Thermisch relais: werkingsprincipe, types, aansluitschema + afstelling en markering

De duurzaamheid en betrouwbaarheid in bedrijf van elke installatie met een elektromotor hangt af van verschillende factoren. In grote mate worden de levensduur van de motor echter beïnvloed door stroomoverbelastingen. Om deze te voorkomen wordt een thermisch relais aangesloten dat het hoofdwerkorgaan van de elektromachine beschermt.

Wij vertellen u hoe u een apparaat kiest dat het ontstaan van noodsituaties met overschrijding van de maximaal toelaatbare stroomwaarden voorspelt. In het door ons gepresenteerde artikel wordt het werkingsprincipe beschreven, worden de varianten en hun kenmerken gegeven. Er worden adviezen gegeven over aansluiting en correcte afstelling.

Waarvoor zijn beveiligingsapparaten nodig?

Zelfs als de elektrische aandrijving correct is ontworpen en wordt gebruikt zonder de basisregels voor bedrijf te overtreden, blijft er altijd een kans op het optreden van storingen.

Tot de noodsituaties behoren eenfasige en meerfasige kortsluitingen, thermische overbelasting van elektrische apparatuur, vastlopen van de rotor en vernietiging van het lagersamenstel, fase-onderbreking.

Werkend in een modus van verhoogde belasting verbruikt de elektromotor een enorme hoeveelheid elektrische energie. En bij regelmatige overschrijding van de nominale spanningswaarden raakt de apparatuur intensief verhit.

Als gevolg hiervan slijt de isolatie snel, wat leidt tot een aanzienlijke verkorting van de levensduur van elektromechanische installaties. Om dergelijke situaties uit te sluiten, worden in het elektrische circuit thermische beveiligingsrelais aangesloten. Hun hoofdfunctie is het waarborgen van een normale bedrijfsmodus voor de verbruikers.

Ze schakelen de motor uit met een bepaalde tijdsvertraging, en in sommige gevallen onmiddellijk, om beschadiging van de isolatie of van afzonderlijke delen van de elektrische installatie te voorkomen.

Het stroomrelais beschermt de elektromotor voortdurend tegen fase-onderbreking en technologische overbelasting, evenals tegen het blokkeren van de rotor. Dit zijn de belangrijkste oorzaken waarom noodsituaties ontstaan.

Om het verlagen van de isolatieweerstand te voorkomen, worden aardlekschakelaars gebruikt, en als het de taak is om verstoring van de koeling te voorkomen, worden speciale apparaten voor ingebouwde thermische beveiliging aangesloten.

Opbouw en werkingsprincipe van het thermisch relais

Constructief gezien is een standaard elektrothermisch relais een klein apparaat dat bestaat uit een gevoelige bimetaalstrip, een verwarmingsspiraal, een hefboom-veersysteem en elektrische contacten.

De bimetaalstrip wordt vervaardigd uit twee ongelijke metalen, meestal invar en chroomnikkelstaal, die tijdens het lassen stevig met elkaar verbonden worden. Het ene metaal heeft een hogere thermische uitzettingscoëfficiënt dan het andere, waardoor ze met verschillende snelheden opwarmen.

Bij overbelasting door stroom buigt het niet-vastgezette deel van de strip naar het materiaal met de lagere thermische uitzettingscoëfficiënt. Dit oefent kracht uit op het contactsysteem in het beveiligingsapparaat en activeert het uitschakelen van de elektrische installatie bij oververhitting.

De meeste modellen van mechanische thermische relais hebben twee contactgroepen. Het ene paar is normaal open, het andere paar is normaal gesloten. Wanneer het beveiligingsapparaat wordt geactiveerd, verandert de toestand van de contacten. De eerste worden gesloten en de tweede worden geopend.

In elektronische thermische relais worden speciale sensoren en gevoelige probes gebruikt die reageren op een toename van de stroom. In de microprocessor van dergelijke beveiligingsapparaten zijn parameters geprogrammeerd die bepalen in welke situaties de stroomtoevoer moet worden onderbroken.

De stroom wordt gedetecteerd door een geïntegreerde transformator, waarna de elektronica de verkregen gegevens verwerkt. Als de huidige stroomwaarde groter is dan de ingestelde waarde, wordt er onmiddellijk een impuls rechtstreeks naar de schakelaar gestuurd.

