کاربرد بی متال چیست؟ بی‌متال‌ها در عملکرد مناسب دستگاه‌های الکترونیکی و تابلو برق‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار هستند. این قطعه به عنوان محافظت‌کننده با کنترل دما از بروز خطرات و خطاهای احتمالی در مدارهای الکتریکی جلوگیری می‌کند. با توجه به نقش کلیدی این نوع تجهیزات ساده در این مقاله قصد داریم شما را با پاسخ سوال بی متال چیست؟ و کاربرد بی متال آشنا کنیم با فرنام الکتریک همراه باشید.
بی متال چیست ؟
بی متال (Bimetal) یک قطعه‌برقی بسیار پرکاربرد است که موتور را در برابر حرارت ناشی از اضافه بار نجات می‌دهد و از آسیب رسیدن و بروز خطرات و خطاهای احتمالی مانند افزایش جریان مدار در موتور‌الکتریکی و یا جعبه تقسیم جلوگیری و محافظت می‌کند.
برای درک بهتر مطلب به طور مثال فرض کنید که یک بالابر با ظرفیت و حد تحمل وزن ۱۰۰۰ کیلوگرم(۱ تن) داریم، ولی ما بجای این میزان بار، 1300 کیلوگرم بار به بالابر می‌زنیم و موتور را روشن می‌کنیم، در اینجا نقش بی متال خود را نشان می‌دهد و برای جلوگیری از فشار بیش‌از‌‌حد وارد شده و آسیب رسیدن به موتور، مدار را قطع می‌کند. بی متال با نام‌های دیگری همچون رله اضافه بار و رله حرارتی نیز در بازار شناخته می‌شود که به عنوان ابزار کنترل کننده دما در مدارهای تجهیزات برقی به سه دسته زیر تقسیم می‌شود:
- بیمتال دستی
- بیمتال اتوماتیک
- بیمتال دستی و اتوماتیک
شیوه عملکرد بی متال
در سیستم بی متال یا همان رله حرارتی از دو فلز ناهمجنس رسانا(آهن و برنج) که ضریب انبساط طولی مختلفی دارند و به هم پرس شده‌اند، استفاده شده است. نحوه عملکرد این قطعه به شرح مراحل زیر می‌باشد:
1. با گذر جریان اضافه بار و رسیدن حرارت به این دو فلز
2. جنبش مولکولی این دو فلز ناهمجنس بالا رفته و منبسط می‌شوند
3. فلزی که ضریب بالاتری دارد(برنج) بیشتر منبسط می‌شود
4. اما بدلیل اینکه این دو فلز به‌هم جوش شده‌اند، فلز برنج نمی‌تواند بیشتر از آهن بلند شود و ناچارا آهن را خم می‌کند
5. با این خم شدگی عبور جریان به سمت مصرف کننده قطع می‌شود و راه مدار باز شده و موتور خاموش می‌گردد.
6. در صورت سرد شدن، فلزات به حالت اولیه خود باز می‌گردند
کاربرد بی متال چیست؟
موتورهای الکترونیکی اغلب تحمل اضافه بار را ندارند و سریع دچار آسیب سوختگی می‌شوند. بنابراین جهت رفع این مشکل از بیمتال که دارای دو فلز ناهمجنس همچون آهن و مس با ضریب انبساط متفاوت است به عنوان محافظت کننده استفاده می‌شود. جالب است بدانید که کارکرد بی‌متال‌ها یا همان رله‌های حرارتی اینگونه است که سه تیغه موجود در آنها که با سیم‌های چند حلقه‌ای پیچیده شده‌اند از آسیب رساندن به موتور الکترونیکی جلوگیری می‌کنند.
به طوریکه این تیغه‌ها بر اثر ایجاد جریان اضافه بار و بالا رفتن حرارت در یک خط اتوماسیونی گرم شده و دچار انبساط طولی می‌شوند و با تغییر حالت (خمیدگی) از خاموش شدن موتور الکترونیکی محافظت می‌کنند.
بی‌متال‌ها در کنترل درجه حرارت اتو، تستر، قهوه‌ساز، کتری برقی، اجاق گاز، پلو پز، استارت فن خودرو، پشتیباتی از مدارهای الکتریکی هواپیما و غیره کاربرد دارند
تشخیص اضافه بار از طریق بی متال در خیلی از مدارات و تجهیزات به کار می رود. به همین علت دامنه کاربرد بی متال طیف بسیار وسیعی را شامل می شود که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- ترموستات ها
- ساعت ها
- دماسنج ها
- کرنومترها
- تنظیم درجه حرارت کنترلی برخی دستگاه ها مانند ماشین لباس شویی، سرخ کن ها، پلوپز، گریل و غیره.
- دستگاه های تهویه هوا
- روشن و خاموش کردن فن خودرو
- در تمام تجهیزات الکترونیکی که عملکرد بی متالی در داخل خود دارند، مانند کلید مینیاتوری و غیره.
- محافظت از الکترو موتورها
- صنایع نفت، گاز و پتروشیمی
- پشتیبانی از مدارات الکتریکی هواپیما
- تشخیص خطای دو فاز و غیره.
مهمترین ویژگی‌های یک بی متال چیست؟
یک بیمتال با ویژگی‌های منحصر به فردی از موتورهای الکترونیکی محافظت می‌کند که در ادامه به برخی از آنها اشاره خواهیم کرد.
- یک بیمتال به تجهیزات سنجش جریان موتور مجهز است و متناسب با مقدار گرما و حرارت تولیدی یا قدرت میدان مغناطیسی ایجاد شده، عمل می‌کند.
