À quoi sert un relais thermique ? Comment régler la protection du moteur

Le relais thermique est un organe de protection qui détecte qu'un moteur absorbe trop longtemps un courant supérieur à son courant nominal (surcharge) ou qu'il perd une phase, et qui arrête le moteur avant que les enroulements ne chauffent et ne s'endommagent, en ouvrant le circuit de la bobine du contacteur. Le bon réglage correspond au courant de plaque (In) pour un moteur en démarrage direct, et au courant de phase, soit In/√3, pour un moteur démarré en étoile-triangle. Par exemple, un moteur de 4 kW, 1500 tr/min (DRG-112M-4) absorbe 8,37 A sous 380 V ; le relais thermique se règle à 8,37 A en démarrage direct et à environ 4,83 A en étoile-triangle.

Le relais thermique ne protège pas contre les courts-circuits ; c'est le rôle du fusible ou du déclencheur magnétique du disjoncteur. Le relais thermique traite les dangers qui se développent lentement : une bande coincée, un réducteur qui manque d'huile, une tension trop basse ou une phase coupée qui font absorber au moteur un courant excessif pendant plusieurs minutes. Dans cet article, nous expliquons comment le régler, ce que signifie la classe de déclenchement et les erreurs les plus fréquentes sur le terrain, avec des données moteur réelles. Vous trouverez les moteurs des exemples et les autres modèles par kW et vitesse sur notre page Acheter un moteur électrique en ligne.

Nous avons présenté les différences entre les méthodes générales de protection contre la surcharge (relais thermique, disjoncteur moteur, relais électronique, capteurs dans l'enroulement) dans Méthodes de protection du moteur électrique contre la surcharge ; ici, nous nous concentrons sur le relais thermique lui-même et sur son réglage.

Comment fonctionne un relais thermique ?

Relais thermique à bilame

Dans un relais thermique classique, le courant de chaque phase chauffe une lame composée de deux métaux différents. Quand le courant augmente, la lame se courbe ; lorsque la courbure atteint un certain point, le mécanisme ouvre le contact auxiliaire (généralement 95-96, normalement fermé). Ce contact étant câblé en série avec la bobine du contacteur, le contacteur retombe et le moteur s'arrête. Comme l'échauffement prend du temps, le relais ne réagit pas immédiatement au bref courant de démarrage ; plus le courant est élevé, plus le déclenchement est rapide. C'est ce qu'on appelle une caractéristique à temps inverse.

Relais thermique électronique

Les relais électroniques mesurent le courant avec des transformateurs de courant et modélisent l'échauffement du moteur par logiciel. Leur plage de réglage est généralement plus large, la classe de déclenchement peut être sélectionnée et ils sont moins sensibles à la température ambiante. Certains modèles offrent une protection supplémentaire contre le déséquilibre de phases et les fuites à la terre.

Protection contre la perte de phase

Lorsqu'une des trois phases est perdue, le moteur tente de continuer à tourner sur les deux restantes et le courant dans ces phases augmente nettement. Les relais thermiques sensibles à la perte de phase détectent que les trois bilames ne se courbent pas de la même façon (mécanisme différentiel) et déclenchent plus tôt que la courbe de surcharge normale. L'une des causes les plus courantes de grillage d'un moteur resté sur une seule phase est un relais thermique dépourvu de cette fonction ou mal réglé.

Comment régler un relais thermique : démarrage direct et étoile-triangle

Lisez d'abord le courant nominal sur la colonne de la plaque signalétique qui correspond à la tension du réseau. Le courant de plaque sous 380 V diffère de celui sous 400 V ; retenez celui qui est le plus proche de votre réseau.

• Démarrage direct : le relais se trouve sur la ligne principale et voit le courant de ligne. Réglage = In.
• Démarrage étoile-triangle : le relais est généralement placé à la sortie du contacteur principal, c'est-à-dire dans la phase de l'enroulement, et voit le courant de phase. Réglage = In / √3 ≈ In × 0,58.
• Si le relais est raccordé côté réseau (avant le contacteur principal, sur le courant de ligne), le réglage reste In. Vérifiez la position du relais sur le schéma de l'armoire.

Le démarrage étoile-triangle ne s'applique qu'aux moteurs qui fonctionnent en triangle sur un réseau de 380 V, c'est-à-dire ceux dont la plaque indique 400/690 V. Les petits moteurs 230/400 V fonctionnent en étoile sous 380 V ; on ne leur applique donc pas l'étoile-triangle et le relais se règle directement à In.

