رله حرارتی یا بیمتال، یکی از اجزای کلیدی در سیستم‌های الکتریکی و کنترل به شمار می‌رود و نقش حیاتی در محافظت از موتورها و تجهیزات الکتریکی دارد. این ابزار به‌طور ویژه برای شناسایی و واکنش به اضافه بار و تغییرات ناگهانی جریان طراحی شده است. بیمتال از دو لایه فلزی با ضریب انبساط حرارتی مختلف تشکیل شده که به‌صورت پیچیده‌ای به هم جوش خورده‌اند. هنگامی که دما یا جریان الکتریکی افزایش می‌یابد، اختلاف انبساط این لایه‌ها باعث تغییر شکل بیمتال و در نتیجه، قطع یا وصل کردن مدار می‌شود. این مکانیزم ساده اما مؤثر، از آسیب به تجهیزات و به‌هم‌ریختن عملکرد سیستم جلوگیری می‌کند.
در این مقاله، ما به بررسی دقیق بیمتال خواهیم پرداخت و جنبه‌های مختلف آن را تحلیل خواهیم کرد. نحوه عملکرد بیمتال و سازوکار داخلی آن به‌طور کامل توضیح داده خواهد شد تا خوانندگان بتوانند درک بهتری از فرآیندهای حفاظتی این وسیله داشته باشند. همچنین، کاربردهای متنوع بیمتال در صنایع مختلف و مزایای آن نسبت به سایر سیستم‌های حفاظتی بررسی می‌شود. این تحلیل جامع به شما کمک خواهد کرد تا با کاربردها و اهمیت بیمتال در حفظ کارایی و امنیت سیستم‌های الکتریکی آشنا شوید و بتوانید انتخاب بهتری برای نیازهای خاص خود انجام دهید.
تعریف بیمتال
بیمتال به قطعه‌ای از دو نوار فلزی مختلف گفته می‌شود که هر یک دارای ضریب انبساط حرارتی متفاوتی هستند و به‌صورت لایه‌ای به هم متصل شده‌اند. این طراحی خاص به این علت است که با تغییر دما، هر یک از این نوارها به میزان متفاوتی منبسط می‌شود و در نتیجه باعث تغییر شکل کلی قطعه می‌گردد. این تغییر شکل می‌تواند به‌طور مؤثری بر روی سیستم‌های الکتریکی تأثیر بگذارد و عملکرد آنها را تحت کنترل قرار دهد.
هنگامی که دما یا جریان الکتریکی افزایش می‌یابد، تفاوت در نرخ انبساط دو نوار فلزی باعث خم شدن بیمتال می‌شود و این خم شدگی می‌تواند به‌عنوان یک سیگنال برای قطع یا وصل کردن مدار عمل کند. این ویژگی بیمتال به‌ویژه در کاربردهایی که نیاز به محافظت در برابر اضافه بار یا تغییرات ناگهانی دما وجود دارد، بسیار مفید است. بنابراین، بیمتال به‌عنوان یک ابزار کلیدی در تضمین ایمنی و کارایی سیستم‌های الکتریکی، به‌طور گسترده‌ای در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد.
اجزای بیمتال
به طور کلی، رله‌های حرارتی و بیمتال به منظور حفاظت از موتورهای الکتریکی و دیگر تجهیزات الکتریکی در برابر اضافه‌بار و دماهای بالای غیرمعمول طراحی شده‌اند. برای روشن‌تر شدن توضیحات، جزئیات هر بخش را به صورت زیر شرح می‌دهم:
- ترمینال‌های ورودی (L1، L2، L3): این ترمینال‌ها به کنتاکتور وصل می‌شوند و منبع تغذیه موتور از طریق آنها به رله وارد می‌شود.
- ترمینال‌های خروجی (T1، T2، T3): این پایانه‌ها به موتور متصل می‌شوند و جریان الکتریکی که به موتور می‌رود، از طریق این ترمینال‌ها تأمین می‌شود.
- دکمه تنظیم دامنه آمپر: این دکمه به کاربر اجازه می‌دهد تا جریان نامی موتور را تنظیم کند. با چرخاندن دکمه، می‌توان جریان را در محدوده مشخص تنظیم کرد تا مطابق با نیازهای عملکردی سیستم باشد.
- دکمه ریست: این دکمه برای بازنشانی رله بعد از وقوع تریپ و رفع مشکل استفاده می‌شود. با فشار دادن این دکمه، رله به حالت آماده به کار برمی‌گردد.
