رله حرارتی یا بیمتال چیست؟ عملکرد، کاربرد و تنظیم
رله حرارتی (بیمتال) چیست؟ عملکرد و کاربرد
اگر موتور الکتریکی بیش از حد معمول کار کند، جریان اضافی بکشد یا به‌دلیل گیرپاژ و افت ولتاژ تحت فشار قرار بگیرد، احتمال داغ شدن و سوختن سیم‌پیچ‌های آن زیاد می‌شود.
رله حرارتی یا بیمتال برای جلوگیری از این مشکل طراحی شده است و هنگام تشخیص اضافه‌بار، فرمان قطع موتور را صادر می‌کند.
رله حرارتی یا بیمتال چیست؟
بیمتال که در بازار با نام رله حرارتی نیز شناخته می‌شود، یکی از تجهیزات حفاظتی مدارهای الکتریکی است. وظیفه اصلی این قطعه، محافظت از موتور در برابر اضافه‌بار و جلوگیری از آسیب دیدن سیم‌پیچ‌های آن است. این تجهیز معمولا در کنار کنتاکتور نصب می‌شود و زمانی که جریان عبوری از موتور برای مدتی بیشتر از مقدار مجاز باشد، مدار فرمان را قطع می‌کند.
برای آشنایی بیشتر با نحوه عملکرد کنتاکتور، اجزای آن و نقش این تجهیز در کنترل موتور، مقاله کنتاکتور چیست؟ را مطالعه کنید.
رله حرارتی مستقیما برق قدرت موتور را مانند کلید قطع نمی‌کند، بلکه با تغییر وضعیت کنتاکت‌های کمکی خود، فرمان قطع را به کنتاکتور می‌فرستد. در نتیجه کنتاکتور باز شده و برق موتور قطع می‌شود.
نام بیمتال از ساختار داخلی این وسیله گرفته شده است. درون رله حرارتی از نوارهایی با دو فلز متفاوت استفاده می‌شود که ضریب انبساط حرارتی یکسانی ندارند. گرم شدن این فلزها باعث خم شدن نوار بیمتال و فعال شدن مکانیزم قطع می‌شود.
رله حرارتی چه وظیفه‌ای دارد؟
وظیفه اصلی رله حرارتی، محافظت از موتور در برابر جریان اضافی و طولانی‌مدت است. وقتی موتور بیشتر از توان عادی خود کار می‌کند، جریان بیشتری از سیم‌پیچ‌ها عبور می‌کند. این جریان باعث افزایش دما می‌شود و اگر ادامه پیدا کند، عایق سیم‌پیچ‌ها آسیب می‌بیند.
بیمتال با تشخیص این افزایش جریان، بعد از یک تأخیر مشخص مدار فرمان را قطع می‌کند. این تأخیر اهمیت زیادی دارد؛ چون موتور هنگام راه‌اندازی معمولا برای چند لحظه جریان بالایی می‌کشد و اگر رله حرارتی بدون تأخیر عمل کند، در هر بار روشن شدن موتور آن را خاموش خواهد کرد.
رله حرارتی در برابر اتفاق‌هایی مانند موارد زیر از موتور محافظت می‌کند:
- اضافه‌بار مکانیکی
- گیرپاژ کردن موتور یا پمپ
- افزایش بیش از حد جریان مصرفی
- کارکرد طولانی موتور تحت فشار
- قطع شدن یکی از فازها در موتور سه‌فاز
- عدم تعادل نسبی جریان بین فازها
نحوه عملکرد رله حرارتی یا بیمتال
برای درک عملکرد بیمتال، کافی است مسیر عبور جریان را دنبال کنیم. جریان موتور از تیغه‌ها یا المنت‌های حرارتی رله عبور می‌کند. زمانی که جریان در محدوده مجاز باشد، حرارت ایجادشده کم است و بیمتال تغییر شکل محسوسی ندارد.
اما اگر جریان برای مدت مشخصی از مقدار تنظیم‌شده بیشتر شود، المنت‌های داخلی گرم می‌شوند. این گرما به نوارهای بیمتال منتقل شده و باعث خم شدن آن‌ها می‌شود. خم شدن بیمتال، مکانیزم داخلی رله را فعال می‌کند و کنتاکت‌های کمکی تغییر وضعیت می‌دهند.
کنتاکت بسته رله حرارتی که معمولا با شماره‌های 95 و 96 شناخته می‌شود، در مسیر بوبین کنتاکتور قرار می‌گیرد. با عمل کردن بیمتال، این کنتاکت باز می‌شود و بوبین کنتاکتور بی‌برق خواهد شد. در نتیجه کنتاکتور نیز مدار قدرت موتور را قطع می‌کند.
برای یادگیری نحوه عملکرد شستی استارت، شستی استپ و کنتاکت خودنگهدار در مدار فرمان، مقاله مدار استارت و استپ با کنتاکتور و شستی را مطالعه کنید.
