Relais thermiques — dispositif, principe de fonctionnement, caractéristiques techniques
Les relais thermiques sont des dispositifs électriques conçus pour protéger les moteurs électriques contre les surintensités. Les types de relais thermiques les plus courants sont TRP, TRN, RTL et RTT.
Le principe de fonctionnement des relais thermiques
La durabilité des équipements électriques dépend dans une large mesure des surcharges auxquelles ils sont soumis pendant leur fonctionnement. Pour chaque objet, il est possible de trouver la dépendance de la durée du flux de courant sur sa magnitude, où fiable et à long terme fonctionnement de l'équipement… Cette dépendance est représentée sur la figure (courbe 1).
Au courant nominal, la durée admissible de son écoulement est l'infini. Un débit de courant supérieur à la valeur nominale entraîne une augmentation supplémentaire de la température et un vieillissement supplémentaire de l'isolation. Par conséquent, plus la surcharge est importante, plus le temps autorisé est court. La courbe 1 de la figure est définie en fonction de la durée de vie requise de l'équipement. Plus sa durée de vie est courte, plus les surcharges autorisées sont importantes.
Caractéristiques temps-courant du relais thermique et de l'objet protégé
Avec une protection d'objet idéale, la dépendance tav (I) pour le relais thermique doit être légèrement inférieure à la courbe d'objet.
Pour la protection contre les surcharges, les relais thermiques avec plaque bimétallique.
La plaque bimétallique du relais thermique est constituée de deux plaques, dont l'une a un coefficient de dilatation thermique plus élevé, l'autre un plus petit. A l'endroit de l'adhésion les unes aux autres, les plaques sont fixées rigidement soit par laminage à chaud, soit par soudage. Si une telle plaque est fixe et chauffée, la plaque se pliera moins au matériau. Ce phénomène est utilisé dans les relais thermiques.
Les matériaux Invar (petite valeur) et amagnétiques ou en acier au chrome-nickel (grande valeur) sont largement utilisés dans les relais thermiques.
L'élément bimétallique du relais thermique peut être chauffé par la chaleur générée dans la plaque par le courant de charge. Très souvent, le bilame est chauffé par un réchauffeur spécial à travers lequel circule le courant de charge. Les meilleures caractéristiques sont obtenues avec un chauffage combiné, lorsque la plaque est chauffée à la fois par la chaleur générée par le courant traversant le bilame et par la chaleur générée par un réchauffeur spécial, également par le courant de charge rationalisé.
En flexion, la plaque bimétallique avec son extrémité libre agit sur le système de contact du relais thermique.
Dispositif de relais thermique : a — élément sensible, b — contact cavalier, 1 — contacts, 2 — ressort, 3 — plaque bimétallique, 4 — bouton, 5 — pont
Caractéristiques courant-temps du relais thermique
La principale caractéristique du relais thermique est la dépendance du temps de réponse au courant de charge (caractéristique courant-temps).Dans le cas général, avant le début de la surcharge, un courant Io circule dans le relais, ce qui chauffe la plaque à une température qo.
Lors de la vérification des caractéristiques courant-temps des relais thermiques, il faut tenir compte de l'état à partir duquel (froid ou surchauffé) le relais est déclenché.
Lors de la vérification des relais thermiques, il convient de tenir compte du fait que les éléments chauffants des relais thermiques sont thermiquement instables aux courants de court-circuit.
Sélection du relais thermique
Le courant nominal du relais thermique est sélectionné en fonction de la charge nominale du moteur. Le courant de relais thermique sélectionné est (1,2 — 1,3) du courant nominal du moteur (courant de charge), c'est-à-dire que le relais thermique est activé à 20 — 30 % de surcharge pendant 20 minutes.
La constante d'échauffement du moteur électrique dépend de la durée de la surcharge de courant. En cas de surcharge de courte durée, seul l'enroulement du moteur participe au chauffage et une constante de chauffage de 5 à 10 minutes. En cas de surcharge prolongée, toute la masse du moteur électrique participe au chauffage, et le chauffage est constant pendant 40 à 60 minutes. Par conséquent, l'utilisation de relais thermiques n'est recommandée que lorsque le temps d'enclenchement est supérieur à 30 minutes.
Effet de la température ambiante sur le fonctionnement du relais thermique
Le chauffage de la plaque bimétallique du relais thermique dépend de la température ambiante, par conséquent, à mesure que la température ambiante augmente, le courant de fonctionnement du relais diminue.
