fiable sur toute la plage de fonctionnement, limitée par la charge minimale et maximale.

L'augmentation des valeurs du courant ne conduit pas immédiatement à un état dangereux de l'équipement. Avant que le rotor et le stator n'atteignent la température limite, un certain temps s'écoule.

Par conséquent, il n'est pas absolument nécessaire que le dispositif de protection réagisse à chaque augmentation, même minime, du courant. Le relais ne doit couper le moteur électrique que dans les cas où il existe un risque d'usure rapide de la couche d'isolation.

Types de relais de protection thermique

Il existe plusieurs types de relais pour protéger les moteurs électriques contre les ruptures de phase et les surcharges de courant. Ils se distinguent tous par leurs caractéristiques de construction, le type de MP utilisé et leur application dans différents moteurs.

TRP. Appareil de commutation unipolaire avec système de chauffage combiné. Conçu pour protéger les moteurs électriques triphasés asynchrones contre les surcharges de courant. Le TRP est utilisé dans les réseaux électriques à courant continu avec une tense de base en funcionement normal ne dépassant pas 440 V. Il se distingue par sa résistance aux vibrations et aux chocs.

RTL. Ils assurent la protection des moteurs dans les cas suivants :

• en cas de perte d'une des trois phases ;
• asymétrie des courants et surcharges ;
• démarrage prolongé ;
• blocage du mécanisme de commande.

Ils peuvent être installés avec les bornes KRL séparément des contacteurs magnétiques ou montés directement sur les PML. Ils se montent sur des rails de type standard, classe de protection – IP20.

RTT. Ils protègent les machines asynchrones triphasèes à rotor à cage d'ècureil contre un dèmarrage prolongè du mècanisme, les surcharges prolongèes et l'asymètrie, c'est-à-dire le dèsèquilibre des phases.

Les RTT peuvent être utilisés comme composants dans diffèrents schèmas de commande d'entraînements èlectriques, ainsi que pour l'intègration dans les dèmarreurs de la sèrie PMA

TRN. Des commutateurs biphasès qui contrôlent le dèmarrage de l'installation èlectrique et le mode de fonctonnement du moteur. Ils sont pratiquement indèpadants de la tempèrature ambiante, ne dispsent que d'un système de retour manuel des conctacts à l'état initial. Ils peuent être utilisés dans les réseaux à courant continu.

RTI. Appareils de commutation électriques avec une consommation d'énergie constante, bien que faible. Ils sont montés sur les contacteurs de la série KMI. Ils fonctionnent avec des fusibles/disjoncteurs automatiques.

Relais de courant à semi-concteurs. Ils sont consitués de petis dispsitifs èlectroniques trihasés, sans pièces mobiles dans leur conection.

Ils fonctonnnent selon le principe du calcul des valeurs moyenennes des tempèratures du moteur, en assurant une surveillaince constate du courant de travail et de dèmarrage. Ils se distinguent par leur insensibillité aux changements envirronnemenaux et sont donc utilisés dans les zones exlosibles.

RTK. Des commutateurs de dèmarrage pour le contrôle de la tempèrature dans le boîtier de l'équipement électrique. Ils sont utilisés dans les schémas d'automatisme où les relais thermiques servent de pièces composantes.

Pour assurer un fonctionement fiable de l'équipement électrique, l'élément relais doit posséder des qualités telles que la sensibillité, la rapideité d'action et la séléctité

Il est importaint de se rapeler qu'aucun des types d'aparels examinés ci-déssus n'est adaté à la protection des circuits contre les courts-ciruits.

Les dispsitifs de protection thermique ne fent que prévenir les régimes d'urgence qui se produsent en cas de fonctonnement anoral du mécanisme ou de surcharge.

L'équipement électrique peut grailler avant même le déclenclement du relais. Pour une protection complète, il faut les compléter par des fusibles ou des disjoncteurs automatiqus compacts de constuction modulaire.

Raccordement, réglage et marquage

L'appareil de comutation de surcharge, contrairement au disjoncteur électrique, ne coupe pas directemnt le circuit de puissaince, mais envoie uniquemnt un signal pour metre l'objet hors tension temporairemnt en cas de régim d'urgence. Son contact normallemnt fermé fonctonnn comme un bouton « stop » du concteur et se concte selon un schéma en sèrie.