La plage de réglage du relais choisi doit couvrir cette valeur vers son milieu. Si le réglage tombe à l'extrémité de la plage, choisir le relais de la plage supérieure ou inférieure laisse une marge de réglage en cas de changement de moteur ou de tension différente. Pour les plages de contacteurs et de relais, vous pouvez utiliser notre outil de sélection du relais thermique, du fusible et du contacteur.

Faut-il baisser le réglage si le moteur ne fonctionne pas à pleine charge ?

Certains techniciens de maintenance mesurent le courant de fonctionnement réel à la pince ampèremétrique et règlent le relais légèrement au-dessus. Cela peut sembler mieux protéger le moteur, mais provoque des déclenchements intempestifs lorsque la charge fluctue ou par forte chaleur. La pratique générale consiste à régler sur le courant de plaque ; si une protection plus fine est nécessaire, sa justification et sa valeur doivent figurer dans la documentation de la machine. Régler au-dessus du courant de plaque revient en pratique à désactiver la protection.

Qu'est-ce que la classe de déclenchement ? Classe 10 et classe 20

La classe de déclenchement indique le temps maximal, en secondes, au bout duquel le relais, à froid, déclenche à environ 7,2 fois le courant de réglage. Pour un relais de classe 10, ce temps est au plus de 10 secondes, pour la classe 20 au plus de 20 secondes et pour la classe 30 au plus de 30 secondes. Plus le numéro de classe est élevé, plus le relais tolère longtemps le courant de démarrage.

Pourquoi est-ce important ? Un moteur en démarrage direct absorbe plusieurs fois son courant nominal au démarrage. Pour le DRG-160M-4, le rapport de courant de démarrage du catalogue est Is/In = 7,7 ; sous 380 V, cela représente 21,5 × 7,7 ≈ 165,6 A. Avec une charge légère (ventilateur, bande vide), le moteur atteint sa vitesse en quelques secondes et un relais de classe 10 couvre facilement ce temps. Avec des charges à forte inertie (grande roue de ventilateur, broyeur chargé, concasseur, presse à volant), le démarrage s'allonge ; un relais de classe 10 peut déclencher avant que le moteur n'atteigne sa vitesse. La mauvaise solution consiste à régler le relais bien au-dessus de In. La bonne solution consiste à choisir un relais de classe adaptée (classe 20 ou 30) ou à changer de mode de démarrage.

Lorsque le démarrage est long, des thermistances PTC placées dans l'enroulement du moteur ajoutent un niveau de sécurité supplémentaire au relais thermique ; voir Protection en température du moteur par thermistance PTC et PT100. Vous pouvez comparer l'effet des modes de démarrage sur le courant de démarrage sur notre page méthodes de démarrage moteur et étoile-triangle.

Test et réarmement du relais thermique

Les relais thermiques restent souvent des années dans l'armoire sans qu'on y touche. Lors de la maintenance périodique, ces étapes suffisent pour un contrôle adéquat :

• Bouton de test : un appui sur TEST pendant que le moteur tourne doit ouvrir le contact 95-96, faire retomber le contacteur et arrêter le moteur. S'il ne s'arrête pas, le schéma de commande ou le câblage du contact est erroné.
• Indicateur d'état : vérifiez la position de l'indicateur après un déclenchement ; un relais bloqué mécaniquement ne déclenche pas.
• Réarmement manuel / automatique : le mode de réarmement détermine si le moteur redémarre de lui-même. Sur les convoyeurs, mélangeurs et concasseurs, on préfère le réarmement manuel (H) ; un moteur qui redémarre seul après un déclenchement est dangereux.
• Temps de refroidissement : un bilame ne peut pas être réarmé tant qu'il n'a pas refroidi. Il peut falloir attendre quelques minutes après un déclenchement ; au lieu de forcer le réarmement, cherchez la cause.
• Serrage des bornes : une borne desserrée échauffe le relais et provoque des déclenchements intempestifs. Contrôlez les vis hors tension.

Comment trouver la cause quand le relais thermique déclenche ?

