Come funziona un avviatore motore? Contattore, relè di protezione motore e logica di controllo

Ascolta l'avvio del motore di un trasportatore da 15 kW e senti un rumore sordo anziché una serie di clic. Quel singolo suono risponde alla domanda su come funziona un avviatore motore. La tensione di controllo raggiunge una bobina, la bobina crea un campo magnetico, un'armatura mobile viene tirata in un nucleo fisso e tre contatti pesanti si chiudono per inviare la tensione di linea al motore. Da quel momento l'avviatore continua a misurare la corrente in modo che il motore non funzioni mai senza protezione.

La risposta breve è che un avviatore motore è un contattore più un relè di sovraccarico, cablato in modo che un pulsante di avvio ecciti la bobina del contattore mentre un pulsante di arresto, uno scatto per sovraccarico o una perdita di alimentazione la diseccitano. Il contattore commuta l'alimentazione. Il relè di sovraccarico decide quando il motore ha assorbito troppa corrente per troppo tempo. Il circuito di controllo decide quando uno dei due agisce.

Tutto il resto della famiglia, retromarcia, stella-triangolo, avviamento graduale, è costruito sulla stessa base.

I due compiti svolti da ogni avviatore motore

Un motore necessita di un interruttore che sopravviva allo spunto di avviamento e di una protezione che non confonda un avviamento normale con un guasto. Un solo contattore può commutare e un interruttore automatico da solo può interrompere un cortocircuito, ma nessuno dei due protegge l'avvolgimento da un sovraccarico prolungato come un trasportatore inceppato o un cuscinetto usurato.

Le due funzioni sono quindi divise. Il contattore è selezionato per il servizio del motore, che in termini IEC è la categoria di utilizzo AC-3, quindi i suoi contatti sono dimensionati per aprire e chiudere circa da sei a otto volte la corrente a pieno carico del motore. Il relè di sovraccarico è selezionato per seguire un modello termico, consentendo il passaggio della corrente di spunto e l'intervento sulla corrente più piccola che persiste dopo che il motore ha raggiunto la velocità.

All'interno del contattore: come la bobina chiude i contatti

Quando la tensione di controllo raggiunge la bobina, la corrente scorre attraverso migliaia di spire di filo di rame e produce un campo magnetico nel nucleo. Il campo tira la piastra dell'armatura verso il nucleo contro una molla di ritorno. Poiché i contatti mobili si trovano sulla stessa armatura, i contatti principali si chiudono e il circuito del motore viene completato. I contatti ausiliari cambiano stato nello stesso istante, ed è così che il contatto sigillato prende il posto del pulsante di avvio. Lo stesso principio magnetico guida a relè elettromagnetico per uso generale , solo a livelli attuali molto più bassi.

Qui contano due numeri e sono diversi. La potenza di avviamento, ovvero lo spunto necessario per inserire l'armatura, è molto superiore alla potenza sigillata necessaria per trattenerla. Una bobina da 230 V CA potrebbe assorbire 70 VA per la chiusura e solo 7 VA per il mantenimento. Se la tensione di controllo diminuisce, l'armatura vibra, i contatti creano archi e la bobina si surriscalda. I trasformatori di controllo sottodimensionati causano più guasti all'avviatore sul campo rispetto ai contatti usurati.

Quando la bobina è diseccitata, la molla spinge indietro l'armatura e i contatti si aprono. Quando la corrente viene interrotta si forma un arco e lo scivolo dell'arco lo divide, lo raffredda e lo spegne. Questo è il motivo per cui la durata dei contatti viene espressa in cicli operativi al carico nominale anziché in anni.

Il relè di protezione motore: protezione più lenta e intelligente

Il relè di sovraccarico è volutamente lento. Un motore assorbe da sei a otto volte la sua corrente nominale durante un normale avviamento, quindi un dispositivo che reagisse istantaneamente non lascerebbe mai funzionare il motore.

In un relè di sovraccarico termico, la corrente del motore passa attraverso gli elementi riscaldanti o attraverso il primario di un trasformatore di corrente. Una striscia bimetallica si piega mentre si riscalda e dopo un tempo sufficiente fa scattare un meccanismo che apre un contatto normalmente chiuso nel circuito della bobina. La classe di viaggio descrive la velocità a sei volte la corrente impostata. La Classe 10 viaggia entro 10 secondi, la Classe 20 entro 20 secondi e la Classe 30 entro 30 secondi. Ventole ad alta inerzia, trasportatori carichi e avviamenti lunghi richiedono solitamente la Classe 20 o superiore.

I relè elettronici di sovraccarico sostituiscono il bimetallo con trasformatori di corrente e un circuito di misura. Seguono ancora un modello termico, ma aggiungono perdita di fase, squilibrio di fase e rilevamento dei guasti a terra e la classe di intervento è regolabile. In un pannello costruito con fusibili, dove un singolo fusibile bruciato può lasciare un motore in funzione su due fasi, quel rilevamento aggiuntivo vale il costo aggiuntivo. Impostare la corrente sugli ampere a pieno carico indicati sulla targhetta del motore, quindi regolare in base al fattore di servizio e alla temperatura all'interno dell'involucro anziché alla temperatura della stanza.