Bij het openen van de externe contactor blokkeert het relais met elektronisch mechanisme de belasting. Het thermisch relais voor de elektromotor wordt op de contactor gemonteerd.

De bimetaalstrip kan direct worden verwarmd – door de invloed van de piekbelastingsstroom op de metalen strip, of indirect, met behulp van een apart thermisch element. Vaak worden deze principes gecombineerd in één thermisch beveiligingsapparaat. Bij gecombineerde verwarming heeft het apparaat betere prestatiekenmerken.

Na afkoeling keert de strip terug naar de oorspronkelijke staat. De schakelcontacten sluiten automatisch, of ze moeten handmatig in gesloten toestand worden gebracht.

Basiseigenschappen van het stroomrelais

De belangrijkste eigenschap van de thermische beveiligingsschakelaar is de uitgesproken afhankelijkheid van de uitschakeltijd van de stroom die erdoor vloeit — hoe groter de waarde, hoe sneller hij reageert. Dit wijst op een zekere traagheid van het relais-element.

De gerichte verplaatsing van ladingsdragers door elk elektrisch apparaat, circulatiepomp en elektrische boiler, genereert warmte. Bij nominale stroom neigt de toegestane duur ervan naar oneindig.

Bij waarden die de nominale waarden overschrijden, stijgt de temperatuur in de apparatuur, wat leidt tot voortijdige slijtage van de isolatie.

Een onderbreking van de stroomkring blokkeert onmiddellijk verdere stijging van de temperatuurwaarden. Dit maakt het mogelijk oververhitting van de motor te voorkomen en een noodstoringsuitval van de elektrische installatie te vermijden.

De nominale belasting van de motor zelf is de sleutelfactor die de keuze van het apparaat bepaalt. Een waarde in het interval 1,2-1,3 geeft aan dat het succesvol aanspreekt bij een stroomoverbelasting van 30% gedurende een tijdsinterval van 1200 seconden.

De duur van de overbelasting kan een negatieve invloed hebben op de staat van de elektrische apparatuur — bij een kortdurende belasting van 5-10 minuten wordt alleen de motorwikkeling verhit, die een kleine massa heeft. Bij langdurige belasting wordt de gehele motor verhit, wat ernstige storingen tot gevolg kan hebben. Of het kan zelfs nodig zijn om de verbrande apparatuur door nieuwe te vervangen.

Om het object maximaal tegen overbelasting te beschermen, dient u specifiek voor dat object een thermisch beveiligingsrelais te gebruiken waarvan de aanspreektijd overeenkomt met de maximaal toegestane overbelastingswaarden van de specifieke elektromotor.

In de praktijk is het niet praktisch om voor elk motortype een spanningscontrorelais te assembleren. Eén relais-element wordt gebruikt om motoren van verschillende constructie-uitvoeringen te beschermen. Daarbij is het onmogelijk om betrouwbare bescherming te garanderen in het volledige werkingsinterval dat wordt begrensd door minimale en maximale belasting.

Een verhoging van de stroomwaarden leidt niet onmiddellijk tot een gevaarlijke noodtoestand van de apparatuur. Voordat de rotor en stator tot de maximale temperatuur zijn verhit, zal enige tijd verstrijken.

Daarom is er geen dringende noodzaak dat het beveiligingsapparaat reageert op elke, zelfs geringe, stroomverhoging. Het relais mag de elektromotor alleen uitschakelen in die gevallen waarin er gevaar is voor snelle slijtage van de isolatielaag.

Soorten thermische beveiligingsrelais

Er bestaan verschillende soorten relais voor de beveiliging van elektrische motoren tegen fase-onderbrekingen en stroomoverbelastingen. Ze verschillen allemaal in constructiekenmerken, het type gebruikte microprocessoren en de toepassing in verschillende motoren.

TRP. Een eenpolig schakelapparaat met een gecombineerd verwarmingssysteem. Bestemd voor de beveiliging van asynchrone driefasige elektromotoren tegen stroomoverbelastingen. De TRP wordt gebruikt in gelijkstroomnetten met een basisspanning van niet meer dan 440 V onder normale werkomstandigheden. Het kenmerkt zich door bestendigheid tegen trillingen en schokken.

