Relé de sobrecarga térmica: construcción, funcionamiento y aplicación

La sobrecarga térmica se usa ampliamente para la protección del motor. Básicamente, el relé de sobrecarga térmica es una protección contra sobrecorriente del tipo más simple. El principio de funcionamiento del relé de sobrecarga térmica es bastante simple pero interesante. La siguiente figura muestra un relé de sobrecarga térmica típico. Un dial de ajuste ubicado en la unidad permite la configuración de disparo de amperios. Se proporciona un botón de prueba manual para probar el funcionamiento de los contactos de control del relé de sobrecarga.

Como sabemos, diferentes materiales tienen diferentes coeficientes de expansión térmica. Entonces, si se calientan dos metales diferentes unidos, el metal que tiene el mayor valor de coeficiente de expansión térmica se expandirá más en comparación con el otro y esto provocará una curvatura en la tira bimetálica. Este fenómeno se utiliza en el relé de sobrecarga térmica.

Se puede ver en la figura anterior que el metal que tiene un mayor coeficiente de expansión térmica tiene más expansión cuando se calienta. Ahora queremos usar esta función en la protección de un motor.

Un relé de sobrecarga bimetálico consta de un pequeño elemento calentador cableado en serie con el motor y una tira bimetálica que se puede usar como palanca de disparo. La tira bimetálica está hecha de dos metales diferentes unidos entre sí. Los dos metales tienen diferentes características de expansión térmica, por lo que la tira bimetálica se dobla a una velocidad determinada cuando se calienta. En condiciones normales de funcionamiento, el calor generado por el elemento calefactor será insuficiente para hacer que la tira bimetálica se doble lo suficiente como para disparar el relé de sobrecarga.

A medida que aumenta la corriente, también aumenta el calor. Cuanto más caliente se vuelve la tira bimetálica, más se dobla. En una condición de sobrecarga, el calor generado por el calentador hará que la tira bimetálica se doble hasta que se dispare el mecanismo, deteniendo el motor. Algunos relés de sobrecarga equipados con una tira bimetálica están diseñados para restablecer el circuito automáticamente cuando la tira bimetálica se haya enfriado y reformado, reiniciando el motor. Si la causa de la sobrecarga persiste, el relé se disparará nuevamente y se restablecerá a intervalos determinados. Se debe tener cuidado en la selección de este tipo de relé de sobrecarga, ya que los ciclos repetidos eventualmente dañarán el motor.

Cabe señalar que la tira bimetálica del relé de sobrecarga no se calentará instantáneamente para doblarse, sino que tomará un tiempo finito para calentarse y doblarse y, por lo tanto, se ofrece el relé de sobrecarga térmica donde se permite una sobrecorriente de corta duración.

Si la sobrecarga o sobrecorriente cae al valor normal antes de este tiempo predeterminado, el relé no se operará para disparar el equipo protegido. Una aplicación típica del relé térmico es la protección de sobrecarga del motor eléctrico.

En ciertas aplicaciones, el motor puede instalarse en un lugar que tenga una temperatura ambiente constante. Sin embargo, el control del motor y el relé de sobrecarga pueden instalarse en un lugar con una temperatura ambiente variable. En tales casos, el punto de disparo del relé de sobrecarga variará con la temperatura del aire circundante, así como con la corriente que fluye a través del motor, lo que puede provocar un disparo prematuro y molesto. Relés de sobrecarga bimetálicos con compensación ambiental están diseñados para superar este problema. Se utiliza una tira bimetálica compensada junto con una tira bimetálica primaria. A medida que cambia la temperatura ambiente, ambas tiras bimetálicas se doblarán por igual y el relé de sobrecarga no disparará el motor como se muestra en la figura a continuación. Sin embargo, el flujo de corriente a través del motor y el elemento calentador afectará solo a la tira bimetálica primaria. En caso de una condición de sobrecarga, la tira bimetálica primaria se acoplará a la unidad de disparo.

Operación normal

Condición de sobrecarga

Los relés de sobrecarga suelen operar en una curva de tiempo inverso en la que el tiempo de disparo disminuye a medida que aumenta la corriente. Están clasificados por clase de viaje. La clase de disparo especifica el tiempo que tardará el relé en abrirse en una condición de sobrecarga. Las clases 5, 10, 20 y 30 son las más comunes. Los relés de sobrecarga de clase 5, 10, 20 y 30 se dispararán en 5, 10, 20 y 30 segundos, respectivamente, al 600 % de los amperios a plena carga del motor. La clase 5 generalmente se usa para motores que requieren un disparo extremadamente rápido.