TL;DR : Les relais de surcharge thermique sont des dispositifs essentiels de protection des moteurs. Ils empêchent la surchauffe des équipements électriques en surveillant le flux de courant et en coupant automatiquement l'alimentation en cas de charges excessives persistantes. Économiques, fiables et largement utilisés dans les applications industrielles, ils protègent les moteurs, les transformateurs et autres équipements électriques contre les dommages.
Comprendre les relais de surcharge thermique
A relais de surcharge thermique Il s'agit d'un dispositif de protection spécialisé conçu pour protéger les moteurs et les circuits électriques contre les dommages causés par des surintensités prolongées. Contrairement aux disjoncteurs qui offrent une protection instantanée, les relais thermiques fonctionnent selon un principe de temporisation, autorisant des surcharges temporaires (comme les courants de démarrage de moteur) tout en protégeant contre les conditions dangereuses prolongées.
Ces dispositifs surveillent le courant circulant vers les équipements connectés et utilisent une technologie de détection thermique pour détecter tout dépassement des paramètres de sécurité. Lorsqu'une surcharge persiste suffisamment longtemps pour causer des dommages, le relais se déclenche automatiquement, coupant ainsi l'alimentation électrique afin de protéger l'équipement.
Comment fonctionnent les relais de surcharge thermique
Principe de fonctionnement de base
Les principe de fonctionnement du relais de surcharge thermique Le relais se concentre sur la réponse thermique à un courant excessif. Lorsque le courant dépasse les niveaux de fonctionnement normaux, les éléments chauffants du relais génèrent une chaleur proportionnelle. Cette chaleur affecte un composant thermosensible qui déclenche le mécanisme de protection lorsque des seuils prédéterminés sont dépassés.
L'intérêt de cette conception réside dans sa capacité à différencier les surcharges temporaires inoffensives des conditions prolongées dangereuses. Les moteurs consomment naturellement des courants plus élevés au démarrage – souvent 600% ou plus de leur courant nominal – mais les relais de surcharge thermique permettent ces brèves surtensions tout en protégeant contre les surcharges continues qui endommagent les équipements.
Composants clés
Crédit à Electricalclassroom
Les relais de surcharge thermique modernes contiennent plusieurs composants essentiels fonctionnant ensemble :
- Élément de détection de température : Il s'agit généralement d'une bande bimétallique composée de deux métaux différents présentant des taux de dilatation thermique différents. Lorsque le courant chauffe cet élément, la dilatation différentielle provoque la flexion de la bande, ce qui déclenche le mécanisme du relais.
- Éléments chauffants : Ces composants transportent le courant du moteur et génèrent une chaleur proportionnelle au courant. Différents éléments chauffants peuvent être sélectionnés pour s'adapter aux caractéristiques spécifiques du moteur.
- Mécanisme de déclenchement : Un système mécanique de leviers et de contacts qui s'ouvre lorsque l'élément de détection indique une condition de surcharge.
- Mécanisme de réinitialisation : Soit manuel, soit automatique, permettant au relais de revenir à un fonctionnement normal après refroidissement et correction des défauts.
- Contacts auxiliaires : Contacts normalement ouverts (NO) et normalement fermés (NF) pour la signalisation, les alarmes ou l'intégration de circuits de contrôle.
Types de relais de surcharge thermique
Relais de surcharge thermique bimétalliques
Relais de surcharge thermique bimétalliques Il s'agit du type le plus courant, utilisant deux métaux différents liés ensemble. Ces métaux – généralement de l'acier et un alliage ayant des coefficients de dilatation différents – se plient lorsqu'ils sont chauffés par un courant excessif.
Avantages :
- Rentable et fiable
- Construction simple avec moins de points de défaillance
- Convient à la plupart des applications générales
- Compensation de température disponible dans les modèles avancés
Applications typiques : Systèmes CVC, pompes, convoyeurs, moteurs industriels généraux
Relais électroniques de surcharge thermique
Relais électroniques de surcharge thermique Utilisent des circuits électroniques sophistiqués plutôt que des éléments thermiques mécaniques pour surveiller le courant et calculer les effets thermiques. Ces appareils offrent une précision supérieure et des fonctionnalités supplémentaires.