- بی‌متال‌ها با بهره‌مندی از ویژگی تأخیر زمانی به روشن شدن موتور در هنگام برقراری جریان عبوری کمک می‌کند و در صورتی که میزان جریان عبوری به بیش از ۱۰ برابر جریان نامی موتور برسد سریع مقدار قدرت و فرمان را قطع می‌کند.
- هر بیمتال دارای دو بخش سنجش جریان و بخش کنتاکت است. که بخش سنجش بیمتال مقدار جریان موتور را ارزیابی می‌کند و بخش کنتاکت در مدارهای کنترل نقش ایفا می‌کند.
اجزای اصلی بیمتال
ترمینال
سه ترمینال ورودی در بیمتال با نام های L1، L2 و L3 مشخص شده و به طور مستقیم به خروجی کنتاکتور متصل می شوند. سه ترمینال T1، T2 و T3 ترمینال های خروجی هستند. به عنوان مثال، برای حفاظت از موتور، ورودی آن به ترمینال های خروجی بیمتال متصل می شود.
دکمه تنظیم مجدد
این دکمه که برای تنظیم مجدد رله و رفع خطا استفاده می شود، در دو حالت دکمه انتخاب دستی یا تنظیم مجدد خودکار در دسترس است. وقتی بی متال عمل می کند کنتاکت های آن تغییر وضعیت می دهند، برای بازگرداندن کنتاکت های بی متال به حالت نرمال باید دکمه ریست (RESET) یا تنظیم مجدد را فشار دهیم.
هنگامی که حالت تنظیم مجدد خودکار انتخاب شود، آنگاه تنظیم رله به صورت خودکار قابل دستیابی خواهد بود. یعنی اگر بخواهیم پس از هر بار عملکرد، کنتاکت های بی متال به صورت خود کار به حالت اولیه باز گردند، باید دکمه تنظیم مجدد را روی حالت A(Automatic) قرار دهیم. در غیر این صورت پس از هر بار عملکرد، لازم است بی متال را به صورت دستی ریست کرد.
نوار فلزی
از نوارهای فلزی با دو جنس و دو ضریب انبساط متفاوت در این تجهیز استفاده می شود. این نوار با انبساط خود از دریافت گرما، باعث قطع مدار شده و حفاظت انجام می دهد.
رسانای عبور جریان
یک رسانا که معمولا در مجاورت نوار فلزی قرار می گیرد، با دریافت جریان گرم شده و گرمای خود را به نوار فلزی منتقل می کند. این رسانا در بعضی از رله های اضافه بار حرارتی به شکل سیم پیچی حول یک ماده نا رسانا است.
مکانیزم مکانیکی قطع
با انبساط نوار فلزی، به طور معمول یک تیغه تحت تاثیر مکانیکی انبساط نوار قرار گرفته و با جابجایی خود اتصال کنتاکت ها را قطع می کند.
مزایای بیمتال
- از گرم شدن بیش از حد موتور محافظت می کند.
- دستگاهی کم هزینه است.
- بیمتال دارای دکمه تست داخلی است، که برای عیب یابی استفاده می شود.
- برخی از رله های اضافه بار حرارتی دارای دکمه انتخاب کلاس تریپ هستند.
- دارای محدوده جریان گسترده و قابل تنظیم است.
- عملکرد ریست دارد (دستی یا اتوماتیک).
- می توان آن را مستقیماً روی یک کنتاکتور نصب کرد.
معایب بیمتال
- عملکرد قطع مستقیم ندارد و برای قطع مدار باید با سایر وسایل کلید زنی مانند کنتاکتور همراه شود.
- توانایی محافظت در برابر اتصال کوتاه را ندارد.
- نسبتا کُند عمل می کند.
- خنک شدن نوار فلزی بعد از عمل کردن ضروری است.
- در استارت های سنگین عملکرد خوبی ندارد.
تفاوت کاربرد بی متال با برخی دیگر از تجهیزات الکترونیکی
- تفاوت بی متال با فیوز:
- فیوز، جریان های بالای حالت اتصال کوتاه را احساس و قطع می کند.
- توجه داشته باشید که جریان های به وجود آمده از اضافه بار زیاد، در محدوده عملکرد فیوز نیست.
- از بیمتال در مدارات سه فاز استفاه می شود، پس هنگامی که یکی از فازها دچار اختلال شود، مسیر دوفاز دیگر را نیز قطع می کند.
- تفاوت بیمتال با کلید حرارتی:
- بیمتال تنها مدار فرمان را قطع می کند اما کلید حرارتی می تواند مستقیما سه فاز مدار قدرت را قطع کند و باعث قطع شدن تغذیه موتور شود.
- بیمتال فقط از جریان حرارتی محافظت می کند، در صورتی که کلید حرارتی، علاوه بر جریان (در اصل کلید حرارتی قابلیت تشخیص اتصال کوتاه را نیز دارد) از هر دو جریان حرارتی و مغناطیسی حفاظت می نماید.
- در اصل بی متال فقط نقش حفاظت موتور را دارد، ولی کلید حرارتی، وظایف بیشتری را بر عهده می گیرد.
جمع بندی
در این مقاله با تجهیزی به نام رله اضافه بار حرارتی یا بیمتال آشنا شدیم. این تجهیز بر اساس تفاوت ضریب انبساط دو فلز، از مدار در برابر اضافه جریان محافظت می کند. این تجهیز در مدار راه انداز موتور بسیار پر کاربرد است.