- انتخاب ریست دستی/خودکار: این گزینه به کاربر امکان می‌دهد که انتخاب کند رله بعد از تریپ به صورت دستی یا خودکار ریست شود. اگر روی حالت خودکار تنظیم شده باشد، پس از رفع خطا، رله به طور خودکار ریست خواهد شد.
- کنتاکت کمکی:
- کنتاکت NO (Normally Open): کنتاکت‌های ۹۷-۹۸ که برای سیگنال‌دهی تریپ استفاده می‌شوند.
- کنتاکت NC (Normally Closed): کنتاکت‌های ۹۵-۹۶ که برای قطع کنتاکتور در زمان تریپ استفاده می‌شوند و باید توانایی سوئیچ مستقیم سیم‌پیچ کنتاکتور را داشته باشند.
- دکمه تست: این دکمه برای آزمایش سیم‌کشی کنترل و اطمینان از عملکرد صحیح سیستم استفاده می‌شود.
نحوه عملکرد بیمتال
ساختار :
بیمتال از ترکیب دو نوع فلز با ضریب انبساط حرارتی متفاوت تشکیل شده است. این دو فلز به‌صورت لایه‌ای به هم متصل شده و به شکل نوارهایی با یکدیگر ترکیب می‌شوند. این طراحی به‌منظور بهره‌برداری از ویژگی‌های انبساط حرارتی متفاوت این فلزات انجام می‌شود. به این ترتیب، هر فلز به‌طور متفاوتی نسبت به تغییر دما واکنش نشان می‌دهد، که در نهایت باعث تغییر شکل کلی بیمتال می‌شود.
عملکرد حرارتی:
هنگامی که جریان الکتریکی از بیمتال عبور می‌کند، حرارت تولید شده باعث گرم شدن بیمتال می‌شود. این حرارت موجب انبساط نوارهای فلزی می‌گردد. به دلیل اختلاف در نرخ انبساط دو فلز مختلف، بیمتال به سمت یکی از طرفین که ضریب انبساط طولی کمتری دارد منحرف می‌شود. این تغییر شکل نتیجه طبیعی اختلاف در میزان انبساط دو فلز است و باعث تغییر وضعیت بیمتال می‌شود.
قطع و وصل جریان:
با تغییر شکل بیمتال، یک مکانیزم داخلی فعال می‌شود که موجب باز یا بسته شدن کنتاکت‌ها می‌گردد. هنگامی که دما به یک حد مشخص می‌رسد و بیمتال به اندازه کافی تغییر شکل می‌دهد، کنتاکت‌ها به‌طور خودکار باز می‌شوند. این عملکرد به‌منظور جلوگیری از اضافه بار و محافظت از تجهیزات در برابر آسیب‌های ناشی از تغییرات ناگهانی دما یا جریان است. بدین ترتیب، بیمتال نقش مهمی در حفظ ایمنی و کارایی سیستم‌های الکتریکی ایفا می‌کند.
کاربردهای بیمتال
4.1. حفاظت از موتورها:
بیمتال به‌طور گسترده در موتورهای الکتریکی به‌عنوان وسیله‌ای برای حفاظت از اضافه بار استفاده می‌شود. در این کاربرد، بیمتال به‌عنوان یک ابزار حفاظتی عمل کرده و به شناسایی و واکنش به جریان‌های زیاد که ممکن است به موتور آسیب برساند، کمک می‌کند. با تغییر شکل بیمتال در اثر افزایش دما، مدار الکتریکی قطع شده و از آسیب‌های جدی به موتور جلوگیری می‌شود.
4.2. سیستم‌های گرمایشی:
در سیستم‌های گرمایشی، بیمتال برای کنترل دما و جلوگیری از گرم شدن بیش از حد به کار می‌رود. این ابزار به‌ویژه در تنظیم دما و فعال‌سازی سیستم‌های خاموش‌کننده در شرایطی که دما به حد خطرناکی برسد، مفید است. بیمتال با تغییر شکل خود، می‌تواند به‌طور خودکار سیگنال‌هایی برای خاموش کردن یا تنظیم سیستم گرمایشی ارسال کند.
4.3. کنتاکتورهای الکتریکی:
بیمتال‌ها در کنتاکتورهای الکتریکی نیز به‌کار می‌روند تا از حفاظت و قطع خودکار مدارها اطمینان حاصل کنند. در این کاربرد، بیمتال به‌عنوان یک جزء کلیدی در سیستم‌های قطع و وصل خودکار عمل کرده و به شناسایی و واکنش به شرایط غیرعادی الکتریکی کمک می‌کند. این ویژگی موجب افزایش ایمنی و کارایی سیستم‌های الکتریکی می‌شود.