RTL. Zij bieden motoren beveiliging in de volgende gevallen:

• bij uitval van een van de drie fasen;
• asymmetrie van stromen en overbelastingen;
• bij langdurig starten;
• bij het vastlopen van het uitvoeringsmechanisme.

Ze kunnen worden geïnstalleerd met KRL-klemmen, los van de magneetschakelaars, of direct op de PML worden gemonteerd. Ze worden gemonteerd op standaard rails, beschermingsklasse – IP20.

RTT. Ze beschermen asynchrone driefasige machines met een kortsluitrotor tegen vertraagde start, langdurige overbelasting en asymmetrie, dat wil zeggen faseonbalans.

RTT kunnen worden gebruikt als componenten in verschillende besturingsschema's voor elektrische aandrijvingen, en ook voor integratie in starters van de PMA-serie

TRN. Tweedraadsschakelaars die de start van de elektrische installatie en de werking van de motor controleren. Ze zijn praktisch onafhankelijk van de omgevingstemperatuur, hebben alleen een handmatige terugkeer van de contacten naar de beginpositie. Ze kunnen worden gebruikt in gelijkstroomnetwerken.

RTI. Elektrische schakelapparaten met een constant, zij het klein, elektriciteitsverbruik. Ze worden gemonteerd op contactors van de serie KMI. Ze werken samen met zekeringen / automatische schakelaars.

Solid-state stroomrelais. Het zijn kleine elektronische apparaten voor drie fasen, zonder bewegende delen in hun constructie.

Ze werken op basis van het berekenen van gemiddelde motortemperaturen, door continu de bedrijfs- en startstroom te bewaken. Ze zijn ongevoelig voor omgevingsveranderingen en worden daarom gebruikt in explosieve zones.

RTK. Startschakelaars voor temperatuurcontrole in de behuizing van elektrische apparatuur. Ze worden gebruikt in automatiseringsschema's waar thermische relais als componenten dienen.

Om een betrouwbare werking van de elektrische apparatuur te garanderen, moet het relais-element beschikken over eigenschappen zoals gevoeligheid, snelheid en selectiviteit

Het is belangrijk om te onthouden dat geen van de bovengenoemde apparaten geschikt is voor de bescherming van circuits tegen kortsluiting.

Thermische beveiligingsapparaten voorkomen alleen noodsituaties die ontstaan bij abnormale werking van het mechanisme of overbelasting.

Elektrische apparatuur kan doorbranden nog voordat het relais reageert. Voor een uitgebreide bescherming moeten ze worden aangevuld met zekeringen of compacte automatische schakelaars van modulaire constructie.

Aansluiting, afstelling en markering

Een overbelastingsschakelapparaat, in tegenstelling tot een elektrische automaat, verbreekt de stroomketen niet direct, maar geeft alleen een signaal om het object tijdelijk uit te schakelen in een noodsituatie. De normaal gesloten contact werkt als een 'stop'-knop van de contactor en wordt in serie aangesloten.

Aansluitschema van de apparaten

In de constructie van het relais is het niet nodig om absoluut alle functies van de vermogenscontacten te herhalen bij succesvolle activering, omdat het direct op de magneetschakelaar wordt aangesloten. Deze uitvoering maakt het mogelijk aanzienlijk materiaal voor de vermogenscontacten te besparen. Het is veel gemakkelijker om in het regelcircuit een kleine stroom aan te sluiten dan direct drie fasen met een grote stroom uit te schakelen.

In veel aansluitschema's van het thermisch relais naar het object wordt een normaal gesloten contact gebruikt. Dit wordt in serie geschakeld met de 'stop'-knop van het bedieningspaneel en aangeduid als NC – normaal gesloten.

Een normaal geopend contact kan bij dit schema worden gebruikt voor het initiëren van de thermische beveiliging. De aansluitschema's van elektromotoren waarin een thermisch relais is aangesloten, kunnen aanzienlijk verschillen afhankelijk van de aanwezigheid van extra apparaten of technische kenmerken.

In het standaard eenvoudige schema wordt het thermisch relais aangesloten op de uitgang van de laagspanningsschakelaar naar de elektromotor. De extra contacten van het apparaat worden verplicht in serie geschakeld met de spoel van de schakelaar.