Principaux avantages :
- Précision et répétabilité supérieures
- Insensible aux changements de température ambiante
- Fonctions de protection supplémentaires (défaillance de phase, déséquilibre de tension)
- Capacités de diagnostic et options de communication
- Des temps de réponse plus rapides pour les applications critiques
Fonctionnalités avancées : De nombreux modèles électroniques fournissent des données en temps réel, notamment le pourcentage d'utilisation de la capacité thermique (%TCU), les calculs de temps de déclenchement et la détection des défauts à la terre.
Relais de surcharge thermique eutectique
Relais de surcharge thermique eutectique utilisent un alliage spécial qui fond à une température précisément définie. Lorsque l'alliage se liquéfie sous l'effet d'une chaleur excessive, il libère un déclencheur mécanique qui ouvre les contacts du relais.
Ces relais sont moins courants aujourd'hui mais toujours utilisés dans des applications spécifiques nécessitant des points de déclenchement très précis et une excellente répétabilité.
Relais de surcharge thermique vs disjoncteur
Comprendre quand utiliser relais de surcharge thermique par rapport à disjoncteurs est crucial pour une bonne protection du moteur :
Caractéristiques du disjoncteur
- Fournit une protection contre les surcharges ET les courts-circuits
- Doit être surdimensionné pour permettre les courants de démarrage du moteur
- Élément de déclenchement magnétique pour la protection instantanée contre les courts-circuits
- Élément thermique pour une protection contre les surcharges plus lentes
Avantages du relais de surcharge thermique
- Protection contre les surcharges plus précise : Peut être réglé exactement sur l'ampérage à pleine charge du moteur
- Mieux adapté aux caractéristiques du moteur : Conçu spécifiquement pour la protection thermique du moteur
- Rentable : Moins cher que les disjoncteurs motorisés
- Installation flexible : Peut être monté directement sur les contacteurs
Quand utiliser chacun d'entre eux ?
- Disjoncteurs : Lorsque vous avez besoin d'une protection combinée contre les courts-circuits et les surcharges dans un seul appareil
- Relais de surcharge thermique : Lorsqu'une protection précise du moteur est requise, elle est généralement utilisée avec une protection séparée contre les courts-circuits en amont
Classes de voyage et caractéristiques temporelles
Les relais de surcharge thermique sont classés en fonction de leur classe de voyage, qui définit le temps de réponse dans des conditions de surcharge :
- Classe 5 : Extrêmement rapide (5 secondes à 7,2 fois le courant nominal) – pour les applications à réponse rapide
- Classe 10 : Applications industrielles standard (10 secondes à 7,2 fois le courant nominal)
- Classe 20 : Moteurs à usage général (20 secondes à 7,2 fois le courant nominal)
- Classe 30 : Charges à forte inertie comme les ventilateurs et les volants d'inertie (30 secondes à 7,2 fois le courant nominal)
La caractéristique de temps inverse signifie que des surcharges plus élevées provoquent un déclenchement plus rapide, protégeant à la fois contre les surcharges modérées soutenues et les conditions graves à court terme.
Applications et industries
Protection des moteurs industriels
Les relais de surcharge thermique protègent les moteurs dans d'innombrables applications industrielles :
- Pompes et compresseurs
- Convoyeurs et manutention
- ventilateurs et souffleurs CVC
- Machines-outils et équipements d'automatisation
Applications commerciales
- Systèmes CVC du bâtiment
- moteurs d'ascenseur
- Commercial matériel de cuisine
- compresseurs frigorifiques
Utilisations spécialisées
- Équipements pétroliers et gaziers
- Machines d'exploitation minière
- Systèmes de propulsion marine
- Équipements pour l'industrie de transformation
Directives d'installation et de câblage
Un dimensionnement adéquat
Sélectionnez des relais de surcharge thermique dont les plages de courant couvrent l'ampérage à pleine charge (FLA) du moteur. Réglez le point de déclenchement en fonction de l'ampérage à pleine charge (FLA) indiqué sur la plaque signalétique du moteur, généralement dans une plage de ±10%.