4.4. دستگاه‌های خانگی:
در برخی از دستگاه‌های خانگی مانند توسترها و قهوه‌سازها، بیمتال‌ها به‌عنوان ابزارهای کنترلی برای تنظیم دما و جلوگیری از آسیب ناشی از حرارت بالا به کار می‌روند. با تنظیم دما و فعال کردن مکانیزم‌های حفاظتی، بیمتال‌ها به حفظ عملکرد صحیح و ایمنی این دستگاه‌ها کمک می‌کنند و از بروز مشکلاتی نظیر گرم شدن بیش از حد جلوگیری می‌نمایند.
مزایا و معایب بیمتال
مزایا:
- سادگی ساخت: رله اضافه بار حرارتی به دلیل ساختار ساده خود که از دو نوار فلزی با ضریب انبساط مختلف تشکیل شده‌اند، به راحتی و با هزینه پایین تولید می‌شوند. این ویژگی باعث می‌شود که بیمتال‌ها به‌عنوان یک راه‌حل اقتصادی برای محافظت در سیستم‌های الکتریکی مورد استفاده قرار گیرند.
- عملکرد خودکار: یکی از بزرگ‌ترین مزایای بیمتال‌ها، عملکرد خودکار آنها است. بیمتال‌ها بدون نیاز به تنظیم دستی، به‌طور خودکار تغییرات دما را شناسایی کرده و اقدام به قطع یا وصل مدار می‌کنند. این قابلیت موجب کاهش نیاز به نظارت مداوم و افزایش راحتی در استفاده از آنها می‌شود.
- قابلیت اعتماد: بیمتال‌ها معمولاً دارای عمر طولانی و نیاز به تعمیر و نگهداری کمی هستند. طراحی محکم و ساختار ساده آنها باعث می‌شود که به‌طور کلی عملکرد پایدار و قابل اعتمادی داشته باشند، که این امر آنها را به گزینه‌ای مناسب برای کاربردهای مختلف تبدیل می‌کند.
معایب:
پاسخ کند: بیمتال‌ها ممکن است در پاسخ به تغییرات ناگهانی دما به سرعت واکنش نشان ندهند. این تأخیر در واکنش می‌تواند در برخی کاربردها که نیاز به پاسخ سریع به تغییرات دما دارند، به‌عنوان یک محدودیت محسوب شود.
حساسیت به دما: یکی از معایب اصلی رله اضافه بار حرارتی این است که تغییرات دما می‌تواند بر عملکرد آنها تأثیر بگذارد. این حساسیت به دما ممکن است موجب نیاز به تنظیمات دقیق و کالیبراسیون مجدد شود تا عملکرد مطلوب حفظ گردد.
انتخاب بیمتال باتوجه به کلاس تریپ
در استاندارد NEMA MG-1، کلاس‌های تریپ برای رله‌های حرارتی به طور خاص تعریف شده‌اند تا عملکرد و زمان قطع رله‌ها را در شرایط اضافه‌بار مشخص کنند. این کلاس‌ها به طور کلی برای حفاظت از موتورهای الکتریکی در برابر جریان‌های اضافه‌بار با زمان‌های قطع مختلف طراحی شده‌اند:
- کلاس ۵: این کلاس برای بارهایی که به قطع سریع نیاز دارند، مناسب است. رله‌های کلاس ۵ در ۵ ثانیه یا کمتر در ۶۰۰ درصد جریان بار کامل، مدار را قطع می‌کنند. این ویژگی برای محافظت از بارهای با نیاز به پاسخ سریع به اضافه‌بار بسیار مفید است.
- کلاس ۱۰: رله‌های کلاس ۱۰ معمولاً برای موتورهای پمپ شناور با ظرفیت حرارتی پایین استفاده می‌شوند. این کلاس در ۱۰ ثانیه یا کمتر در ۶۰۰ درصد جریان بار کامل عمل می‌کند. این ویژگی به ویژه برای محافظت از تجهیزات با نیاز به حفاظت در برابر اضافه‌بارهای نسبتا سریع موثر است.
- کلاس ۲۰: این کلاس برای کاربردهای عمومی طراحی شده است و به طور کلی برای بسیاری از موتورهای الکتریکی کافی است. رله‌های کلاس ۲۰ در ۲۰ ثانیه یا کمتر در ۶۰۰ درصد جریان بار کامل مدار را قطع می‌کنند.
- کلاس ۳۰: رله‌های کلاس ۳۰ برای بارهای با اینرسی بالا مناسب هستند. این کلاس به دلیل زمان قطع بیشتر (۳۰ ثانیه یا کمتر در ۶۰۰ درصد جریان بار کامل) به جلوگیری از خاموش شدن غیرضروری در بارهایی با اینرسی بالا کمک می‌کند.