Dit zorgt voor een betrouwbare bescherming tegen overbelasting van elektrische apparatuur. Bij een ontoelaatbare overschrijding van de grenswaarden van de stroom zal het relaiselement de stroomkring onderbreken, waardoor de magneetschakelaar en de motor onmiddellijk van de voeding worden losgekoppeld.

De aansluiting en installatie van het thermisch relais gebeurt doorgaans samen met de magneetschakelaar, die bedoeld is voor het schakelen en starten van de elektrische aandrijving. Er zijn echter typen die op een DIN-rail of een speciaal paneel worden gemonteerd.

Nuances bij het afstellen van relais-elementen

Een van de belangrijkste eisen aan beveiligingsapparaten voor elektromotoren is een duidelijke werking van de apparaten bij het optreden van noodbedrijfstoestanden van de motor. Het is zeer belangrijk deze correct te selecteren en de instellingen af te regelen, omdat valse aansprekingen absoluut onaanvaardbaar zijn.

Een elektrothermisch relais dat optimaal past bij een specifiek motortype qua alle technische parameters, is in staat om betrouwbare bescherming tegen overbelasting per fase te bieden, een langdurige start van de installatie te voorkomen en noodsituaties met vastlopen van de rotor te vermijden.

Tot de voordelen van het gebruik van stroombeveiligingselementen behoren ook de vrij hoge snelheid en het brede aanspreekbereik, evenals het gemak van montage. Om een tijdige uitschakeling van de elektromotor bij overbelasting te garanderen, moet het thermische beveiligingsrelais worden afgesteld op een speciaal platform/ testbank.

In dat geval wordt onnauwkeurigheid door de natuurlijke oneffen spreiding van nominale stromen in het verwarmingselement uitgesloten. Voor het testen van het beveiligingsapparaat op de testbank wordt de methode van fictieve belastingen gebruikt.

Door het thermo-element wordt een elektrische stroom met verlaagde spanning geleid om de werkelijke thermische belasting te simuleren. Daarna wordt met een timer exact de uitschakeltijd bepaald.

Bij het instellen van de basisparameters dient u te streven naar de volgende waarden:

• Bij een 1,5-voudige stroom moet het apparaat de motor na 150 s uitschakelen;
• Bij een 5...6-voudige stroom moet het de motor na 10 s uitschakelen.

Als de uitschakeltijd niet aan de norm voldoet, dient u het relais-element bij te stellen met de stelschroef.

Voor een correcte werking moet u het apparaat instellen op de maximaal toelaatbare elektrische stroom van de motor en de lucht temperatuur

Dit gebeurt wanneer de nominale stroomwaarden van de NE en de motor verschillen, en ook wanneer de omgevingstemperatuur meer dan 10 graden Celsius lager is dan de nominale temperatuur (+40 °C).

De uitschakelstroom van de elektrothermische schakelaar neemt af bij een stijging van de temperatuur rond het object, omdat de verwarming van de bimetaalstrip afhankelijk is van deze parameter. Bij significante afwijkingen dient u de TR extra bij te stellen of een geschikter thermo-element te kiezen.

Scherpe temperatuurschommelingen hebben een grote invloed op de werking van het stroomrelais. Daarom is het erg belangrijk om een NE te kiezen dat in staat is om de basisfuncties effectief uit te voeren, rekening houdend met de werkelijke waarden.

Het wordt aanbevolen om TR in dezelfde ruimte te plaatsen als de te beschermen elektrische installatie. Ze mogen niet in de buurt van warmtegeneratoren, verwarmingsovens en andere warmtebronnen worden gemonteerd.

Deze beperkingen zijn niet van toepassing op relais met temperatuurcompensatie. De stroominstelling van het beveiligingsapparaat kan worden geregeld in het bereik van 0,75-1,25x van de nominale stroom van het thermo-element. De instelling wordt stapsgewijs uitgevoerd.

Eerst wordt de correctie E₁ zonder temperatuurcompensatie berekend:

E₁=(I_nom-I_ne)/c×I_ne,

Waarbij

• I_nom – nominale stroom van de motor,
• I_ne – nominale stroom van het werkende verwarmingselement in het relais,
• c – de schaalverdeling, d.w.z. de excentriek (c=0,055 voor beschermde starters, c=0,05 voor open).

