بیمتال چیست؟ + عملکرد

اضافه بار، خطری جدی برای مصرف کننده ها محسوب می‌شود که در صورت عدم تشخیص و کنترل به موقع، می‌تواند خسارات مالی سنگینی را به بار آورد. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که جریان بیش از حدی از شبکه برق دریافت شده و منجر به گرمای شدید در مصرف کننده می‌شود.

 این گرمای مازاد، آسیب‌های مکانیکی جبران‌ناپذیری را به دستگاه وارد خواهد کرد. برای پیشگیری از این آسیب‌ها، به مکانیزمی نیاز داریم که به طور خودکار و در زمان مناسب،مدار را قطع کرده و از بروز اضافه بار جلوگیری کند. در صنعت برق، این مکانیزم حیاتی "رله اضافه بار نامیده می‌شود. رله‌های اضافه بار حرارتی، که با نام بیمتال نیز شناخته می‌شوند، یکی از پرکاربردترین انواع رله‌های اضافه بار هستند. اما بیمتال چیست و چگونه کار می‌کند؟ این رله‌ها چه مزایا و معایبی دارند؟ در ادامه این مقاله به بررسی دقیق‌تر رله‌های اضافه بار حرارتی (بیمتال) و نحوه عملکرد آنها خواهیم پرداخت. با ما همراه باشید تا بدانید بیمتال چیست و چه کاربردی  در صنعت برق دارد.

اضافه بار چیست ؟

هر دستگاه الکتریکی با توان مشخصی طراحی و تولید می‌شود که نشان‌دهنده حداکثر توان قابل تحمل آن است. در صورتی که توان مصرفی دستگاه از توان نامی آن فراتر رود، اصطلاحا اضافه بار رخ می‌دهد.

در شرایط اضافه بار، دستگاه  جریان  بیشتری از جریان مجاز خود  از شبکه دریافت می‌کند و همین امر منجر به افزایش دمای آن خواهد شد. گرم شدن بیش از حد دستگاه، اولین هشدار  و واکنش به اضافه بار محسوب می‌شود.

عدم تشخیص به موقع اضافه بار می‌تواند آسیب‌های جبران ناپذیری  به دستگاه  وارد کند. به همین دلیل برای  شناسایی و جلوگیری از صدمات ناشی از  اضافه بار ، از تجهیزی به نام رله اضافه بار استفاده می‌شود.

انواع رله های اضافه بار

رله‌های اضافه بار، مانند محافظانی هوشمند، تجهیزات الکتریکی را از خطرات ناشی از جریان اضافی مصون نگه می‌دارند. این رله‌ها با ارسال فرمان قطع به مدار، در زمان عبور جریان بیش از حد مجاز، از آسیب دیدن تجهیزات جلوگیری می‌کنند.  رله‌های اضافه بار را می‌توان بر اساس مکانیزم عملکردشان به سه دسته اصلی تقسیم کرد: حرارتی، مغناطیسی و الکتریکی.

در این مقاله قصد داریم به بررسی دقیق‌تر رله‌های اضافه بار حرارتی، که با نام رله‌های بیمتال نیز شناخته می‌شوند، بپردازیم و با نحوه عملکرد و کاربردهای آن‌ها بیشتر آشنا شویم.

رله اضافه بار حرارتی یا بیمتال چیست؟

رله اضافه بار حرارتی، یک تجهیز الکتریکی حیاتی است که با نظارت دقیق بر جریان عبوری از مدار، از آن در برابر خطرات ناشی از اضافه بار محافظت می‌کند.  این رله هوشمند، در صورت تشخیص جریانی بیش از حد مجاز،  با ارسال فرمان کنترلی،  باعث قطع مدار شده و از بروز آسیب‌های جدی جلوگیری می‌نماید.

یکی از ویژگی‌های برجسته رله‌های اضافه بار حرارتی،  قابلیت چشم‌پوشی از اضافه بارهای موقت و بی‌خطر است.  به عنوان مثال،  هنگام راه‌اندازی موتورها،  جریانی لحظه‌ای و بالاتر از حد معمول ایجاد می‌شود.  رله‌های اضافه بار حرارتی،  اینگونه افزایش جریان‌های لحظه‌ای را به درستی تفسیر کرده و بدون ایجاد اختلال در عملکرد عادی مدار،  اجازه راه‌اندازی موتور را می‌دهند.  با این حال،  در صورت تداوم اضافه بار و احتمال بروز آسیب به مدار،  این رله‌ها با قاطعیت وارد عمل شده و اتصال مدار را قطع می‌کنند.  خوشبختانه،  پس از رفع مشکل اضافه بار و  بازگشت جریان به محدوده مجاز،  می‌توان رله را به سادگی ریست کرده و  مجدداً از آن استفاده نمود.