این استانداردها به انتخاب مناسب‌ترین رله حرارتی برای کاربرد خاص کمک می‌کنند و به این ترتیب از تجهیزات الکتریکی به طور مؤثری در برابر آسیب‌های ناشی از اضافه‌بار محافظت می‌کنند.
برند های معتبر
زیمنس (Siemens)
زیمنس به دلیل دقت بالا و مقاومت در برابر تغییرات دما شناخته شده‌اند. این بیمتال‌ها برای حفاظت از موتورها و مدارهای الکتریکی در شرایط حرارتی مختلف طراحی شده‌اند و به خاطر پایداری و دوام طولانی‌مدت، در بسیاری از سیستم‌های صنعتی و الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
اشنایدر (Schneider Electric)
اشنایدر الکتریک به خاطر قابلیت‌های تنظیم و مدیریت حرارتی پیشرفته شناخته می‌شوند. این بیمتال‌ها به طور خودکار و مؤثر از تجهیزات در برابر اضافه بار و تغییرات دما محافظت می‌کنند و به همراه خدمات پس از فروش قوی، گزینه‌ای مناسب برای کاربردهای صنعتی و کنترل بار هستند.
چینت (Chint)
چینت به دلیل قیمت مناسب و عملکرد قابل قبولشان مورد توجه قرار می‌گیرند. این بیمتال‌ها با طراحی اقتصادی خود، برای پروژه‌های تجاری و اقتصادی مناسب هستند و به راحتی در سیستم‌های مختلف الکتریکی برای حفاظت از اضافه بار و دما استفاده می‌شوند.
هیوندای (Hyundai)
هیوندای به خاطر کیفیت بالا و تکنولوژی پیشرفته در طراحی و ساخت شناخته می‌شوند. این بیمتال‌ها برای استفاده در موتورهای صنعتی و سیستم‌های الکتریکی پیچیده مناسب هستند و به دلیل دوام و عملکرد پایدارشان، در صنایع مختلف به کار می‌روند.
ISBS
بیمتال‌های ISBS به دلیل عملکرد خوب و طراحی‌های اقتصادی خود معروف هستند. این بیمتال‌ها برای پروژه‌های صنعتی و تجاری مختلف استفاده می‌شوند و به خاطر دوام و پایداری مناسبی که ارائه می‌دهند، گزینه‌ای مقرون به صرفه برای محافظت از سیستم‌های الکتریکی به شمار می‌آیند.
ال‌اس (LS)
LS با کیفیت بالا و قیمت رقابتی شناخته می‌شوند. این بیمتال‌ها به خاطر استفاده از مواد با کیفیت و فناوری پیشرفته، عملکرد قابل اعتماد و مناسبی را برای محافظت از موتورها و سیستم‌های الکتریکی ارائه می‌دهند و در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
نتیجه گیری
در نتیجه، رله‌های اضافه بار حرارتی یا بیمتال به‌عنوان یکی از اجزای کلیدی در سیستم‌های الکتریکی، نقش بسیار مهمی در حفاظت از موتورهای الکتریکی و تجهیزات دیگر ایفا می‌کنند. این رله‌ها با بهره‌گیری از مکانیزم‌های حرارتی ساده و مؤثر، توانایی شناسایی اضافه بار و تغییرات ناگهانی دما را دارند و به این ترتیب از آسیب‌های جدی به سیستم‌های الکتریکی جلوگیری می‌کنند. با استفاده از استانداردهای مختلف مانند کلاس‌های تریپ NEMA، می‌توان رله‌های اضافه بار حرارتی را به‌طور دقیق بر اساس نیازهای خاص انتخاب کرد و عملکرد بهینه سیستم را تضمین کرد.
مزایای استفاده از رله‌های اضافه بار حرارتی شامل سادگی ساخت، عملکرد خودکار و قابلیت اعتماد بالای آنها است که به‌طور مستقیم به بهبود ایمنی و کارایی سیستم‌های الکتریکی کمک می‌کند. با وجود مزایای متعدد، این رله‌ها دارای معایبی نظیر پاسخ کند به تغییرات ناگهانی دما و حساسیت به دما هستند که باید در انتخاب و کاربرد آنها در نظر گرفته شوند. برندهای معتبر مختلف نیز با ارائه محصولات با کیفیت و قابلیت‌های متنوع، انتخاب‌های مناسبی را برای کاربران فراهم می‌کنند.