Relé térmico para motor elétrico: princípio de funcionamento, estrutura, como escolher

Durante a operação de equipamentos de energia, eles são constantemente afetados por sobrecargas de corrente, reduzindo a durabilidade. A proteção nessas situações é fornecida por um relé térmico para motor elétrico, que desliga o fornecimento de energia quando ocorrem circunstâncias anormais.

Propomos entender a construção, o princípio de funcionamento, os tipos e as nuances de conexão do dispositivo de proteção. Além disso, explicaremos quais parâmetros e características considerar ao escolher um relé térmico.

Execução construtiva dos relés térmicos

Relés térmicos de todos os tipos têm um dispositivo similar. O elemento mais importante de qualquer um deles é uma lâmina bimetálica sensível.

O valor da corrente de atuação é influenciado pelas temperaturas do ambiente em que o relé opera. O aumento da temperatura reduz o tempo de atuação.

Para minimizar essa influência, os desenvolvedores de dispositivos escolhem a maior temperatura possível do bimetal. Com o mesmo propósito, alguns relés são equipados com uma lâmina de compensação adicional.

O dispositivo consiste em um invólucro, um aquecedor de nicrômio, uma lâmina bimetálica, um trinco, um parafuso, uma alavanca, um contato móvel e um botão de retorno (+)

Se aquecedores de nicrômio estiverem incluídos na construção do relé, sua conexão é feita em esquema paralelo, série ou paralelo-série com a lâmina.

O valor da corrente no bimetal é ajustado por meio de shunts. Todas as peças estão montadas no invólucro. O elemento bimetálico em forma de U está fixado no eixo.

Uma mola cilíndrica se apoia em uma extremidade da lâmina. A outra extremidade se baseia em uma sapata isolante equilibrada.Ela gira em torno do eixo e serve de suporte para a ponte de contato, equipada com contatos de prata.

Para coordenar a corrente de ajuste, a lâmina bimetálica é conectada pelo seu extremo esquerdo ao seu mecanismo. O ajuste ocorre influenciando a deformação primária da lâmina.

Se a magnitude das correntes de sobrecarga se torna igual ou maior que o ajuste, a sapata isolante gira sob a ação da lâmina. Durante seu tombamento, ocorre o desligamento do contato de abertura do dispositivo.

Relé térmico TRT em corte. Aqui os elementos principais são: corpo (1), mecanismo de ajuste (2), botão (3), eixo (4), contatos de prata (5), ponte de contato (6), bloco isolante (7), mola (8), placa bimetálica (9), eixo (10)

O relé retorna automaticamente à posição inicial. O processo de autorretorno leva no máximo 3 minutos a partir do momento em que a proteção é ativada. O retorno manual também é possível; para isso, há uma tecla especial Reset.

Ao usá-la, o dispositivo retorna à posição inicial em 1 minuto. Para acionar o botão, gire-o no sentido anti-horário até que ele se levante acima do corpo. A corrente de ajuste geralmente está indicada na placa.

Princípio de funcionamento do dispositivo

Desempenhando a função de proteção, disjuntor automático desconecta os circuitos de alimentação de força. O relé térmico difere dele porque, quando a carga é excedida, ele simplesmente emite um sinal de controle. Com essa proteção, correntes de baixa magnitude são comutadas em um único circuito de controle.

No circuito, antes do termorrelé, encontra-se contator magnético. Quando os circuitos são abertos em condição de emergência, desaparece a necessidade de duplicar a operação do contator. Consequentemente, não se gasta material para fabricar grupos de contatos de potência.

Os dispositivos mais populares são aqueles equipados com placas bimetálicas. A própria placa consiste em dois elementos semelhantes.

Um deles possui um coeficiente de temperatura significativo, e o outro, um pouco menor. Esses dois componentes estão firmemente unidos.

Como as partes componentes da placa bimetálica são feitas de um par de metais diferentes com coeficientes de expansão diferentes, o aquecimento faz com que ela se curve e interaja com os contatos.