De volgende stap is het bepalen van de correctie E₂ voor de omgevingstemperatuur:

E₂=(t_a-30)/10,

Waarbij t_a (ambient temperature) de omgevingstemperatuur in graden Celsius is.

De laatste stap is het vinden van de totale correctie:

E=E₁+E₂.

De totale correctie E kan een 'plus' of 'min' teken hebben. Als het resultaat een gebroken waarde is, moet deze absoluut worden afgerond naar het gehele getal naar de kleinere/grotere kant, afhankelijk van de aard van de stroombelasting.

Om het relais in te stellen, wordt de excentriek naar de verkregen waarde van de totale correctie verplaatst. Een hoge uitschakeltemperatuur vermindert de afhankelijkheid van de werking van het beveiligingsapparaat van externe factoren.

Het thermische beveiligingsrelais maakt handmatige fijnafstelling van de uitschakelstroom mogelijk binnen ±25% van de nominale stroom van de elektromechanische installatie.

De aanpassing van deze parameters gebeurt via een speciale hefboom, waarvan de verplaatsing de oorspronkelijke buiging van de bimetaalplaat verandert. Het instellen van de uitschakelstroom over een breder bereik gebeurt door het vervangen van de thermische elementen.

Moderne overspanningsbeveiligingsschakelaars hebben een testknop waarmee u de werking van het apparaat kunt controleren zonder een speciale testbank. Er is ook een knop om alle instellingen te resetten. U kunt ze automatisch of handmatig resetten. Bovendien is het product voorzien van een indicator van de huidige status van het elektrische apparaat.

Markering van elektrothermische relais

Beveiligingsapparaten worden geselecteerd op basis van het vermogen van de elektrische motor. Het grootste deel van de belangrijkste kenmerken is verborgen in de typeaanduiding.

Zo ziet de markering van thermische relais van de fabriek KEAZ eruit. Het is belangrijk om bij het kiezen te letten op de nominale stroomwaarde van het betreffende model, zodat deze voldoende is.

U dient de aandacht te vestigen op de volgende punten:

1. Het bereik van de instelstroomwaarden (tussen haakjes) verschilt minimaal per fabrikant.
2. De letteraanduidingen voor het specifieke uitvoeringstype kunnen verschillen.
3. De klimaatuitvoering wordt vaak als een reeks weergegeven. Bijvoorbeeld, UHL3O4 moet worden gelezen als UHL3-O4.

Tegenwoordig kunt u de meest uiteenlopende varianten van het apparaat kopen: relais voor wissel- en gelijkstroom, monostabiele en bistabiele, apparaten met vertraging bij inschakelen/uitschakelen, thermische beveiligingsrelais met versnellende elementen, TR zonder houdwikkeling, met één of meerdere wikkelingen.

Deze parameters worden niet altijd weergegeven in de markering van de apparaten, maar moeten verplicht worden vermeld in het technische gegevensblad van de elektrotechnische producten.

Het volgende artikel maakt u bekend met de constructie, varianten en markering van het elektromagnetische relais, en wij raden u aan het te lezen.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

De werking en het werkingsprincipe van het stroomrelais voor effectieve bescherming van de elektromotor aan de hand van het apparaat RTT 32P:

Een correcte beveiliging tegen overbelasting en fase-uitval is de garantie voor een langdurige storingsvrije werking van de elektromotor. Een video over hoe het relais-element reageert in geval van abnormale werking van het mechanisme:

Hoe het thermische beveiligingsapparaat op de MP aan te sluiten, principeschema's van het elektrothermische relais:

Het thermische overbelastingsrelais is een onmisbaar functioneel onderdeel van elk systeem voor de besturing van een elektromotor. Het reageert op de stroom die naar de motor gaat en wordt geactiveerd wanneer de temperatuur van de elektromechanische installatie de grenswaarden bereikt. Hierdoor kan de levensduur van milieuvriendelijke elektromotoren maximaal worden verlengd.

Schrijft u alstublieft opmerkingen in het onderstaande blok. Vertelt u hoe u het thermische relais voor uw eigen elektromotor heeft gekozen en ingesteld. Deelt u nuttige informatie, stelt u vragen en plaatst u foto's over het onderwerp van het artikel.