انتخاب رله اضافه بار حرارتی مناسب با عملکرد تطبیق یافته با مشخصات الکتروموتورها،  نقش بسزایی در افزایش طول عمر و  عملکرد بهینه آن‌ها ایفا می‌کند.  این رله‌ها،  با محافظت از موتور در برابر آسیب‌های ناشی از خطاهای مختلف از جمله خطای بیرینگ،  خطای میله روتور،  خطای سیم‌پیچ استاتور و خطای کوپلینگ شفت،  هزینه‌های تعمیرات و  توقف‌های ناخواسته را به حداقل می‌رسانند.

عامل اصلی قطع در بیمتال

قلب تپنده یک کلید حرارتی بی متال، نواری فلزی متشکل از دو یا چند فلز با ضرایب انبساط حرارتی متفاوت است. این فلزات با استفاده از روش‌هایی مانند پرچ، لحیم کاری یا جوش به یکدیگر متصل می‌شوند. ضریب انبساط حرارتی، یک ویژگی ذاتی در هر ماده است که نشان می‌دهد با تغییر دما، ابعاد آن ماده چه میزان تغییر می‌کند. 

نکته حائز اهمیت این است که هر فلز، ضریب انبساط حرارتی منحصر به فرد خود را دارد.  در نوار **بی متال**، به دلیل همین تفاوت ذاتی در ضریب انبساط حرارتی، هنگام گرم شدن، شاهد خم شدن نوار هستیم. در واقع، فلزی که ضریب انبساط حرارتی بالاتری دارد، بیشتر از فلزی که ضریب انبساط حرارتی کمتری دارد، منبسط می‌شود و همین اختلاف در انبساط، منجر به خم شدن نوار می‌شود.

بنابراین، می‌توان گفت که اساس عملکرد کلید حرارتی بی متال اختلاف در جنس فلزات بکار رفته در آن و به تبع آن، تفاوت در ضریب انبساط حرارتی آنهاست.  این اختلاف،  عامل اصلی قطع و وصل جریان در این نوع کلیدها به شمار می‌رود.

عملکرد بیمتال

عبور جریان الکتریکی از رسانا، باعث افزایش دمای آن می‌شود. در بیمتال، این افزایش دما منجر به انبساط نوار فلزی مجاور آن می‌شود. این انبساط، با فعال کردن یک مکانیزم مکانیکی، مدار را قطع و جریان را متوقف می‌کند.

اجزای اصلی بیمتال

بیمتال ها با استفاده از دو فلز با ضریب انبساط حرارتی متفاوت، به عنوان محافظ مدار در برابر جریان اضافی عمل می‌کنند.

ورودی و خروجی: بیمتال ها دارای سه ترمینال ورودی (L1، L2، L3)  و سه ترمینال خروجی (T1، T2، T3) هستند که برای اتصال به مدار مورد حفاظت، مانند موتور، استفاده می‌شوند.

دکمه تنظیم مجدد: پس از قطع مدار توسط بیمتال، می‌توان با فشردن دکمه "تنظیم مجدد" (Reset)  آن را به صورت دستی به حالت اولیه برگرداند.  در حالت "تنظیم مجدد خودکار"، این فرایند به طور خودکار انجام می‌شود.

عملکرد: عبور جریان از رسانای بیمتال باعث گرم شدن نوار فلزی دوگانه آن می‌شود. انبساط متفاوت دو فلز،  تیغه متصل به آنها را جابجا کرده و  مدار را قطع می‌کند.

کاربردهای بیمتال

رله‌های اضافه بار حرارتی یا بیمتال، محافظی مطمئن برای موتورهای تکفاز و سه فاز در برابر اضافه بار هستند. این رله‌ها در تجهیزات متنوعی نظیر پمپ‌ها، کمپرسورها، میکسرها، نوار نقاله‌ها و آسانسورها کاربرد دارند.

انتخاب بیمتال مناسب به عواملی چون جریان، ولتاژ، کلاس قطع،  استانداردها، دمای محیط و نوع عملکرد (دستی یا خودکار) بستگی دارد.

تنظیم جریان بیمتال از طریق پتانسیومتر چرخشی متناسب با جریان نامی موتور انجام می‌شود. تنظیم مجدد بیمتال می‌تواند به صورت دستی (با فشردن دکمه) یا خودکار (پس از گذشت زمان خنک شدن) صورت گیرد. 

دکمه تست روی بیمتال، عملکرد صحیح آن را با شبیه‌سازی خاموش شدن رله و تغییر وضعیت کنتاکت‌ها،  تضمین می‌کند. همچنین، دکمه توقف با قطع مدار و اتصال مجدد آن پس از رها شدن، امکان کنترل جریان بار را فراهم می‌سازد.

جمع بندی

رله اضافه بار حرارتی یا بیمتال، تجهیزی است که با استفاده از تفاوت ضریب انبساط دو فلز، مدار را در برابر جریان اضافی محافظت می‌کند. این تجهیز به طور گسترده در مدار راه‌انداز موتورها استفاده می‌شود و آشنایی با آن برای ورود به صنعت برق ضروری است.