À une température très différente de la température nominale, il est nécessaire soit d'effectuer une régulation supplémentaire (en douceur) du relais thermique, soit de sélectionner un élément chauffant en tenant compte de la température ambiante réelle.
Pour que la température ambiante ait moins d'influence sur le courant de déclenchement du relais thermique, il est nécessaire de sélectionner la température de déclenchement la plus élevée possible.
Pour le bon fonctionnement de la protection thermique, il est recommandé de placer le relais dans la même pièce que l'objet protégé. Le relais ne doit pas être situé à proximité de sources de chaleur concentrées - fours de chauffage, systèmes de chauffage, etc. Des relais compensés en température (série TPH) sont en cours de fabrication.
Conception de relais thermique
La déflexion de la plaque bimétallique est lente. Si le contact mobile est directement connecté à la plaque, la faible vitesse de son mouvement ne pourra pas éteindre l'arc qui se produit lorsque le circuit est éteint. Par conséquent, la plaque agit sur le contact par l'intermédiaire d'un dispositif d'accélération. Le plus parfait est le contact « sautant ».
A l'état bloqué, le ressort 1 crée un couple par rapport au point 0, qui ferme les contacts 2. Le bilame 3 se plie vers la droite lorsqu'il est chauffé, la position du ressort change. Il crée un moment qui ouvre 2 contacts à la fois, fournissant une extinction d'arc fiable. Les contacteurs et démarreurs modernes sont équipés de relais thermiques TRP (monophasé) et TRN (biphasé).
Relais thermiques TRP
Les relais de courant thermiques unipolaires de la série TRP avec des courants nominaux d'éléments thermiques de 1 à 600 A sont principalement destinés à la protection contre les surcharges inacceptables des moteurs électriques asynchrones triphasés fonctionnant à partir d'un réseau avec une tension nominale jusqu'à 500 V à une fréquence de 50 et 60 Hz. Les relais thermiques TRP pour des courants jusqu'à 150 A sont utilisés dans les réseaux à courant continu avec une tension nominale jusqu'à 440 V.
Dispositif relais thermique type TRP
La plaque bimétallique du relais thermique TRP dispose d'un système de chauffage combiné. La plaque est chauffée à la fois par l'élément chauffant et par le passage du courant à travers la plaque elle-même. Lorsqu'elle est déviée, l'extrémité de la plaque bimétallique agit sur le pont de contact du cavalier.
Le relais thermique TRP permet un réglage en douceur du courant de fonctionnement dans (± 25% du courant de réglage nominal). Ce réglage se fait avec une molette qui modifie la déformation initiale de la plaque. Cette configuration peut réduire considérablement le nombre d'options de chauffage requises.
Le retour du relais TRP à sa position initiale après manoeuvre s'effectue par le bouton. Il est également possible d'effectuer une auto-récupération après refroidissement du bilame.
La température de réaction élevée (plus de 200 ° C) réduit la dépendance du fonctionnement du relais à la température ambiante.
Le réglage du relais thermique TRP change de 5 % lorsque la température ambiante passe à KUS.
La haute résistance aux chocs et aux vibrations du relais thermique TRP lui permet d'être utilisé dans les conditions les plus difficiles.
Relais thermiques RTL
Le relais thermique RTL est conçu pour protéger les moteurs électriques contre les surcharges de courant de durée inacceptable. Ils assurent également une protection contre la dissymétrie des courants dans les phases et contre la défaillance d'une des phases. Relais thermiques électriques RTL avec une plage de courant de 0,1 à 86 A.
Les relais thermiques RTL peuvent être installés aussi bien directement sur les démarreurs PML que séparément des démarreurs (dans ce dernier cas, ils doivent être équipés de borniers KRL). Les relais RTL et les borniers KRL ont été développés et fabriqués avec un degré de protection IP20 et peuvent être installés sur un jeu de barres standard.Le courant nominal des contacts est de 10 A.
Relais thermique PTT
Les relais à combustible RTT sont conçus pour protéger les moteurs triphasés à induction à cage d'écureuil contre les surcharges de durée inacceptable, y compris celles résultant de la perte d'une des phases, ainsi que de l'asymétrie des phases.
Les relais PTT sont destinés à être utilisés comme composants dans des circuits de commande d'entraînement électrique ainsi qu'à être installés dans démarreurs magnétiques Série PMA pour courant alternatif 660 V avec une fréquence de 50 ou 60 Hz, pour des applications en courant continu 440 V.