Thermisch relais voor elektromotor: werkingsprincipe, constructie, hoe te kiezen

Tijdens de werking van energieapparatuur worden deze voortdurend blootgesteld aan stroomoverbelastingen, die de levensduur verkorten. Bescherming in dergelijke situaties wordt geboden door een thermisch relais voor de elektromotor, dat de stroomtoevoer onderbreekt bij het optreden van ongebruikelijke omstandigheden.

Wij stellen voor om de constructie, het werkingsprincipe, de soorten en de nuances van de aansluiting van het beveiligingsapparaat te begrijpen. Bovendien zullen we uitleggen welke parameters en kenmerken u in overweging moet nemen bij het kiezen van een thermisch relais.

Constructieve uitvoering van thermische relais

Thermische relais van alle soorten hebben een vergelijkbare constructie. Het belangrijkste element van elk ervan is een gevoelige bimetaalstrip.

De waarde van de uitschakelstroom wordt beïnvloed door de temperatuurindicatoren van de omgeving waarin het relais werkt. Een temperatuurstijging verkort de uitschakeltijd.

Om deze invloed tot een minimum te beperken, kiezen de ontwikkelaars van de apparaten een zo hoog mogelijke temperatuur van het bimetaal. Met hetzelfde doel worden sommige relais uitgerust met een extra compensatieplaat.

Het apparaat bestaat uit een behuizing, een nichroomverwarmingselement, een bimetaalstrip, een grendel, een schroef, een hendel, een beweegbaar contact en een terugkeerknop (+)

Als in de constructie van het relais nichroomverwarmingselementen zijn opgenomen, worden deze aangesloten volgens een parallel, serie of parallel-serie schema met de strip.

De stroomwaarde in het bimetaal wordt geregeld met behulp van shuntweerstanden. Alle onderdelen zijn in de behuizing gemonteerd. Het U-vormige bimetaalelement is op een as bevestigd.

Een cilindrische veer drukt tegen een uiteinde van de strip. Het andere uiteinde rust op een evenwichtige isolatieblok. Het maakt draaibewegingen rond de as en dient als ondersteuning voor een contactbrugje, voorzien van zilveren contacten.

Voor de coördinatie van de instelstroom is de bimetaalstrip met zijn linkeruiteinde verbonden met het mechanisme. De aanpassing vindt plaats door invloed op de primaire vervorming van de strip.

Als de grootte van de overbelastingsstromen gelijk wordt aan of groter is dan de instelwaarde, draait de isolatieblok onder invloed van de strip. Tijdens het kantelen ervan wordt het openingscontact van het apparaat uitgeschakeld.

Thermisch relais TRT in doorsnede. De belangrijkste elementen zijn: behuizing (1), instelmechanisme (2), knop (3), as (4), zilveren contacten (5), contactbrug (6), isolatieblok (7), veer (8), bimetaalplaat (9), as (10)

Het relais keert automatisch terug naar de oorspronkelijke positie. Het zelfherstelproces duurt maximaal 3 minuten vanaf het inschakelen van de beveiliging. Handmatig terugzetten is ook mogelijk; hiervoor is een speciale Reset-knop voorzien.

Bij gebruik neemt het apparaat binnen 1 minuut de oorspronkelijke positie in. Om de knop te activeren, draait u deze tegen de klok in totdat deze boven de behuizing uitsteekt. De instelstroom staat meestal op het plaatje aangegeven.

Werkingsprincipe van het apparaat

Bij het uitvoeren van een beschermende functie, onderbreekt de automatische schakelaar de stroomvoerende voedingscircuits. Het thermische relais verschilt hiervan doordat het bij overbelasting slechts een stuursignaal afgeeft. Bij deze beveiliging worden kleine stromen geschakeld in één besturingscircuit.

In het schema bevindt zich vóór het thermische relais een magnetische starter. Wanneer de circuits in noodgeval worden geopend, vervalt de noodzaak om het werk van de contactor te dupliceren. Bijgevolg wordt er geen materiaal verbruikt voor de fabricage van de stroomcontactgroepen.

De meest populaire apparaten zijn die met bimetaalplaten. De plaat zelf bestaat uit twee soortgelijke elementen.

De ene heeft een aanzienlijke temperatuurcoëfficiënt, de andere een iets kleinere. Deze twee componenten sluiten nauw op elkaar aan.

Aangezien de onderdelen van de bimetaalplaat zijn gemaakt van twee verschillende metalen met verschillende uitzettingscoëfficiënten, zorgt verhitting ervoor dat deze buigt en inwerkt op de contacten.