Configuration du câblage
Les relais de surcharge thermique se connectent en série au circuit moteur, généralement montés directement sur les contacteurs. Les contacts auxiliaires du relais sont connectés au circuit de commande du contacteur, assurant ainsi la déconnexion de l'alimentation en cas de surcharge.
Considérations importantes
- Toujours installer une protection contre les courts-circuits en amont
- Assurer une ventilation adéquate autour des relais thermiques
- Tenir compte des effets de la température ambiante sur les modèles non compensés
- Vérifier la compatibilité entre les modèles de relais et de contacteurs
Mécanismes de réinitialisation : manuel ou automatique
Réinitialisation manuelle
Relais de surcharge thermique à réarmement manuel L'intervention de l'opérateur est nécessaire pour rétablir le fonctionnement après un déclenchement. Cette approche garantit :
- Enquête sur les causes de surcharge avant le redémarrage
- Sensibilisation de l'opérateur aux problèmes du système
- Prévention des redémarrages automatiques répétés qui pourraient aggraver les défauts
Réinitialisation automatique
Relais de surcharge thermique à réinitialisation automatique Rétablit automatiquement le fonctionnement après une période de refroidissement. Avantages :
- Intervention de maintenance réduite
- Convient aux endroits éloignés ou sans personnel
- Restauration plus rapide pour les conditions de surcharge temporaire
Choisissez en fonction des exigences de l’application, des considérations de sécurité et des préférences opérationnelles.
Résolution Des Problèmes Courants
Déclenchements intempestifs fréquents
Causes possibles :
- Le relais est réglé trop bas pour le courant réel du moteur
- Température ambiante élevée affectant le relais
- Moteur fonctionnant dans des conditions proches de surcharge
- Connexions desserrées provoquant une chute de tension
Solutions:
- Vérifier et ajuster les paramètres actuels
- Améliorez la ventilation ou sélectionnez des relais à compensation de température
- Étudier les conditions de charge du moteur
- Vérifiez et serrez toutes les connexions
Défaut de déclenchement en cas de surcharge réelle
Causes possibles :
- Réglage du courant du relais trop élevé
- Élément thermique défectueux
- Contacts soudés ou collés
- Câblage incorrect
Solutions:
- Recalibrer les paramètres actuels en fonction de la plaque signalétique du moteur
- Tester le fonctionnement du relais à l'aide du bouton de test
- Remplacer le relais si une défaillance mécanique est détectée
- Vérifier la bonne connexion en série avec le moteur
Avantages de la protection contre les surcharges thermiques
Avantages économiques
- Coût inférieur à celui d'une protection électronique sophistiquée
- Réduction des coûts de remplacement du moteur grâce à une protection efficace
- Réduction des temps d'arrêt de production dus aux pannes de moteur
- Exigences de maintenance simples
Avantages techniques
- Conçu spécifiquement pour les caractéristiques thermiques du moteur
- Le retardateur inhérent empêche les déclenchements intempestifs
- Compatible avec les systèmes de contacteurs existants
- Fonctionnement fiable dans des environnements industriels difficiles
Avantages en matière de sécurité
- Empêche la surchauffe du moteur et les incendies potentiels
- Protège le personnel contre les pannes d'équipement
- Réduit le risque de défaillances en cascade du système
- Améliore la fiabilité globale du système électrique
Maintenance et bonnes pratiques
Inspection régulière
- Vérifiez les paramètres actuels appropriés tous les trimestres
- Tester le fonctionnement à l'aide des boutons de test intégrés
- Inspectez les signes de surchauffe ou de dommages
- Vérifier le montage et les connexions sécurisés
Directives de remplacement
- Remplacer les relais présentant des signes de détérioration des contacts
- Mise à jour des types électroniques pour une précision améliorée lors de la mise à niveau des systèmes
- Conserver des relais de rechange pour les applications critiques
- Conservez la documentation des paramètres et de l'historique des trajets
Tendances et technologies futures
Protection thermique intelligente
Les relais de surcharge thermique électroniques modernes offrent de plus en plus :
- Capacités de communication (Modbus, Ethernet/IP)
- Fonctionnalités avancées de diagnostic et de maintenance prédictive
- Intégration avec les systèmes d'automatisation des usines
- Surveillance et analyse basées sur le cloud
Intégration de l'industrie 4.0
La protection thermique évolue pour soutenir les initiatives de fabrication intelligente grâce à :
- Surveillance des performances en temps réel
- Analyse prédictive des défaillances
- Configuration et gestion à distance
- Intégration avec les systèmes de gestion de l'énergie
Conclusion
Les relais de surcharge thermique demeurent des composants essentiels des systèmes électriques modernes. Ils offrent une protection moteur économique et fiable, prévenant les dommages matériels et garantissant la sécurité de fonctionnement. Comprendre leur fonctionnement, les choisir et les installer correctement garantit une protection optimale des équipements électriques de valeur.
