Двигатель редко выходит из строя из-за какого-то одного события. Чаще его убивает долгая небольшая перегрузка: подшипник начал клинить, вентилятор забился пылью, просело напряжение, пропала одна фаза. Обмотка перегревается, изоляция стареет, и через несколько месяцев двигатель идёт на перемотку. При этом в щите может стоять исправный автомат.
Причина в том, что автомат и тепловое реле решают разные задачи. Автомат отключает короткое замыкание. Тепловое реле следит за тем, чтобы двигатель не работал в перегрузке дольше, чем он может выдержать.
Что делает тепловое реле и чего оно не делает
Внутри реле находятся биметаллические пластины. Ток двигателя проходит через них и нагревает их. При перегрузке пластины изгибаются, и когда изгиб достаточный, механизм размыкает контакт в цепи управления. Чем больше перегрузка, тем быстрее срабатывание. При небольшой перегрузке реле может ждать десятки минут, при большой отключает за секунды. Эта инерционность позволяет пережить пуск, когда ток кратковременно в 5-8 раз выше номинального.
Реле также реагирует на обрыв фазы. При потере одной фазы ток в двух оставшихся растёт, и двигатель быстро перегревается. Реле ТР1 и ТР5 по данным каталога имеют защиту от обрыва фазы.
Запомните: тепловое реле не защищает от короткого замыкания. Ток КЗ нарастает за миллисекунды, биметалл за это время не успевает нагреться. От КЗ защищают автоматический выключатель или предохранитель.
У реле есть и тепловая память. После срабатывания пластинам нужно время, чтобы остыть. Если сразу сбросить реле и снова запустить двигатель, он включится уже с «нагретым» реле, и повторное отключение произойдёт быстрее. Это нормально и даже полезно: двигатель тоже ещё не остыл.
Схема «автомат + контактор + реле»
Защита двигателя строится в три уровня. Автомат или предохранитель отключает КЗ. Контактор коммутирует силовую цепь. Тепловое реле следит за перегрузкой.
Реле крепится к контактору или устанавливается отдельно. Силовые клеммы 1/L1, 3/L2, 5/L3 соединяются с контактором, а 2/T1, 4/T2, 6/T3 идут к двигателю. Во вспомогательной цепи у реле два контакта. Размыкающий 95-96 включается последовательно с катушкой контактора, при перегрузке он размыкается, и контактор отпускает. Замыкающий 97-98 обычно используют для сигнализации об аварии.
На корпусе реле есть три органа управления: кнопка TEST для проверки срабатывания, кнопка STOP для размыкания цепи управления вручную и переключатель RESET/AUTO для выбора ручного или автоматического возврата.
Как выбрать реле: пошаговый алгоритм
Шаг 1. Возьмите номинальный ток двигателя с шильдика для вашего напряжения, обычно 380 В. Если шильдика нет, ток можно оценить по формуле:
Здесь P это мощность на валу в ваттах, U линейное напряжение, cos φ коэффициент мощности, η КПД. Для быстрой прикидки при 380 В годится правило «около 2 А на 1 кВт». В проекте и при настройке опирайтесь на шильдик.
Шаг 2. Найдите диапазон уставки, в котором ток двигателя лежит ближе к середине шкалы, а не на краю. Тогда остаётся запас регулировки в обе стороны, а шкала читается точнее. Если ток ниже нижней границы диапазона или выше верхней, выставить его не получится.
Шаг 3. Выберите серию по способу установки и контактору:
- ТР1 ставится на контакторы ПЭК1.
- ТР1-Ф рассчитано на токи 160-500 А и работает с контакторами ПЭК2.
- ТР5-09...32 ставится на контакторы ПЭК5.
- ТР5-40...65 универсальны: монтируются на DIN-рейку и работают с контакторами других производителей без адаптера.
Для установки ТР1 на DIN-рейку или к чужому контактору нужен адаптер: ТР1-09/25, ТР1-32, ТР1-40/80 или ТР1-140.
Шаг 4. Проверьте типоразмер контактора по таблице совместимости.
Шаг 5. Проверьте предохранитель. Для каждой модели в каталоге указаны максимальные номиналы предохранителей aM и gG, согласованные с реле.
Шаг 6. Проверьте условия эксплуатации: температура окружающей среды от -25 до +60 °C, высота до 2000 м, степень загрязнения 3, наклон при монтаже не более ±5°.