Een dergelijke stevige verbinding wordt verkregen door lassen of door warmwalsen. Doordat de plaat onbeweeglijk is bevestigd, buigt deze bij verhitting naar de zijde van het element met de kleinere temperatuurcoëfficiënt. Dit principe wordt als basis gebruikt bij het ontwerp van thermische relais.

Bij de productie worden chroom-nikkelstaal en niet-magnetisch staal gebruikt met een hoge temperatuurcoëfficiënt. Als materiaal met een lage waarde van deze parameter wordt invar gebruikt - een legering van nikkel en ijzer.

Volgens dit schema werkt een thermisch relais. Het vrije uiteinde van de bimetaalplaat werkt bij doorbuiging in op de contacten van het thermische relais (+)

De bimetaalplaat wordt verwarmd door de belastingsstromen. Deze stromen lopen meestal door een speciale verwarmer. Er is ook gecombineerde verwarming, waarbij naast de warmte van de verwarmer, de bimetaal ook wordt verwarmd door de stroom die er doorheen gaat.

Hoe een thermisch relais aan te sluiten

Gesloten contact (normal connected) waarmee de thermische module op de magneetschakelaar wordt aangesloten, wordt aangeduid met NC of NZ, wat normaal gesloten betekent. Met de lettercombinatie NO wordt normaal open contact aangeduid.

In een eenvoudig schema wordt het gebruikt voor het afgeven van een signaal dat aangeeft dat de motorbeveiliging is geactiveerd vanwege overschrijding van de drempeltemperatuur.

Bij integratie in complexe besturingsschema's kan het in noodgevallen een signaal genereren om de transportband uit bedrijf te nemen.

Het thermische relais wordt achter de contactoren geplaatst, maar vóór de elektromotor. De aansluiting van het normal connected contact op de 'Stop'-knop op het bedieningspaneel wordt uitgevoerd volgens een serieschakeling (+).

De aanduiding van de contactorklemmen wordt bepaald door GOST: normaal gesloten — 95-96, normaal open — 97-98. Op het eerste paar wordt de schakelaar aangesloten, het tweede paar wordt gebruikt voor signaalschema's. Omdat de motor en het thermische relais tegen kortsluiting moeten worden beschermd, moet de keten een beveiligingsautomaat bevatten.

Het schema van het apparaat omvat de knoppen 'Test' en 'Stop' of 'Reset'. Met de eerste wordt de werking gecontroleerd, met de tweede wordt de beveiliging handmatig uitgeschakeld.

Met behulp van een draaischakelaar voor het spannen wordt na het inschakelen van de beveiliging de elektromotor opnieuw gestart. Op de glazen deksel van het product worden markeringen aangebracht en wordt het verzegeld.

Uitgaande van het type aansluiting kunnen twee grote groepen thermische relais worden onderscheiden:

• eerste groep – apparaten die achter de magneetschakelaar worden gemonteerd en die worden aangesloten met behulp van brugverbindingen;
• tweede groep – apparaten die direct op de contactor van de schakelaar worden gemonteerd.

In het laatste geval komt de hoofdlast bij het starten op de contactor. Hier is de thermische module uitgerust met koperen contacten die direct op de ingangen van de schakelaar zijn aangesloten.

Schema van het thermische relais. Hierop zijn de aanduidingen van de besturingselementen en aansluitingen aangebracht. Bij verschillende modellen kunnen deze aanduidingen verschillen (+).

Aan het thermische relais worden de draden van de motor aangesloten. Het relais zelf vormt in een dergelijk schema een tussenliggend knooppunt dat de stroom analyseert die doorloopt van de magneetschakelaar naar de motor.

Nuances bij het installeren van het apparaat

Niet alleen stroomoverbelasting, maar ook de externe temperatuurwaarden kunnen de aanspreektijd van de thermische module beïnvloeden. De beveiliging zal zelfs aanspreken bij afwezigheid van overbelasting.

Het komt ook voor dat de motor onder invloed van geforceerde ventilatie aan thermische overbelasting wordt blootgesteld, maar de beveiliging niet aanspreekt.

Om dergelijke verschijnselen te voorkomen, dient u de aanbevelingen van specialisten op te volgen:

1. Bij het kiezen van het relais dient u zich te richten op de maximaal toegestane aanspreektemperatuur.
2. De beveiliging monteren in dezelfde ruimte als het te beveiligen object.
3. Voor installatie plaatsen kiezen waar geen warmtebronnen of ventilatieapparaten zijn.
4. U moet de thermische module afstellen op basis van de werkelijke omgevingstemperatuur.
5. De beste optie is de aanwezigheid van een ingebouwde thermische compensatie in de constructie van het relais.