Qu'il s'agisse de relais bimétalliques traditionnels pour des applications générales ou de modèles électroniques avancés pour les systèmes critiques, les relais de surcharge thermique offrent une protection éprouvée qui évolue constamment avec les avancées technologiques. Leur capacité à distinguer les variations de fonctionnement normales des conditions de surcharge dangereuses les rend indispensables à la protection des moteurs dans de nombreuses applications à travers le monde.
Pour la plupart des applications de protection des moteurs, les relais de surcharge thermique offrent l'équilibre idéal entre coût, fiabilité et performances, ce qui en fait le choix privilégié des ingénieurs et techniciens à la recherche d'une protection efficace des équipements électriques.
Foire aux questions (FAQ)
Comment fonctionnent exactement les relais de surcharge thermique ?
Les relais de surcharge thermique surveillent le courant circulant dans un moteur et utilisent des éléments chauffants pour générer une chaleur proportionnelle à ce courant. Lorsque le courant dépasse les niveaux de sécurité pendant une période prolongée, un bilame (pour les modèles thermiques) ou un capteur électronique détecte l'excès de chaleur et déclenche un mécanisme qui ouvre les contacts, coupant ainsi l'alimentation pour éviter d'endommager le moteur.
Quelle est la différence entre les relais de surcharge thermique et les disjoncteurs ?
Disjoncteurs Ils offrent à la fois une protection contre les courts-circuits et les surcharges, mais doivent être surdimensionnés pour permettre les courants de démarrage du moteur, ce qui les rend moins précis pour la protection du moteur. Relais de surcharge thermique sont spécifiquement conçus pour les caractéristiques thermiques du moteur, offrant une protection contre les surcharges plus précise mais nécessitant une protection séparée contre les courts-circuits en amont.
Pourquoi mon relais de surcharge thermique continue-t-il de se déclencher ?
Les causes courantes incluent :
- Réglage de courant incorrect : Le relais est réglé trop bas pour le courant réel du moteur
- Température ambiante élevée : Affecter les relais non compensés
- Problèmes moteurs : Problèmes de roulement, désalignement ou conditions de surcharge réelles
- Connexions desserrées : Provoquant une chute de tension et une augmentation du courant
- Déséquilibre de phase : Répartition inégale du courant dans les systèmes triphasés
Comment tester un relais de surcharge thermique ?
Utilisation du bouton de test : Appuyez sur le bouton de test rouge pour simuler une surcharge. L'indicateur de déclenchement devrait s'allumer et les contacts devraient changer d'état.
Utilisation d'un multimètre : Avec l'alimentation coupée, testez la continuité entre les contacts principaux (doivent indiquer 0 ohm) et les contacts auxiliaires (les contacts NO doivent indiquer un circuit ouvert/OL, les contacts NC doivent indiquer une continuité).
Test d'injection de courant : Pour des tests précis, injectez le courant spécifié et mesurez le temps de déclenchement par rapport aux spécifications du fabricant.
Dois-je utiliser une réinitialisation manuelle ou automatique sur mon relais de surcharge thermique ?
Réinitialisation manuelle (95% des applications) : Option plus sûre nécessitant l'intervention de l'opérateur pour rechercher les causes de surcharge avant le redémarrage. Recommandée pour la plupart des applications industrielles où la sécurité est primordiale.
Réinitialisation automatique : Convient uniquement aux applications distantes et sans pilote, comme les pompes de puits où des surcharges temporaires sont attendues et un redémarrage automatique est souhaité après refroidissement.
Comment savoir si mon relais de surcharge thermique s'est déclenché ?