Таблица подбора для трёхфазных двигателей 380 В
Токи двигателей приблизительные, для двигателей с типовыми характеристиками. Перед заказом уточните ток по шильдику вашего двигателя.
| Мощность, кВт | Iн, А (прим.) | Диапазон реле, А | ТР1 | ТР5 | Контактор для ТР1 | Контактор для ТР5 | Предохранитель aM / gG, А |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1,5 | 3,5 | 2,5-4 | ТР1-09308 | ТР5-09308 | ПЭК1-09/12/18/25 | ПЭК5-09...38М | 6 / 10 |
| 3 | 6,5 | 5,5-8 | ТР1-09312 | ТР5-09312 | ПЭК1-09/12/18/25 | ПЭК5-09...38М | 12 / 20 |
| 5,5 | 11 | 9-13 | ТР1-12316 | ТР5-12316 | ПЭК1-09/12/18/25 | ПЭК5-09...38М | 16 / 25 |
| 7,5 | 15 | 12-18 | ТР1-18321 | ТР5-18321 | ПЭК1-12/18/25 | ПЭК5-09...38М | 20 / 35 |
| 11 | 22 | 17-25 | ТР1-25322 | ТР5-25322 | ПЭК1-18/25 | ПЭК5-09...38М | 25 / 50 |
| 15 | 29 | 23-32 | ТР1-32353 | ТР5-32353 | ПЭК1-32/38 | ПЭК5-09...38М | 40 / 63 |
| 18,5 | 36 | 30-40 | ТР1-40355 | ТР5-40355 | ПЭК1-40/50/65 | ПЭК5-40/50/65М | 40 / 80 |
| 22 | 42 | 37-50 | ТР1-50357 | ТР5-50357 | ПЭК1-40/50/65 | ПЭК5-50/65М | 63 / 100 |
Обратите внимание на двигатель 18,5 кВт. Ток около 36 А формально попадает в диапазон 28-36 А, но лежит на самом краю шкалы. Диапазон 30-40 А даёт запас в обе стороны, поэтому выбран он.
Как выставить ток срабатывания
Базовое правило простое: уставка равна номинальному току двигателя по шильдику. Не току автомата, не току кабеля и не значению «с запасом». Регулировочный диск на реле размечен в амперах. Достаточно совместить указатель с нужным значением.
Пара примеров. Для двигателя 11 кВт ток около 22 А. Подходит реле на 17-25 А, диск ставим на 22 А. Это верхняя половина шкалы, но ближайший диапазон выше (23-32 А) не годится, потому что 22 А ниже его нижней границы. Для двигателя 15 кВт ток около 29 А, берём реле на 23-32 А и выставляем 29 А.
Несколько нюансов, которые часто упускают:
- Если на шильдике указаны два тока для схем «звезда» и «треугольник», берите значение для той схемы, по которой двигатель подключён к сети.
- При пуске «звезда-треугольник» уставка зависит от места установки реле. Если оно стоит в линии перед переключающими контакторами, выставляйте полный Iн. Если реле включено в цепь обмотки внутри треугольника, выставляйте Iн/√3, то есть около 58 % номинального тока.
- Если двигатель работает в жарком или плохо вентилируемом шкафу, уставку не завышают. Лучше улучшить охлаждение щита.
- Для параллельно работающих двигателей ставят своё реле на каждый.
После настройки измерьте ток под нагрузкой токовыми клещами. Если рабочий ток постоянно близок к уставке или выше, причина в механике, в режиме работы или в неверно подобранном двигателе, а не в реле.
Как реле срабатывает по стандарту
Ориентиры по IEC 60947-4-1 помогают понять логику работы. При токе 1,05 Iу из холодного состояния реле не должно срабатывать в течение двух часов. При токе 1,2 Iу оно срабатывает в течение двух часов. При 7,2 Iу время зависит от класса расцепления:
| Класс расцепления | Время срабатывания при 7,2 Iу | Для каких пусков |
|---|---|---|
| 10A | 2-10 с | очень лёгкий пуск |
| 10 | 4-10 с | нормальный пуск: насосы, компрессоры, конвейеры |
| 20 | 6-20 с | тяжёлый пуск: вентиляторы, центрифуги, дробилки |
| 30 | 9-30 с | очень тяжёлый пуск |
Отстройка от пусковых токов
При прямом пуске асинхронный двигатель потребляет в 5-8 раз больше номинального тока. Пуск длится от долей секунды до нескольких секунд, в зависимости от инерции механизма. Реле не должно отключать двигатель в это время, но должно отключать его при реальной перегрузке.