Een extra optie van het thermische relais is de bescherming bij fase-uitval of volledige netspanningsuitval. Voor driefasige motoren is dit bijzonder relevant.

De stroom in het thermisch relais stroomt achtereenvolgens door de verwarmingsmodule en vervolgens naar de motor. Het apparaat wordt met de spoel van de schakelaar verbonden via extra contacten (+).

Bij problemen in één fase nemen de andere twee een grotere stroom op. Dit leidt snel tot oververhitting en vervolgens uitschakeling. Bij inefficiënte werking van het relais kunnen zowel de motor als de bedrading defect raken.

Bestaande typen apparaten

De klasse van thermische relais omvat verschillende typen: TRN, RTL, TRP, RTI, RTT. Het gebruik van elk wordt bepaald door de constructiekenmerken.

Tweefasige stroomrelais (TRN) worden voornamelijk gebruikt voor de elektrische beveiliging van asynchrone motoren met een kortsuitrotor. In de regel werken ze op netwerken met een nominale spanning tot 500 V en een frequentie van 50 Hz.

Het relais is voorzien van een handbediend contactmechanisme. De afmetingen van de TRN maken het mogelijk ze in te bouwen in complete apparaten van zowel gesloten als open type stations die de werking van aandrijvingen coördineren. Ze vervullen geen kortsluitbeveiliging en hebben deze zelf nodig.

Relais TRP hebben een trillingsbestendig mechanisme en een schokbestendige behuizing. Ze zijn ontwikkeld voor de bescherming van asynchrone driefasige motoren die werken onder zware mechanische belastingen.

Ze zijn ontworpen voor een maximale stroom van 600 A en een maximale spanning van 500 V, en in gelijkstroomcircuits 440 V. De automatiek is ongevoelig voor de buitentemperatuur en schakelt in wanneer de waarde 200°C overschrijdt.

RTL-apparaten zijn driefasig; naast het beschermen van de motor tegen overbelasting, voorkomen ze het vastlopen van de rotor. Ze beschermen de rotor tegen schade bij fase-asymmetrie of langdurige start.

Ze werken autonoom met KRL-verbindingsklemmen en in een uitvoering met een magnetische schakelaar PML. Het werkstroombereik is van 0,10 tot 86 A.

Een contactor in combinatie met een thermisch relais. Wanneer het apparaat aanspreekt, veranderen de normaal gesloten en normaal open contacten synchroon van positie.

RTT – Het apparaat beschermt asynchrone motoren tegen stroompieken, fase-asymmetrie, vastlopen en andere abnormale situaties. Het wordt zowel als zelfstandig apparaat gebruikt als ingebouwd in schakelaars PMA, PME.

Driefasig product RTI heeft dezelfde functies als het vorige, maar wordt gebruikt in combinatie met schakelaars KTM en KMI.

Hoe een thermisch relais te kiezen

De motor heeft een relais nodig voor bescherming wanneer er om technologische redenen een potentiële dreiging van overbelasting is. Het tweede geval is de noodzaak om de starttijd te beperken onder omstandigheden van verlaagde spanning.

Deze vereisten staan in de desbetreffende handleiding. Daarin staat de wens om het beschermende product te voorzien van een tijdvertraging. Dit wordt allemaal gerealiseerd met behulp van thermische relais.

Basiseigenschappen van de apparaten

De basisgegevens van het apparaat dat de motor beschermt, zijn:

1. De schakelsnelheid van de contacten afhankelijk van de stroomparameters — de tijd-stroomkarakteristiek.
2. De werkstroom waarbij het TP aanspreekt.
3. De instelbare stroomlimieten. In alle apparaten die door verschillende fabrikanten worden geproduceerd, verschilt deze parameter gering. Een overschrijding van de nominale waarde met 20% leidt na ongeveer 25 minuten tot het aanspreken van het apparaat.
4. De nominale stroomwaarde van de werkzame bimetaalstrip. Bedoeld wordt de waarde waarboven het relais niet onmiddellijk uitschakelt.
5. Het stroombereik waarin het relais aanspreekt.

Informatie over het thermische relais kan worden verkregen door de markering te decoderen. Het symbool dat het type uitvoering aangeeft, kan verschillen.

Een contactor in combinatie met een thermisch relais. Wanneer het apparaat aanspreekt, veranderen de normaal gesloten en normaal geopende contacten synchroon van positie (+)

De plaatsingslocaties van binnenlandse TP's worden geregeld door GOST 15150. Hun werking wordt beïnvloed door factoren zoals hoogte boven zeeniveau, trillingen, schokken, versnellingen.