Schéma de raccordement des appareils

Dans la conception du relais, il n'est pas nécessaire de répéter absolument toutes les fonctions des contacts de puissance lors d'un déclenchement réussi, car il se connecte directement au MP. Cette conception permet d'économiser considérablement les matériaux pour les contacts de puissance. Il est beaucoup plus facile de connecter un faible courant dans le circuit de commande que de couper directement trois phases avec un courant élevé.

Dans de nombreux schémas de connexion du relais thermique à l'objet, on utilise un contact normalement fermé. Il est connecté en série avec le bouton « arrêt » de la télécommande et est désigné par NF – normalement fermé, ou NC – normal connected.

Le contact normalement ouvert dans ce schéma peut être utilisé pour initier le déclenchement de la protection thermique. Les schémas de connexion des moteurs électriques, dans lesquels le relais de protection thermique est connecté, peuvent varier considérablement en fonction de la présence de dispositifs supplémentaires ou de particularités techniques.

Dans un schéma simple standard, le relais thermique est connecté à la sortie du contacteur basse tension vers le moteur électrique. Les contacts auxiliaires de l'appareil sont obligatoirement connectés en série avec la bobine du contacteur.

Cela garantira une protection fiable contre les surcharges de l'équipement électrique. En cas de dépassement inadmissible des valeurs limites de courant, l'élément relais ouvrira le circuit, déconnectant instantanément le MP et le moteur de l'alimentation électrique.

La connexion et l'installation du relais thermique sont généralement effectuées avec le contacteur magnétique destiné à la commutation et au démarrage de l'entraînement électrique. Cependant, il existe des modèles qui se montent sur un rail DIN ou un panneau spécial.

Subtilités du réglage des éléments relais

L'une des principales exigences pour les dispositifs de protection des moteurs électriques est le fonctionnement précis des appareils en cas de modes de fonctionnement anormaux du moteur. Il est très important de bien le choisir et de régler les paramètres, car les déclenchements intempestifs sont absolument inacceptables.

Le relais thermique, qui convient parfaitement à un type de moteur spécifique selon tous les paramètres techniques, est capable d'assurer une protection fiable contre les surcharges sur chaque phase, d'empêcher un démarrage prolongé de l'installation et d'éviter des situations d'urgence avec blocage du rotor.

Parmi les avantages de l'utilisation des éléments de protection de courant, il convient également de noter la vitesse assez élevée et la large plage de déclenchement, ainsi que la facilité d'installation. Pour assurer une déconnexion rapide du moteur électrique en cas de surcharge, le relais de protection thermique doit être réglé sur une plateforme/banc spécial(e).

Dans ce cas, l'imprécision due à la dispersion naturelle inégale des courants nominaux dans les NE est éliminée. Pour vérifier le dispositif de protection sur le banc, on utilise la méthode des charges fictives.

On fait passer un courant électrique de tension réduite dans l'élément thermique pour simuler une charge thermique réelle. Après cela, un minuteur détermine avec précision le temps de déclenchement.

En réglant les paramètres de base, vous devez viser les valeurs suivantes :

• pour un courant 1,5 fois supérieur, l'appareil doit couper le moteur après 150 s ;
• pour un courant 5 à 6 fois supérieur, il doit couper le moteur après 10 s.

Si le temps de déclenchement n'est pas conforme à la norme, vous devez régler l'élément relais au moyen de la vis de contrôle.

Pour un fonctionnement correct, vous devez impérativement régler l'appareil sur le courant électrique maximal admissible du moteur et sur la température de l'air.

On procède ainsi lorsque les valeurs du courant nominal du NE et du moteur diffèrent, et également si la température ambiante est inférieure de plus de 10 degrés Celsius à la température nominale (+40 °C).

Le courant de déclenchement du commutateur électrothermique diminue avec l'augmentation de la température autour de l'objet considéré, car le chauffage de la bande bimétallique dépend de ce paramètre. En cas d'écarts importants, vous devez ajuster davantage le TR ou choisir un élément thermique mieux adapté.

Les variations brusques des températures affectent fortement le fonctionnement du relais de courant. Il est donc très important de choisir un NE capable d'exécuter efficacement les fonctions principales en tenant compte des valeurs réelles.

Il est recommandé de placer les TR dans la même pièce que l'installation électrique protégée. Ils ne doivent pas être montés à proximité de générateurs de chaleur, de fours de chauffage ou d'autres sources de chaleur.