پس از برطرف شدن مشکل، رله حرارتی باید به‌صورت دستی یا خودکار ریست شود. در بسیاری از تابلوها حالت ریست دستی انتخاب می‌شود تا موتور بدون بررسی علت خطا دوباره روشن نشود.
اجزای اصلی رله حرارتی
المنت‌های حرارتی
المنت‌ها در مسیر جریان موتور قرار دارند و با عبور جریان گرم می‌شوند. مقدار گرمای تولیدشده به شدت جریان وابسته است. به همین دلیل انتخاب رله باید بر اساس جریان نامی موتور انجام شود.
نوارهای بیمتال
این نوارها از دو فلز متفاوت ساخته شده‌اند. هنگام گرم شدن، هر فلز به اندازه متفاوتی منبسط می‌شود و همین اختلاف انبساط باعث خم شدن نوار می‌شود.
کنتاکت‌های کمکی
رله حرارتی معمولا دارای یک کنتاکت بسته برای قطع مدار فرمان و یک کنتاکت باز برای اعلام خطا یا روشن کردن چراغ هشدار است. کنتاکت باز معمولا با شماره‌های 97 و 98 مشخص می‌شود.
پیچ تنظیم جریان
روی بیمتال یک پیچ یا ولوم تنظیم وجود دارد که محدوده جریان عملکرد رله را مشخص می‌کند. این مقدار باید متناسب با جریان نامی درج‌شده روی پلاک موتور تنظیم شود.
دکمه تست و ریست
دکمه تست برای بررسی عملکرد رله و دکمه ریست برای بازگرداندن آن به حالت عادی استفاده می‌شود. در بعضی مدل‌ها یک کلید برای انتخاب ریست دستی یا خودکار نیز وجود دارد.
تفاوت رله حرارتی با فیوز و کلید مینیاتوری
رله حرارتی، فیوز و کلید مینیاتوری هر سه برای حفاظت مدار استفاده می‌شوند، اما عملکرد یکسانی ندارند. بیمتال بیشتر برای حفاظت موتور در برابر اضافه‌بار طراحی شده است، در حالی که فیوز و کلید مینیاتوری نقش مهم‌تری در حفاظت در برابر اتصال کوتاه دارند.
- رله حرارتی: محافظت در برابر اضافه‌بار و برخی خطاهای مربوط به قطع فاز
- فیوز: قطع سریع مدار در زمان اتصال کوتاه یا عبور جریان بسیار زیاد
- کلید مینیاتوری: حفاظت در برابر اضافه‌بار و اتصال کوتاه در مدارهای مختلف
- کنتاکتور: قطع و وصل کردن مدار موتور بر اساس فرمان مدار کنترل
به همین دلیل، بیمتال به‌تنهایی جایگزین تجهیزات حفاظت در برابر اتصال کوتاه نیست. اگر می‌خواهید با کلید محافظ موتور و تفاوت آن با کلید مینیاتوری بیشتر آشنا شوید، مقاله کلید حرارتی چیست؟ را نیز مطالعه کنید.
در یک مدار استاندارد موتور، معمولا از فیوز یا کلید حفاظتی، کنتاکتور و رله حرارتی در کنار یکدیگر استفاده می‌شود.
رله حرارتی در مدار کنتاکتوری چگونه نصب می‌شود؟
رله حرارتی معمولا بعد از کنتاکتور و در مسیر مدار قدرت موتور قرار می‌گیرد. سه فاز ورودی از خروجی کنتاکتور وارد ترمینال‌های ورودی بیمتال می‌شوند و از ترمینال‌های خروجی آن به موتور می‌رسند.
در مدار فرمان نیز کنتاکت بسته 95 و 96 به‌صورت سری با بوبین کنتاکتور قرار می‌گیرد. اگر اضافه‌بار رخ دهد، این کنتاکت باز شده و بوبین کنتاکتور خاموش می‌شود. کنتاکت 97 و 98 نیز می‌تواند برای ارسال سیگنال خطا به چراغ هشدار، PLC یا سیستم مانیتورینگ استفاده شود.
نصب بیمتال باید توسط فردی انجام شود که با نقشه‌های مدار فرمان و مدار قدرت آشنایی داشته باشد. اشتباه در اتصال کنتاکت‌های کمکی یا تنظیم جریان می‌تواند باعث عملکرد نادرست و حتی آسیب به موتور شود.
چگونه رله حرارتی مناسب انتخاب کنیم؟
انتخاب بیمتال فقط بر اساس توان موتور انجام نمی‌شود. مهم‌ترین معیار، جریان نامی موتور است که روی پلاک آن نوشته می‌شود. محدوده تنظیم رله باید جریان نامی موتور را پوشش دهد.