Эту задачу решает класс расцепления. Если время пуска укладывается в кривую реле, лишних срабатываний нет. Завышение уставки решает проблему только на вид: пуск пройдёт, но защита от перегрузки пропадёт, и двигатель может работать в опасном режиме часами.
| Симптом | Вероятная причина | Что делать |
|---|---|---|
| Срабатывает на пуске, механика исправна | Затянутый пуск, класс реле не подходит | Выбрать реле с другим классом, применить «звезда-треугольник» или плавный пуск |
| Срабатывает через минуты после пуска | Реальная перегрузка, перекос фаз, механические потери | Измерить токи по фазам, проверить подшипники, ремни, нагрузку |
| Срабатывает только в жару | Перегрев щита | Улучшить вентиляцию, не завышать уставку |
| Не срабатывает при перегрузке | Завышенная уставка или неверная схема включения | Проверить положение диска, схему подключения, пересчитать уставку |
| Срабатывает сразу после включения | Обрыв фазы, заклинивание, неверная уставка | Проверить фазы и вал, убедиться, что диск стоит на нужном токе |
Для тяжёлых пусков есть три решения. Первое – выбрать реле с более высоким классом. Второе – снизить пусковой ток схемой «звезда-треугольник» или устройством плавного пуска. Третье, на время пуска шунтировать реле по таймеру, но это решение требует грамотного проектирования, и использовать его без расчёта нельзя.
Монтаж и проверка
Порядок подключения такой: сначала силовая часть, затем контакт 95-96 в цепь катушки контактора, затем при необходимости контакт 97-98 на сигнализацию. Затяжку клемм и сечения проводников берите из паспорта изделия. Слабая затяжка греет реле, и оно может срабатывать раньше времени.
После монтажа нажмите TEST, чтобы убедиться, что контакты переключаются. Переключатель RESET/AUTO определяет возврат: в ручном режиме после срабатывания нужно нажать кнопку, в автоматическом реле вернётся само после остывания. Автоматический возврат удобен там, где двигатель работает без обслуживания, но опасен там, где неожиданный самозапуск может навредить людям или механизму. В таких схемах оставляйте ручной сброс.
Затем запустите двигатель, измерьте токи клещами по каждой фазе и сравните с уставкой. Разница между фазами должна быть небольшой.
Итоги
- Уставка равна номинальному току двигателя по шильдику.
- Ток двигателя должен лежать в середине диапазона реле.
- Пуск «отстраивают» классом расцепления и схемой пуска, а не завышением уставки.
- Короткое замыкание закрывается автоматом или предохранителем перед контактором.
- ТР5 подходит для компактных схем до 65 А, ТР1 для токов до 140 А, ТР1-Ф для токов до 500 А.
Для подбора реле назовите мощность двигателя, напряжение сети, номинальный ток по шильдику и тип контактора. Специалисты «Прайд Электро» подберут реле нужной серии и диапазона. Телефоны: +7 (812) 980-82-59, +7 (953) 170-42-59. Почта: info@pride-electro.ru.
Вопросы и ответы
Нет. Ток двигателя должен лежать в середине шкалы. На краю диапазона растёт погрешность, а с запасом по диапазону выставить уставку точно не получится.
Чаще всего пуск затянут из-за тяжёлой нагрузки, просадки напряжения или неисправной механики. Сначала проверьте двигатель и механизм, потом класс расцепления. Уставку не повышайте.
Пока биметалл не остынет. Время зависит от степени перегрузки и условий в щите, точные значения есть в паспорте.
Обычно нет. В мотор-автомате защита от перегрузки и КЗ уже совмещена.
Кнопкой TEST можно убедиться, что контакты переключаются. Проверку тока срабатывания проводят на испытательном стенде, как правило, с первичной подачей тока.
При ручном сбросе после срабатывания нужно нажать кнопку, и это требует осмотра двигателя. При автоматическом реле возвращается само, и двигатель может запуститься снова.