Ces restrictions ne s'appliquent pas aux relais à compensation de température. Vous pouvez régler le courant de consigne de l'appareil de protection dans une plage de 0,75 à 1,25 fois la valeur du courant nominal de l'élément thermique. Le réglage se fait par étapes.

Tout d'abord, on calcule la correction E₁ sans compensation de température :

E₁=(I_nom-I_ne)/c×I_ne,

Où

• I_nom – courant nominal de charge du moteur,
• I_ne – courant nominal de l'élément chauffant de travail dans le relais,
• c – la valeur d'une division de l'échelle, c'est-à-dire l'excentrique (c=0,055 pour les démarreurs protégés, c=0,05 pour les démarreurs ouverts).

L'étape suivante consiste à déterminer la correction E₂ pour la température ambiante :

E₂=(t_a-30)/10,

Où t_a (ambient temperature) – température ambiante en degrés Celsius.

La dernière étape consiste à trouver la correction totale :

E=E₁+E₂.

La correction totale E peut être positive ou négative. Si le résultat est une valeur fractionnaire, vous devez l'arrondir à l'entier inférieur ou supérieur en valeur absolue, en fonction de la nature de la charge de courant.

Pour configurer le relais, l'excentrique est réglé sur la valeur de la correction totale obtenue. Une température de déclenchement élevée réduit la dépendance du dispositif de protection vis-à-vis des facteurs externes.

Le relais de protection thermique permet un réglage manuel progressif du courant de déclenchement dans une plage de ±25 % de la valeur du courant nominal de l'installation électromécanique.

Le réglage de ces paramètres s'effectue à l'aide d'un levier spécial dont le déplacement modifie la courbure initiale de la lame bimétallique. Le réglage du courant de déclenchement sur une plage plus large se fait en remplaçant les éléments thermiques.

Dans les appareils de commutation modernes de protection contre les surcharges, il y a un bouton de test qui permet de vérifier le bon fonctionnement de l'appareil sans banc spécial. Il y a aussi une touche pour réinitialiser tous les réglages. Vous pouvez les remettre à zéro automatiquement ou manuellement. De plus, le produit est équipé d'un indicateur de l'état actuel de l'appareil électrique.

Marquage des relais thermiques

Les appareils de protection sont choisis en fonction de la puissance du moteur électrique. La plupart des caractéristiques clés sont cachées dans la désignation symbolique.

Voici à quoi ressemble le marquage des relais thermiques de l'usine KEAZ. Il est important lors du choix de prêter attention à la valeur du courant nominal du modèle considéré, afin qu'il soit suffisant.

Il faut porter attention à certains points :

1. La plage de valeurs des courants de réglage (indiquée entre parenthèses) diffère peu selon les fabricants.
2. Les désignations alphabétiques du type d'exécution spécifique peuvent différer.
3. L'exécution climatique est souvent présentée sous forme de plage. Par exemple, UKhL3O4 doit être lu comme UKhL3-O4.

Aujourd'hui, vous pouvez acheter différentes variantes de l'appareil : des relais pour courant alternatif et continu, monostables et bistables, des appareils avec temporisation à l'enclenchement/au déclenchement, des relais de protection thermique avec éléments accélérateurs, des relais thermiques sans bobine de maintien, avec une ou plusieurs bobines.

Ces paramètres ne sont pas toujours affichés dans le marquage des appareils, mais doivent obligatoirement figurer dans la fiche technique des produits électrotechniques.

L'article suivant vous présentera le dispositif, les variétés et le marquage du relais électromagnétique, que nous vous recommandons de consulter.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Structure et principe de fonctionnement du relais de courant pour une protection efficace du moteur électrique, à l'exemple du dispositif RTT 32P :

Une protection correcte contre les surcharges et les ruptures de phase est la garantie d'un fonctionnement durable et sans panne du moteur électrique. Vidéo montrant comment l'élément relais réagit en cas de fonctionnement anormal du mécanisme :

Comment connecter le dispositif de protection thermique au MP, schémas de principe du relais électrothermique :

Relais de protection thermique contre les surcharges – un élément fonctionnel indispensable de tout système de commande d'entraînement électrique. Il réagit au courant qui passe dans le moteur et s'active lorsque la température de l'installation électromécanique atteint des valeurs limites. Cela permet de prolonger au maximum la durée de vie des moteurs électriques écologiquement sûrs.

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