عملکرد کلید حرارتی چگونه است؟ جریان برق، منبع اصلی انرژی در کار با وسایلی است که به طور روزمره با آن‌ها سر و کار داریم. علاوه بر وسایلی که خودمان به طور مستقیم از آن‌ها به کمک تجهیزاتی چون تابلو برق پلاستیکی و جعبه تقسیم استفاده می‌کنیم، در کارگاه‌های صنعتی هم از جریان‌های فشار بالای الکتریسیته استفاده می‌شود.
با توجه به این که بسیاری از دستگاه‌هایی که از برق استفاده می‌کنند، نیاز به دریافت جریان مشخصی از آن دارند، پایین یا بالا رفتن این جریان، می‌تواند سبب آسیب رسیدن به موتور شود. از این رو، نیاز به وسایلی داریم که علاوه بر شناسایی محدوده تغییراتی که در جریان برق رخ می‌دهد، بتوانند در صورت نیاز جریان را قطع و وصل هم بکنند. این کار، سبب افزایش سرعت عملیات نیز خواهد شد. در این مقاله، درباره‌ی نحوه‌ی عملکرد کلید حرارتی ، و مزایای استفاده از آن، بیشتر صحبت خواهیم کرد. با فرنام الکتریک همراه باشید.
کلید حرارتی چیست؟
کلید حرارتی، جزو قطعات حفاظتی در سیستم برق‌کشی محسوب می‌شوند. این کلیدها، از فیوز مینیاتوری و بیمتال تشکیل شده‌اند. با استفاده از این قطعه می‌توانید از موتور در برابر اتصال کوتاه و اضافه بار به طور همزمان مراقبت کنید. این کلیدها، در صورتی که در جریان برق، اضافه بار به وجود بیاید، می‌توانند الکتروموتور را از منبع ورودی جدا کنند.
در بازار، کلید حرارتی را با نام MPCB نیز می‌شناسند. این عبارت مخفف Motor Protection Circuit Breaker (به معنای مدار حفاظت قطع‌کننده‌ی موتور) است.
ساختار کلید حرارتی
کلید حرارتی، از دو فلز ناهمجنس تشکیل شده است. این فلزها، از ضریب انبساط متفاوتی برخوردار هستند. این دو فلز، در یک سطح، کاملا به هم جوش خورده‌اند.
عنصر بیمتال، یک عنصر دو فلزه است که بر اثر افزایش حرارت، در جهت فلزی که ضریب انبساط کمتری دارد، خم می‌شود. پس از سرد شدن، حالت بیمتال، به شکل اولیه باز می‌گردد. معمولا یک تماس الکتریکی در یک سمت، یا سوی دیگر این تیغه برقرار می‌شود. در صورتی که دمای جریان عبوری از این تیغه، از حد مشخصی بیشتر شد، تیغه‌ها گرم شده و انبساط روی می‌دهد. کلید حرارتی هم یک ابزار حساس به دما است که بر پایه‌ی عنصر بیمتال ساخته شده است.
در صنعت برق، این کلیدها، نوعی رله کنترل بار هستند که به صورت سری در مدار قرار می‌گیرند. این کار، سبب افزایش حفاظت از موتور در برابر اضافه بار خواهد شد.
چرا از کلید حرارتی استفاده می‌کنیم؟
موتورهای الکتریکی باید به‌گونه‌ای حفاظت شوند که اگر جریان مصرفکننده از حد مجاز بیشتر شد، مدار قطع شود. زیرا گرمای ایجاد شده در موتور (مصرفکننده) به آن آسیب می‌رساند. اتصال کوتاه شدن فازها، اتصال سیم‌‌پیچ‌ها و تک‌فاز شدن مصرفکننده عواملی هستند که باعث افزایش جریان به بیش از حد مجاز می‌شوند.