Al deze nuances worden door fabrikanten weergegeven in de markering van hun producten. Sommige bevatten daarnaast informatie over de mogelijkheid om te werken in de aanwezigheid van schadelijke stoffen en explosieve gassen.

Apparaatkeuze volgens de regels

De vereisten voor het thermorelais staan in de handleiding. Hierin is ook bepaald dat de beveiliging een tijdvertraging moet hebben. Alle verzoeken worden gerealiseerd met behulp van speciale apparaten.

Tijd-stroomkarakteristieken van het TR en de te beschermen motor. Bij kortsluitstromen (KZ) worden de verwarmingselementen van het relais thermisch instabiel (+)

Bij het analyseren van de tijd-stroomkarakteristieken van het TR moet men er rekening mee houden dat het aanspreken kan plaatsvinden vanuit een oververhitte of koude toestand.

Een onberispelijke beveiliging veronderstelt dat de curve die de optimale afhankelijkheid van de stroomdoorgangsduur van de stroomsterkte voor het relais en de motor weergeeft, verschillend is. De eerste moet lager liggen dan de tweede.

In de tabel staan de technische kenmerken van het thermorelais type RTL. Hiermee kan een beschermend apparaat worden gekozen met de benodigde parameters op basis van het motorvermogen (+)

De juiste selectie van een beschermingsapparaat wordt uitgevoerd op basis van een parameter zoals de nominale werkstroom. De waarde ervan is gerelateerd aan de nominale stroom van de belasting van de elektromotor.

Zowel internationale als nationale standaarden bepalen dat de nominale stroom van de motor overeenkomt met de ingestelde uitschakelstroom van het thermisch relais.

Dit betekent dat het inschakelen van het apparaat plaatsvindt bij overbelasting van 20 tot 30% of bij Igem. x 1,2 of 1,3, uiterlijk 20 minuten.

Op basis hiervan moet de selectie zo worden uitgevoerd dat de niet-uitschakelstroom van het thermisch relais de nominale stroom van het te beschermen object gemiddeld met 12% overschrijdt. De waarde In staat vermeld in het paspoort van het apparaat en op het typeplaatje op de behuizing.

Op basis hiervan worden zowel het thermisch relais als de bijbehorende schakelaar geselecteerd. De schaal van het relais is gekalibreerd in ampère en komt doorgaans overeen met de waarde van de ingestelde stroom.

Als voorbeeld kan de selectie van een thermisch relais voor een asynchrone motor, aangesloten op een 380 V-net, met een vermogen van 1,5 kW worden gegeven.

De nominale werkstroom ervan is 2,8 A, dus voor het thermisch relais is de drempelstroom: 1,2 * 2,8 = 3,36 A. Volgens de tabel moet de keuze vallen op de RTL-1008, waarvan het instelbereik tussen 2,4 en 4 A ligt.

Bij het aanspreken van de beveiliging wordt eerst de oorzaak van de stilstand verholpen en vervolgens wordt het 'thermisch relais' in de oorspronkelijke staat teruggebracht met behulp van de resetknop.

Wanneer de motorspecificaties onbekend zijn, wordt de stroom bepaald met behulp van speciale apparaten - stroomtang of multimeter met de juiste optie. Metingen worden op elke fase uitgevoerd.

Het is belangrijk om bij de selectie aandacht te besteden aan de spanning die op het apparaat staat aangegeven. Indien men van plan is een tandem van thermisch relais en schakelaar te gebruiken, moet men rekening houden met het aantal contacten.

Bij aansluiting van het apparaat op een driefasig net is een module nodig met een beveiligingsfunctie voor gevallen van doorsmelten van geleiders of fase-asymmetrie.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Schema van effectieve motorbeveiliging:

Componenten van een thermisch relais:

Het werkingsprincipe van de verschillende apparaten in de diverse aansluitvarianten van het thermisch relais is hetzelfde. Voor een betere oriëntatie in de schema's moet men de markering van de apparaten kunnen “lezen”. Idealiter moet al het aansluitwerk worden uitgevoerd door een vakman die bevoegd is om te werken onder hoge spanning.

Heeft u iets toe te voegen of heeft u vragen over de selectie en toepassing van thermische relais? U kunt reacties op de publicatie achterlaten, deelnemen aan discussies en uw eigen ervaring met het gebruik van de apparaten delen. Het contactformulier bevindt zich in het onderste blok.