برای انتخاب درست رله حرارتی به نکات زیر توجه کنید:
- جریان نامی موتور را از روی پلاک بررسی کنید.
- رله‌ای انتخاب کنید که محدوده تنظیم آن شامل جریان نامی موتور باشد.
- به نوع موتور، تک‌فاز یا سه‌فاز بودن آن توجه کنید.
- کلاس قطع رله را متناسب با زمان راه‌اندازی موتور انتخاب کنید.
- هماهنگی رله با کنتاکتور را بررسی کنید.
- شرایط محیطی مانند دمای تابلو و تهویه را در نظر بگیرید.
- از برند و مدل دارای مشخصات فنی معتبر استفاده کنید.
می توانید برای بررسی مدل‌های مختلف و انتخاب رله متناسب با جریان نامی موتور خود انواع رله حرارتی (بیمتال) موجود در نور و نیرو را مشاهده و مشخصات آن‌ها را مقایسه کنید.
برای نمونه، اگر جریان نامی یک موتور 12 آمپر باشد، نباید بیمتالی با محدوده 16 تا 24 آمپر انتخاب شود؛ چون امکان تنظیم دقیق روی جریان موتور وجود ندارد. بهتر است رله‌ای انتخاب شود که محدوده آن، مثلا 9 تا 13 آمپر یا محدوده‌ای نزدیک به جریان واقعی موتور باشد.
تنظیم صحیح بیمتال
یکی از اشتباه‌های رایج، تنظیم بیمتال روی عددی بسیار بیشتر از جریان نامی موتور است. این کار ممکن است باعث شود موتور در زمان اضافه‌بار به‌موقع خاموش نشود و سیم‌پیچ‌های آن آسیب ببینند.
در حالت معمول، تنظیم رله حرارتی باید نزدیک به جریان نامی درج‌شده روی پلاک موتور انجام شود. با این حال، شرایط نصب، دمای محیط، روش راه‌اندازی و دستورالعمل سازنده نیز اهمیت دارند.
اگر بیمتال دائما عمل می‌کند، نباید بدون بررسی آن را روی جریان بالاتر تنظیم کرد. ابتدا باید موارد زیر بررسی شوند:
- آیا موتور بار مکانیکی بیش از حد دارد؟
- آیا ولتاژ ورودی مناسب و متعادل است؟
- آیا هر سه فاز جریان مشابهی دارند؟
- آیا اتصالات قدرت شل یا داغ شده‌اند؟
- آیا بلبرینگ، پمپ، فن یا گیربکس گیرپاژ کرده است؟
- آیا رله حرارتی سالم و متناسب با موتور است؟
کلاس قطع رله حرارتی چیست؟
کلاس قطع یا Trip Class مشخص می‌کند که رله حرارتی در زمان اضافه‌بار با چه سرعتی عمل کند. موتورهایی که زمان راه‌اندازی کوتاهی دارند، معمولا با رله‌های کلاس معمولی به‌خوبی کار می‌کنند.
اما موتورهای سنگین، موتورهایی که بار زیادی را راه‌اندازی می‌کنند یا تجهیزاتی مانند کمپرسور و برخی نوار نقاله‌ها ممکن است به زمان بیشتری برای استارت نیاز داشته باشند. در چنین شرایطی باید کلاس قطع مناسب با زمان راه‌اندازی انتخاب شود.
انتخاب کلاس قطع نامناسب می‌تواند دو مشکل ایجاد کند: اگر کلاس خیلی سریع باشد، رله هنگام راه‌اندازی موتور عمل می‌کند؛ اگر بیش از حد کند باشد، حفاظت موتور در برابر اضافه‌بار با تأخیر خطرناک انجام می‌شود.
کاربردهای رله حرارتی
رله حرارتی در بیشتر مدارهای راه‌اندازی موتورهای الکتریکی استفاده می‌شود. برخی از کاربردهای رایج آن عبارت‌اند از:
- تابلوهای برق صنعتی
- پمپ‌های آب و سیستم‌های آبرسانی
- فن‌ها و هواکش‌های صنعتی
- کمپرسورها
- نوار نقاله‌ها
- دستگاه‌های تهویه مطبوع
- ماشین‌آلات تولیدی
- دستگاه‌های بسته‌بندی
- سیستم‌های آسانسور و بالابر
- موتورهای سه‌فاز کارگاهی
مزایا و محدودیت‌های رله حرارتی
مزایای بیمتال
- ساختار ساده و قابل‌اعتماد
- قیمت مناسب نسبت به بسیاری از تجهیزات حفاظتی پیشرفته
- قابلیت تنظیم جریان عملکرد
- امکان استفاده در مدارهای فرمان مختلف
- قابلیت ریست دستی یا خودکار در بعضی مدل‌ها
- مناسب برای حفاظت موتور در برابر اضافه‌بار
محدودیت‌های بیمتال
- برای حفاظت کامل در برابر اتصال کوتاه کافی نیست.