افزایش جریان می‌تواند به‌صورت اضافه بار یا افزایش ناگهانی (جریان اتصال کوتاه) باشد. در هر دو حالت، کلید حرارتی از موتور حفاظت میکند. به افزایش جریان به‌صورت اضافه بار، خطای حرارتی و به افزایش ناگهانی جریان، خطای مغناطیسی می‌گویند.
در زمان راه‌اندازی، در مدت کوتاهی موتور ۵ تا ۸ برابر جریان نامی از مدار جریان می‌کشد. در این شرایط، اگر از یک بریکر معمولی استفاده کنید، مدار به سرعت قطع شده و مانع روشن شدن موتور می‌شود. اما عملکرد کلید حرارتی با تشخیص این موضوع، به موتور اجازه می‌دهد تا جریان مورد نیاز خود برای راه‌اندازی را تامین کند. کلید حرارتی در صورتی مدار را قطع میکند که موتور به دلیل بروز خطا یا عیب نتواند به دورِ نامی برسد.
کلیدهای حرارتی در مواقع بروز خطا، به صورت خودکار مدار قدرت را قطع و وصل می‌کنند. علاوه بر این، همراه با تجهیزات جانبی قابل نصب در مدار فرمان هستند.
نحوه عملکر کلید حرارتی
عبور جریان الکتریکی از کلید حرارتی دمای آن را افزایش می دهد. از طرفی دیگر ویژگی های فلز استفاده شده در ساخت کلید حرارتی سبب می شود تا با افزایش دما از میزان مشخصی هر دو فلز منبسط شوند. دو فلز به کار رفته شده در کلید دارای ضریب انبساط متفاوتی هستند و این تفاوت ضریب انبساط سبب می شود تا با افزایش دما فلزی که ضریب انبساط بیشتری دارد به سمت فلز با ضریب انبساط کمتر خم بشود.
این فرایند در نتیجه به صورت مستقیم یا با استفاده از کمک اهرم ها جریان برق را قطع می کند. اگر ساختار یک کلید حرارتی را به دقت بررسی کنید متوجه خواهید شد که دو آهن ربا در قسمت پایین و بالای تیغه ها قرار داده شده است. وجود این آهن ربا ها در ساختار عملکرد کلید حرارتی سبب می شود تا از بروز جرقه و سوختگی در محل اتصالات جلوگیری شود.
کاربرد های کلید حرارتی
در این قسمت به این سؤال که کار کلید حرارتی چیست؟ پاسخ می دهیم. در این قسمت با ما همراه باشید تا بدانید کار کلید حرارتی چیست.اولین و مهم ترین کاربردی که می توان برای کلید حرارتی توضیح داد، کلید زنی مدارات موتوری است، که از مزایا کلید حرارتی هم محسوب می شود.
حفاظت قابل تنظیم شدن برای وجود اضافه بار مغناطیسی و همچنین اضافه بار حرارتی کاربرد دیگر کلید حرارتی محسوب می شود. این تجهیزات از الکترو موتور در برابر خطراتی نظیر خطا های الکتریکی محافظت کرده و به این ترتیب ایمنی را افزایش می دهند. کلید حرارتی با ایجاد تأخیر حرارتی به هنگام روشن شدن موتور از داغ شدن آن در نتیجه اثر اضافه بار جلوگیری می کند.کلید های حرارتی موجود در بازار دارای انواع مختلفی هستند و هر یک از انواع هم ویژگی های خاص خود را دارند.
با این وجود برخی از ویژگی ها در کلید حرارتی سبب می شود تا در مقایسه با دیگر انواع بهتر و برتر باشند. به عنوان مثال کلید حرارتی خوب، کلیدی است که دارای قابلیت اضافه کردن تجهیزات جانبی باشد. کلید حرارتی که با کیفیت تولید می شود به جهت تست دارای یک دکمه است و از آن به منظور تست سالم بودن قطعه استفاده می شود.