Il circuito di controllo: avvio, arresto e contatto sigillato

Il circuito di controllo è ciò che fa sì che l'avviatore si comporti in modo prevedibile. La sua sequenza è semplice e ogni passaggio è importante:

1. L'alimentazione di controllo è disponibile tramite il pulsante di arresto, che normalmente è chiuso.
2. Premendo il pulsante di avvio si chiude un contatto normalmente aperto e la corrente scorre verso la bobina del contattore.
3. La bobina si eccita, i contatti principali si chiudono e un contatto ausiliario normalmente aperto si chiude in parallelo al pulsante di avvio.
4. Rilasciando il pulsante di avvio, la bobina viene eccitata attraverso il contatto ausiliario, noto come contatto di tenuta o contatto di tenuta.
5. Premendo il pulsante di arresto, perdendo l'alimentazione di controllo o facendo scattare il relè di sovraccarico si interrompe il circuito della bobina, i contatti si aprono e il contatto sigillato si ripristina automaticamente.

L'ultimo passaggio spiega un comportamento di sicurezza che vale la pena ricordare. Se la tensione di alimentazione viene a mancare, l'avviatore si diseccita e non si riavvia da solo al ritorno della tensione. L'operatore deve premere nuovamente Start. Questa è protezione da sottotensione ed è una chiara differenza tra un avviatore basato su contattore e un relè ad aggancio magnetico, che mantiene la sua ultima posizione senza alcuna corrente nella bobina.

Quando uno starter deve fare di più che iniziare e fermarsi

• Avviatore invertitore: due contattori con interblocchi meccanici ed elettrici, scambiando due fasi per cambiare la rotazione.
• Avviatore stella-triangolo: tre contattori riconfigurano l'avvolgimento, tagliando la corrente di avviamento a circa un terzo del valore della linea diretta.
• Avviatore graduale: i tiristori aumentano la tensione, quindi un contattore di bypass trasporta la corrente di funzionamento.
• Azionamento a frequenza variabile: controlla la velocità e l'avviamento, con un contattore utilizzato come sezionatore anziché come dispositivo di commutazione.

Moduli relè e relè bistabili all'interno di un pannello di avviamento

Non tutti i lavori di commutazione in un quadro di controllo appartengono al contattore. I relè di interposizione isolano l'uscita del PLC da un circuito della bobina, moltiplicano i contatti per indicazioni e allarmi e commutano piccoli carichi che sprecherebbero la vita di un grande contattore. Per questi lavori, montato su rotaia moduli di controllo industriale mantenere il pannello ordinato e riparabile.

Un modulo relè a guida sottile è una risposta pratica quando un pannello deve crescere senza nuovo spazio nell'armadio, poiché diversi canali si adattano alla larghezza di un dispositivo convenzionale.

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Quando il carico commutato è un riscaldatore resistivo o un'uscita ad alta corrente anziché un motore, un relè ad alta corrente trasporta la corrente senza l'ingombro di un contattore.

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Per i circuiti di uscita che richiedono una portata dei contatti definita e un'installazione pulita su guida DIN, un modulo relè su guida industriale da 16 A copre la maggior parte delle funzioni ausiliarie e di segnalazione in un pannello di avviamento.

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Controlli di selezione che decidono se un titolare sopravvive

La maggior parte dei problemi iniziali sono riconducibili a una decisione di selezione presa in fase di preventivo piuttosto che a un difetto di fabbricazione. Questi sono i controlli che vale la pena eseguire prima di effettuare un ordine.

Modalità di fallimento e cosa ti dicono

• Vibrazioni all'avvio: tensione di controllo troppo bassa, terminale della bobina allentato o trasformatore di controllo difettoso.
• Contatti principali saldati: contatti sottodimensionati, funzionamento a impulsi o problema meccanico nella macchina azionata.
• Intervento intempestivo: sovraccarico impostato al di sotto della corrente a pieno carico del motore, monofase, custodia surriscaldata o classe di intervento errata.
• Bruciatura della bobina: funzionamento continuo a tensione ridotta o armatura che non riesce a posizionarsi correttamente.
• Una fase aperta dopo uno sgancio: ispezionare i contatti del relè di sovraccarico e il circuito di controllo prima di sostituire l'intero avviatore.

Risposte rapide

Qual è la differenza tra un contattore e un avviatore motore?

Un contattore commuta solo l'alimentazione. Un avviatore combina un contattore con un relè di sovraccarico e un circuito di controllo, quindi commuta e protegge allo stesso tempo.

Perché il motorino di avviamento scatta pochi secondi dopo l'avvio?

Molto spesso il sovraccarico è impostato su un valore troppo basso, la classe di sgancio è troppo veloce per un avviamento lungo oppure manca una fase. Controllare innanzitutto la corrente impostata rispetto alla targhetta, quindi misurare l'ora di avvio e la corrente su tutte e tre le fasi.

Un avviatore motore funziona perché cooperano due dispositivi con scale temporali diverse. Il contattore reagisce in millisecondi e commuta l'intera corrente del motore. Il relè di sovraccarico reagisce in pochi secondi e rimuove la corrente prima che l'avvolgimento venga danneggiato. Una volta compresi il circuito della bobina, il contatto sigillato e l'impostazione del sovraccarico, la risoluzione dei problemi di un avviatore smette di essere un'ipotesi e diventa un breve elenco di misurazioni.

Se stai specificando avviatori, contattori sostitutivi o relè che si trovano accanto a loro nel pannello, abbinare i valori dei contatti e le tensioni della bobina al servizio effettivo è la differenza tra un pannello che funziona per un decennio e uno che viene aperto ogni trimestre.