- در دمای محیط بسیار بالا ممکن است دقت عملکرد کاهش پیدا کند.
- برای موتورهایی با کنترل دقیق، ممکن است رله الکترونیکی گزینه بهتری باشد.
- تنظیم اشتباه می‌تواند باعث حفاظت ناقص یا قطع‌های بی‌دلیل شود.
نشانه‌های خرابی رله حرارتی
گاهی مشکل از خود موتور نیست و خرابی بیمتال باعث قطع مکرر مدار می‌شود. عمل کردن بیمتال بدون وجود اضافه‌بار واقعی، داغ شدن غیرعادی بدنه، تغییر رنگ ترمینال‌ها، باقی ماندن کنتاکت‌ها در وضعیت نادرست یا ریست نشدن رله می‌تواند نشانه خرابی آن باشد.
برای تشخیص دقیق، باید جریان هر سه فاز با آمپرمتر اندازه‌گیری شود و وضعیت کنتاکت‌های 95، 96، 97 و 98 بررسی شود. همچنین لازم است سفت بودن اتصالات، سلامت کنتاکتور و مقدار تنظیم‌شده روی رله کنترل شود.
جمع‌بندی
رله حرارتی یا بیمتال یکی از مهم‌ترین تجهیزات حفاظتی در مدار موتور است که وظیفه دارد موتور را در برابر اضافه‌بار و گرم شدن بیش از حد محافظت کند. این تجهیز با استفاده از نوارهای بیمتال و تغییر وضعیت کنتاکت‌های کمکی، کنتاکتور را قطع می‌کند.
برای عملکرد مطمئن، باید بیمتال متناسب با جریان نامی موتور انتخاب و به‌درستی تنظیم شود. فراموش نکنید که بیمتال به‌تنهایی برای حفاظت در برابر اتصال کوتاه کافی نیست و باید در کنار فیوز یا کلید حفاظتی و کنتاکتور استفاده شود.
سوالات متداول
رله حرارتی یا بیمتال دقیقا چه کاری انجام می‌دهد؟
بیمتال از موتور در برابر اضافه‌بار محافظت می‌کند. اگر موتور برای مدتی جریان بیشتری از مقدار مجاز بکشد، رله حرارتی عمل کرده و با قطع مدار فرمان، کنتاکتور را خاموش می‌کند.
آیا بیمتال از موتور در برابر اتصال کوتاه محافظت می‌کند؟
خیر. رله حرارتی برای اضافه‌بار طراحی شده و در برابر اتصال کوتاه حفاظت سریع و کاملی ارائه نمی‌دهد. برای این منظور باید از فیوز، کلید اتوماتیک یا تجهیزات مناسب حفاظت اتصال کوتاه استفاده شود.
رله حرارتی کجا نصب می‌شود؟
بیمتال معمولا بعد از کنتاکتور و در مسیر مدار قدرت موتور نصب می‌شود. کنتاکت بسته آن نیز در مسیر بوبین کنتاکتور قرار می‌گیرد تا هنگام اضافه‌بار، کنتاکتور قطع شود.
تنظیم بیمتال باید روی چه عددی باشد؟
در حالت معمول، مقدار تنظیم بیمتال باید نزدیک به جریان نامی موتور باشد؛ جریان نامی نیز روی پلاک موتور درج می‌شود. تنظیم عددی بالاتر بدون بررسی علت می‌تواند باعث آسیب دیدن موتور شود.
چرا بیمتال هنگام روشن شدن موتور عمل می‌کند؟
اگر بیمتال بلافاصله بعد از استارت عمل کند، ممکن است محدوده یا کلاس قطع آن مناسب نباشد، موتور بار سنگینی داشته باشد، یکی از فازها قطع باشد، ولتاژ نامتعادل باشد یا اتصال‌های مدار مشکل داشته باشند.
تفاوت بیمتال با کنتاکتور چیست؟
کنتاکتور وظیفه قطع و وصل کردن مدار موتور را بر اساس فرمان مدار کنترل دارد، اما بیمتال وظیفه حفاظت از موتور در برابر اضافه‌بار را انجام می‌دهد. این دو تجهیز معمولا در کنار یکدیگر استفاده می‌شوند.
ریست دستی بهتر است یا ریست خودکار؟
در بیشتر مدارهای صنعتی، ریست دستی ایمن‌تر است؛ چون اپراتور باید علت اضافه‌بار را بررسی کند و بعد موتور را دوباره راه‌اندازی کند. ریست خودکار فقط در شرایطی مناسب است که راه‌اندازی مجدد موتور خطری برای دستگاه یا افراد ایجاد نکند.
صنعتی
تابلو برق
اتوماسیون
سیم و کابل
محصولات شبکه
محصولات روشنایی