از دیگر خصوصیات یک کلید حرارتی با کیفیت هم می توان به وجود شستی قطع برق 0 و 1 اشاره کرد. علاوه بر موارد گفته شده کلید حرارتی دارای قابلیت تنظیم بازه جریان مجاز است. به این ترتیب این قطعه کلید دواری دارد که با استفاده از آن می توان جریان مناسب و مورد نیاز را تنظیم کرد. در خصوص معایب کلید حرارتی هم باید گفت معایب خاصی برای آن گزارش نشده است.
مزایای استفاده از کلید حرارتی
۱. قدرت قطع بالا
۲. قابل استفاده در مدارهای جریان بالا
۳. مقاومت بالا در برابر بارهای لحظه‌ای (بدون قطعی)
۴. امکان تنظیم سریع و ساده جریان حفاظتی در یک بازه مشخص (به‌کارگیری یک کلید حرارتی برای کاربردهای مختلف)
۵. دارای قابلیت تنظیم دقیق پارامترهای الکتریکی
۶. دارای قابلیت فرمان‌پذیری و کنترل
۷. حفاظت اضافه جریان و جریان اتصال کوتاه
۸. امکان قطع و وصل مدار قدرت در حین کار
۹. حفاظت بر روی سه‌فاز (متفاوت با بیمتال)
۱۰. نیاز به تعمیر و نگهداری کم
۱۱. حفاظت موتور در برابر قطعی فاز یا عدم تقارن فازها
یک مزیت فوق‌العاده
به جای استفاده همزمان از کلید مینیاتوری و بیمتال، کلید حرارتی را جایگزین کنید. به همین دلیل، به این کلیدها، کلیدهای کامپکتِ محافظ موتور هم گفته می‌شود. در صورتی که فقط بخواهید موتور را با کلید حرارتی روشن و خاموش کنید، می‌توانید با حذف کنتاکتور و به کمک کلید استارت و استپ تعبیه شده روی کلید حرارتی، موتور را روشن و خاموش کنید. باید توجه داشت که در جاهایی که حفاظت بیشتری می‌خواهیم، بسته به طراحی مدار، می‌توانیم قبل از کلید حرارتی، بیمتال را هم در مدار قرار دهیم.
معایب استفاده از کلید حرارتی
۱. قیمت بالا (در مقایسه با قرار دادن فیوز به تنهایی در مدار)
۲. غیر قابل تعمیر بودن
۳. غیر قابل تنظیم بودن آستانه قطعِ جریان اتصال‌کوتاه
کلید حرارتی چه تفاوتی با بیمتال دارد؟
عملکرد کلید حرارتی تقربیا شبیه بی متال است و کارش حفاظت در برابر اختلات جریان است مانند بی متال، اما یک سری تفاوت هایی بین بی متال وکلید حرارتی است که موجب شده کلید های حرارتی بهتر از بی متال ها باشند و ضریب امنیت آن بیشتر از بی متال باشد حال به این تفاوت ها می پردازیم:
1 بی متال مدار فرمان را قطع میکند ( از طریق پیج های 95 – 96 ) ولی کلید حرارتی مستقیماً سه فاز مدار قدت را قطع می کند و باعث قطع شدن موتور می شود.
2 کلید حرارتی هم از جریان حراتی محافظت میکند و هم از جریان مغناطیسی در صورتی که بی متال فقط از جریان حرارتی محافظت می کند.
شاید برایتان سوال پیش بیاید که جریان مغناطیسی و جریان حرارتی چیست و چه تفاوت با هم دارند؟
به بیان ساده وقتی یک الکترو موتور در اثر تحمل بار اضافه جریانش بالا میرود موتور داغ می کند که به این اتفاق می گویند بالا رفتن جریان حرارتی و وقتی الکترو موتور در اثر اتصال کوتاه بین دو فاز یا اتصال بدنه و فاز و یا فاز و نول و هر کدام از این موارد داغ کند می گویند جریان مغناطیسی بالا رفته.