Recherchez le indicateur de voyage – un petit bouton ou indicateur qui s'allume lorsque le relais se déclenche. De plus, le moteur s'arrête et, si des voyants ou des alarmes sont connectés à des contacts auxiliaires, ils s'activent pour signaler le déclenchement.
Quelles sont les causes de la défaillance des relais de surcharge thermique ?
- Détérioration des contacts : à partir d'opérations de commutation répétées
- Fatigue des bandes bimétalliques : dans les types thermiques après de nombreux cycles
- Contamination: de la poussière, de l'humidité ou des environnements corrosifs
- Usure mécanique : des pièces mobiles au fil du temps
- Paramètres incorrects : provoquant un déclenchement excessif ou une défaillance de la protection
Puis-je remplacer moi-même un relais de surcharge thermique ?
Oui, mais assurez-vous :
- L'alimentation est complètement coupée avant le remplacement
- Les spécifications exactes correspondent l'original (plage de courant, tension nominale, configuration des contacts)
- Couple de serrage approprié s'applique aux connexions
- Les paramètres sont correctement ajustés aux valeurs de la plaque signalétique du moteur
- Procédures de sécurité sont suivis tout au long
Les relais de surcharge thermique interrompent-ils physiquement le circuit du moteur ?
Non. Les relais de surcharge thermique utilisent des contacts auxiliaires pour commander un contacteur qui coupe le circuit moteur. Les éléments chauffants transportent le courant moteur à des fins de détection, mais le bilame lui-même n'interrompt pas le courant principal du moteur ; il actionne uniquement les contacts de commande qui signalent l'ouverture du contacteur.
Quelle est la différence entre les relais de surcharge thermique bimétalliques et électroniques ?
Relais bimétalliques :
- Utiliser deux métaux différents qui se plient lorsqu'ils sont chauffés
- Plus rentable pour les applications générales
- Peut être affecté par la température ambiante
- Construction plus simple avec moins de points de défaillance
Relais électroniques :
- Utiliser des circuits électroniques et des capteurs pour la surveillance du courant
- Plus précis et indépendant de la température
- Offre des fonctionnalités supplémentaires comme la protection contre les pannes de phase
- Fournir des données de diagnostic et des capacités de communication
Combien de temps durent généralement les relais de surcharge thermique ?
Relais thermiques : 10 à 15 ans avec un entretien approprié, bien que la durée de vie des contacts dépende de la fréquence de commutation et des niveaux de courant.
Relais électroniques : 15 à 20 ans, avec une durée de vie de contact plus longue grâce à une génération de chaleur plus faible et un fonctionnement plus précis.
Les facteurs affectant la durée de vie comprennent les conditions environnementales, la qualité de l’entretien et la fréquence de fonctionnement.
Les relais de surcharge thermique peuvent-ils protéger contre les défaillances de phase ?
Oui, La plupart des relais thermiques modernes (bilamétalliques et électroniques) peuvent détecter les défauts de phase et les courants déséquilibrés. Lorsqu'une phase est perdue, les phases restantes transportent un courant plus élevé, ce qui déclenche le relais et protège le moteur des dommages liés à une alimentation monophasée.
Quelle classe de voyage dois-je choisir pour ma candidature ?
- Classe 5 : Applications à réponse rapide nécessitant une protection rapide (5 secondes à 7,2 fois le courant nominal)
- Classe 10 : Moteurs industriels standards et applications générales (10 secondes)
- Classe 20 : Le plus courant pour les moteurs à usage général (20 secondes)
- Classe 30 : Charges à forte inertie comme de gros ventilateurs, des volants d'inertie ou des équipements centrifuges (30 secondes)
Comment régler le courant sur un relais de surcharge thermique ?
- Localisez la molette de réglage sur le relais
- Régler sur la plaque signalétique du moteur FLA (ampérage à pleine charge)
- Ajuster si nécessaire en fonction des conditions de fonctionnement réelles
- Tester le fonctionnement à l'aide du bouton de test
- Documentez le cadre pour référence ultérieure
Ne jamais régler la valeur beaucoup plus haut que la FLA du moteur, car cela réduit l'efficacité de la protection.