Essa união rígida é obtida por meio de soldagem ou laminação a quente. Devido ao fato de a placa estar fixada de forma imóvel, quando aquecida, observa-se sua curvatura em direção ao elemento com menor coeficiente de temperatura. Este princípio é a base para a criação de relés térmicos.

Na sua fabricação, são utilizados aço cromo-níquel e aço não magnético, que possuem alto coeficiente de temperatura. Como material com baixo valor desse parâmetro, utiliza-se invar — uma liga de níquel com ferro.

Com esse esquema funciona o relé térmico. A extremidade livre da placa bimetálica, quando curvada, atua nos contatos do termorrelé (+).

A placa de bimetal é aquecida pelas correntes de carga. Elas fluem, na maioria das vezes, através de um aquecedor especial. Existe também aquecimento combinado, no qual, além do calor fornecido pelo aquecedor, o bimetal também é aquecido pela corrente que passa através dele.

Como conectar um relé térmico

Contato fechado (normal connected), através do qual se conecta o módulo térmico ao contator magnético, é designado por NC (normalmente fechado) ou NF (abreviatura em português). A combinação de letras NO designa o contato normalmente aberto.

Em um circuito simples, ele é usado para fornecer um sinal indicando que a proteção do motor foi acionada devido ao excesso da temperatura limite.

Ao ser incorporado em circuitos de controle complexos, ele pode gerar, em caráter de emergência, um sinal para desligar o transportador.

O relé térmico é colocado após os contatores, mas antes do motor elétrico. A conexão do contato 'normal connected' ao botão 'Parar' no painel de controle é feita em série (+).

A designação dos terminais dos contatores é determinada pela norma GOST: normalmente fechado — 95-96, normalmente aberto — 97-98. Ao primeiro par conecta-se o contator, o segundo é usado para circuitos de sinalização. Como o motor e o relé térmico precisam ser protegidos contra curto-circuito (CC), o circuito deve conter um disjuntor de proteção.

O circuito do dispositivo inclui os botões 'Teste' e 'Parar' ou 'Reset'. Com o primeiro, verifica-se a funcionalidade, e com o segundo, desativa-se a proteção manualmente.

Com o interruptor de giro, após o acionamento da proteção, o motor elétrico é reiniciado. A tampa de vidro do produto é marcada e selada.

Considerando o tipo de conexão, podem-se distinguir dois grandes grupos de relés térmicos:

• primeiro grupo – dispositivos montados após o contator magnético e aqueles que são conectados usando jumpers;
• segundo grupo – dispositivos instalados diretamente no contator do acionador.

No último caso, durante a partida, a carga principal recai sobre o contator. Aqui, o módulo térmico é equipado com contatos de cobre, conectados diretamente às entradas do contator.

Diagrama do relé térmico. Nele estão indicadas as designações dos elementos de controle e terminais. Em diferentes modelos, essas designações podem variar (+).

Ao relé térmico (RT) conectam-se os fios do motor. O próprio relé, nesse esquema, representa um nó intermediário que analisa a corrente que flui em trânsito para o motor a partir do contator magnético.

Nuances na instalação do aparelho

Na velocidade de atuação do módulo térmico podem influenciar não apenas as sobrecargas de corrente, mas também os indicadores de temperatura externa. A proteção pode atuar mesmo na ausência de sobrecargas.

Às vezes, sob o efeito de ventilação forçada, o motor está sujeito a sobrecarga térmica, mas a proteção não atua.

Para evitar tais fenômenos, é necessário seguir as recomendações dos especialistas:

1. Ao escolher o relé, orientar-se pela temperatura máxima de atuação permitida.
2. Montar a proteção no mesmo ambiente que o objeto protegido.
3. Para instalação, escolher locais onde não haja fontes de calor ou dispositivos de ventilação.
4. É necessário ajustar o módulo térmico com base na temperatura real do ambiente.
5. A melhor opção é a presença de compensação térmica integrada no relé.