Quand le relais déclenche, le diagnostic passe avant le réarmement. Mesurez le courant des trois phases à la pince ampèremétrique et comparez-le à la valeur de plaque :

• Si les trois phases sont égales et supérieures à In, le problème est mécanique : surcharge, blocage, roulement ou réducteur qui force.
• Si une phase est nulle ou nettement différente des autres, cherchez une perte de phase, une connexion desserrée ou des contacts de contacteur brûlés.
• Si la tension est basse, le moteur absorbe davantage de courant pour fournir la même puissance ; mesurez la tension du réseau moteur en marche.
• Si le courant est normal mais que le relais déclenche, vérifiez le réglage, la classe ou un défaut du relais ; la température dans l'armoire influence aussi le relais.
• S'il déclenche pendant le démarrage, vérifiez la cohérence entre le temps de démarrage et la classe de déclenchement.

Pour voir rapidement le courant de plaque d'un moteur, consultez notre page tableau des courants moteur.

Erreurs les plus fréquentes sur le terrain avec le relais thermique

• Régler le relais sur In pour un moteur démarré en étoile-triangle : le courant de phase étant plus faible, le relais détecte la surcharge tardivement.
• Augmenter un peu le réglage à chaque déclenchement : la protection finit par ne plus jamais fonctionner.
• Utiliser un relais de classe 10 sur une charge à démarrage difficile et accuser un « relais défectueux ».
• Ne pas raccorder le contact 95-96 du relais au circuit de la bobine du contacteur, ou le ponter ; le relais déclenche mais le moteur ne s'arrête pas.
• Laisser le relais en réarmement automatique ; la machine redémarre d'elle-même.
• Remplacer le moteur en laissant le relais au réglage de l'ancien moteur ; le courant de plaque du nouveau moteur peut être différent.

Liste de contrôle du réglage du relais thermique

• Le courant In correspondant à la tension du réseau a-t-il été lu sur la plaque ?
• Le mode de démarrage et la position du relais sur le schéma (courant de ligne ou de phase) ont-ils été identifiés ?
• Le réglage a-t-il été fait sur In ou In/√3, et tombe-t-il vers le milieu de la plage du relais ?
• Une classe de déclenchement adaptée au temps de démarrage a-t-elle été choisie ?
• La protection contre la perte de phase est-elle présente ?
• Le contact 95-96 est-il dans le circuit de la bobine du contacteur, vérifié avec le bouton TEST ?
• Le mode de réarmement est-il adapté à la sécurité de la machine (manuel/automatique) ?

Les moteurs de cet article

• DRG-90L-4 – 1,5 kW – 1500 tr/min – 90L fonte
• DRG-112M-4 – 4 kW – 1500 tr/min – 112M fonte
• DRG-132M-4 – 7,5 kW – 1500 tr/min – 132M fonte
• DRG-160M-4 – 11 kW – 1500 tr/min – 160M fonte
• DRG-200L-4 – 30 kW – 1500 tr/min – 200L fonte

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Questions fréquentes

À combien d'ampères régler un relais thermique ?

Pour un moteur en démarrage direct, réglez-le sur le courant nominal de la plaque. Par exemple 15 A sous 380 V pour le DRG-132M-4 de 7,5 kW, 1500 tr/min. En étoile-triangle, si le relais voit le courant de phase, le réglage est In/√3, soit environ 8,66 A.

Quelle est la différence entre un relais thermique et un fusible ?

Le fusible et le déclencheur magnétique du disjoncteur s'ouvrent instantanément aux courants très élevés comme les courts-circuits. Le relais thermique détecte les surcharges légèrement supérieures au courant nominal qui durent plusieurs minutes, ainsi que la perte de phase. L'un ne remplace pas l'autre ; les deux sont utilisés ensemble dans un circuit moteur.

Pourquoi le relais thermique déclenche-t-il sans arrêt ?

Les causes les plus fréquentes sont une surcharge mécanique, une perte de phase ou une connexion desserrée, une tension réseau basse, un mauvais réglage (surtout en étoile-triangle) et une classe de déclenchement trop faible pour un démarrage long. Commencez par mesurer les trois courants de phase et les comparer au courant de plaque.

Où raccorder le relais thermique en démarrage étoile-triangle ?

Dans la pratique courante, le relais est raccordé à la sortie du contacteur principal, sur la ligne qui va aux bornes U1-V1-W1 du moteur, et voit le courant de phase ; le réglage est In/√3. Si le relais est côté réseau, le réglage est In. Vérifiez votre schéma.

Pour toute aide sur le courant de plaque et le réglage du relais thermique de votre moteur, contactez-nous au +90 (542) 666 11 11 ou à [email protected], ou utilisez notre page contact. Vous pouvez consulter tous les modèles de moteurs parmi les 120 modèles de notre boutique en ligne.