Uma opção adicional do relé térmico é a proteção contra falta de fase ou falha total da rede de alimentação. Para motores trifásicos, este aspecto é particularmente relevante.

A corrente no relé térmico flui sequencialmente através do seu módulo de aquecimento e depois para o motor. O dispositivo é conectado à bobina do contator através de contatos auxiliares (+).

Em caso de falha em uma fase, as outras duas assumem uma corrente de maior magnitude. Como resultado, ocorre superaquecimento rápido e, em seguida, o desligamento. Se o relé não funcionar de forma eficaz, tanto o motor quanto a fiação podem ser danificados.

Tipos existentes de dispositivos

A classe de relés térmicos inclui vários tipos: TRN, RTL, TRP, RTI, RTT. A aplicação de cada um depende das características de construção.

Relé de corrente bifásico (TRN), é utilizado principalmente para proteção elétrica de motores assíncronos de rotor em gaiola de esquilo. Geralmente, opera em redes com tensão nominal de até 500 V e frequência de 50 Hz.

O relé é equipado com um mecanismo manual de acionamento dos contatos. As dimensões do TRN permitem sua instalação em dispositivos de comando de estações, tanto de tipo fechado quanto aberto, que coordenam o funcionamento dos acionamentos. Eles não desempenham a função de proteção contra curto-circuito e necessitam dela.

Relé TRP possui um mecanismo resistente a vibrações e um invólucro resistente a impactos. Foi desenvolvido para proteger motores assíncronos trifásicos que operam sob grandes cargas mecânicas.

Eles são projetados para corrente máxima de 600 A e tensão máxima de 500 V, e em circuitos de corrente contínua, 440 V. A automática é insensível à temperatura ambiente e atua quando o valor ultrapassa 200°C.

Dispositivos RTL são trifásicos. Além de proteger o motor contra sobrecargas, eles protegem o rotor contra travamento. Eles o protegem contra danos em caso de desequilíbrio de fases ou partida prolongada.

Funcionam de forma autônoma com bornes KRL e na versão com contator magnético PML. A faixa de corrente de trabalho é de 0,10 a 86 A.

Contator em conjunto com relé térmico. Quando o dispositivo atua, os contatos normalmente fechado e normalmente aberto mudam de posição simultaneamente.

RTT — o dispositivo protege motores assíncronos contra picos de corrente, desequilíbrio de fases, travamento e outras situações anormais. É utilizado tanto como equipamento independente quanto como componente integrado em contatores PMA, PME.

Dispositivo trifásico RTI possui as mesmas funções que o anterior, mas é utilizado na versão com contatores KTM e KMI.

Como escolher um relé térmico

O motor necessita de um relé de proteção quando, por razões tecnológicas, existe uma ameaça potencial de sobrecarga. O segundo caso é a necessidade de limitar o tempo de partida em condições de tensão reduzida.

Estes requisitos constam na instrução correspondente. Nela está expresso o desejo de equipar o dispositivo de proteção com retardo de tempo. Tudo isso é implementado por meio de relés térmicos.

Características básicas dos dispositivos

Os dados básicos do dispositivo que protege o motor são:

1. Velocidade de operação dos contatos em função dos parâmetros de corrente — característica tempo-corrente.
2. Corrente de operação na qual o relé térmico atua.
3. Ajustes de corrente limite de regulação. Em todos os aparelhos fabricados por diferentes fabricantes, este parâmetro difere ligeiramente. Um excesso de 20% do valor nominal leva ao acionamento do dispositivo em cerca de 25 minutos.
4. Valor nominal da corrente da lâmina bimetálica de trabalho. Refere-se ao valor acima do qual o relé não desliga imediatamente.
5. Faixa de corrente na qual o relé atua.

As informações sobre o relé térmico podem ser obtidas decifrando sua marcação. O símbolo que indica o tipo de execução pode variar.

Contator em par com relé térmico. Quando o dispositivo atua, o contato normalmente fechado e o normalmente aberto mudam sincronizadamente sua posição (+)

Os locais de instalação dos TP nacionais são regulamentados pela GOST 15150. O seu funcionamento é influenciado por fatores como altitude acima do nível do mar, vibração, impactos, acelerações.

Todos esses detalhes são refletidos pelos fabricantes na marcação de seus produtos. Alguns incluem adicionalmente informações sobre a possibilidade de operação na presença de substâncias nocivas e gases explosivos.

Seleção do dispositivo de acordo com as regras

Os requisitos para o termorrelé estão descritos na instrução. Aqui também é estipulado que a proteção deve ter retardo de tempo. Todos os requisitos são implementados por meio de dispositivos especiais.

Características tempo-corrente do RT e do motor protegido. Em correntes de curto-circuito, os elementos de aquecimento do relé tornam-se termicamente instáveis (+)

Ao analisar as características tempo-corrente do RT, deve-se levar em consideração que a atuação pode ocorrer a partir de um estado superaquecido ou frio.

Uma proteção perfeita pressupõe que a curva que representa a dependência ideal para o funcionamento sem problemas do equipamento entre a duração da passagem de corrente e a magnitude da corrente para o relé e o motor é diferente. A primeira deve estar abaixo da segunda.

A tabela apresenta as características técnicas do termorrelé tipo RTL. Com ela, é possível selecionar um dispositivo de proteção com os parâmetros necessários de acordo com a potência do motor (+)

A seleção correta do dispositivo de proteção é feita com base em um parâmetro como a corrente nominal de operação. Seu valor está relacionado à corrente nominal de carga do motor elétrico.

Tanto as normas internacionais quanto as nacionais preveem que a corrente nominal do motor é equivalente ao ajuste de corrente de disparo do relé térmico.

Isso significa que a ativação do dispositivo ocorre quando há sobrecarga de 20 a 30% ou em Isr × 1,2 ou 1,3 no máximo em 20 minutos.

Com base nisso, a seleção deve ser feita de modo que a corrente de não disparo do TR exceda a corrente nominal do objeto protegido em média 12%. O valor de In está indicado no manual do dispositivo e na placa fixada no corpo.

Com base nela, seleciona-se tanto o TR quanto o contator correspondente. A escala do relé é calibrada em ampères e, geralmente, corresponde ao valor da corrente de ajuste.

Como exemplo, pode-se citar a seleção de um relé térmico para um motor assíncrono conectado a uma rede de 380 V, com potência de 1,5 kW.

A corrente nominal de operação para ele é 2,8 A, portanto, para o relé térmico, a corrente limite será: 1,2 × 2,8 = 3,36 A. De acordo com a tabela, a escolha deve recair sobre o RTL-1008, cuja faixa de ajuste está entre 2,4 e 4 A.

Quando a proteção atua, primeiro elimina-se a causa raiz da parada e, em seguida, retorna-se o relé térmico ao estado original usando o botão de reset.

Quando os dados nominais do motor são desconhecidos, a corrente é determinada usando instrumentos especiais — alicates amperímetros ou multímetros com a opção correspondente. As medições são realizadas em cada fase.

É importante, ao escolher, prestar atenção à tensão indicada no dispositivo. Se for planejado usar o conjunto TR-contator, é necessário considerar o número de contatos.

Ao conectar o dispositivo a uma rede trifásica, é necessário um módulo com função de proteção para casos de queima de condutores ou desequilíbrio de fases.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Esquema de proteção eficaz do motor:

Componentes do relé térmico:

O princípio de interação dos diferentes dispositivos nas diversas configurações de conexão do relé térmico é o mesmo. Para melhor orientação nos diagramas, é necessário saber “ler” a marcação dos dispositivos. Idealmente, todos os trabalhos de conexão devem ser realizados por um profissional autorizado a trabalhar em condições de alta tensão.

Tem algo a acrescentar ou surgiram dúvidas sobre a seleção e uso do relé térmico? Você pode deixar comentários na publicação, participar das discussões e compartilhar sua própria experiência com o uso dos dispositivos. O formulário de contato está no bloco inferior.