کلید حرارتی یا کلید محافظ موتور (MPCB) ، همان طور که از نامشان پیداست در تابلوهای فرمان موتوری مورد استفاده قرار می گیرند. نام کامل این کلید ها Motor Protection Circuit Breaker که اکثراً با نام مخفف MPCB می شناسند. موتورهای الکتریکی کاربردهای فراوانی دارند و برای هدایت وسایل مکانیکی استفاده می شوند، بنابراین محافظت از آن ها به وسیله کلیدهای حفاظت موتوری MPCB بسیار مهم است.
این نوع کلیدها در واقع برای حفاظت در برابر اضافه بار، اتصال کوتاه، روشن و خاموش کردن الکترو موتورهای سه فاز در موتور استفاده می گردند. رنج های جریانی مختلفی از 1/0 آمپر الی 630 آمپر برای این کلیدها وجود دارد. از این نوع کلیدها می توان در موتورهایی با فرکانس کاری 50 هرتز یا 60 هرتز استفاده نمود. البته این نوع کلیدها فقط تا بازه ۱۲۵ آمپر تولید می شوند. برای بررسی بیشتر تا پایان مقاله با فرنام الکتریک همراه باشید.
اصول کار کلیدهای حرارتی MPCB
کلید حرارتی یا کلید محافظ موتور می توانند زیر مجموعه ای از یک قطع کننده مدار مغناطیسی حرارتی در نظر گرفته شوند، اما به دلیل کاربردهای خاصی که برای آن ها طراحی شده است، بهتر است در جهت حفاظت از موتورهای الکتریکی مورد استفاده قرار گیرند. در رله های حرارتی، سه تیغه تعبیه شده که سیم حامل جریان چند حلقه به دور آن پیچیده می شود. در اثر عبور جریان اضافه بار، هادی ها گرم و حرارات به بی متال منتقل می شود و باعث خم شدن تیغه می شود.
حرکت هر یک از بی متال ها به اهرمی فشار می آورد و با جا به جا شدن اهرم، یک میکروسوئیچ که دارای کنتاکت تبدیل باز و بسته است تغییر وضعیت می دهد و مدار فرمان را قطع می کند.
در مجموع اصل کار پایه ای آن ها مشابه تمام کلیدها مدار می باشد که در زیر به کلیات آن اشاره می کنیم:
• از حفاظت گرمایی آن در برابر اضافه بار استفاده می شود. این نحوه عملکرد مبتنی بر قطع موتور در صورت اتصال کنتاکت ها و زمانیست که جریان بیشتر از حد تشخیص داده شود. این نکته حائز اهمیت است که بدانیم حفاظت گرمایی دارای تاخیر در پاسخ دهی می باشد تا در زمان شروع به کار موتور جریان عبوری بالا را مجاز بداند. با این حال اگر موتور نتواند به هر دلیلی شروع به کار کند، حفاظت حرارتی / گرمایی در برابر جریان عبوری بالا در حال انجام می باشد.
• از حفاظت مغناطیسی به هنگامی که اتصال کوتاه، خطای خط یا خطای جریان زیاد و اضافی به وجود آید، استفاده می شود. بر خلاف حفاظت حرارتی، حفاظت مغناطیسی آن می باشد به عنوان مثال برای قطع فوری جریان های الکتریکی خطرناک.
• تفاوت اصلی بین کلیدهای MPCB و سایر کلیدها مدارات الکتریکی در این است که کلید MPCB می تواند در برابر عدم تعادل فاز و افت فاز حفاظت کند. موتورهای سه فاز به سه هادی برق دار با ولتاژهای متوازن نیاز دارند تا بتوانند به طور موثر عمل نمایند زیرا عدم تعادل بیش از 2% برای عمر مفید موتور زیان آور است. همچینین موتور الکتریکی تمایل دارد که بیش از حد داغ شود و باعث افزایش هزینه های انرژی اضافی به عنوان گرمای اضافی شود. به همین دلیل، یک قطع کننده مدارات موتور باید قادر به تشخیص عدم تعادل فاز و قطع کردن موتور، بر اساس آن باشد.
• اگر یکی از فازها به طور کامل قطع شود، موتور به کار خود ادامه خواهد داد، اما جریان در دو فاز باقی مانده بالاتر از مقدار اسمی است که به علت عدم تعادل الکتریکی می باشد و احتمالاً باعث سوختن سیم پیچی های موتور می شود. به این خاطر کلیدهای حفاظت موتوری باید سریعاً به محض عدم تعادل فاز یا افت فاز عمل نماید. این امر معمولاً با اندازه گیری تفاوت میان هادی های فاز به دست می آید. اگر یکی از جریان های فاز بالا برود یا به طور قابل توجهی افت داشته باشد، نشان دهنده عدم تعادل است. به همین ترتیب، اگر یکی از جریان های فاز به صفر افت کند در حالی که دو جریان دیگر باقی می مانند، افت فاز رخ داده است.
چرا حفاظت از اضافه بار حرارتی موتور مهم است؟
کار یک موتور الکتریکی شامل مقادیر زیاد اصطکاک، فرکانس های بالا و حداقل دو قطب مغناطیسی است. هر چقدر هم که یک موتور خوب طراحی شده و ایمن باشد، با این وجود، همیشه این امکان وجود دارد که در حالی که جریان هنوز از آن عبور می کند، حرکت خود را متوقف کند.
در این موارد یکی از راه های محافظت از اجزای حساس موتور الکتریکی در برابر سوختن حرارت انباشته شده، قطع برق موتور است. واکنش انسان بسیار کند است، بنابراین مهندسان راه حلی را در قالب دستگاه های حفاظت حرارتی موتور مانند انواع کلید حرارتی یا کلید محافظ موتور ارائه کرده اند.
برای جلوگیری از خاموش شدن بی دلیل و خاموش شدن حرارتی، طبقه بندی های خاصی از واحد های حفاظتی مناسب برای موتور های کوچک و قدرتمند وجود دارد. هرچه موتور قدرتمند تر باشد، قدرت بیشتری مصرف خواهد کرد و دمای آن بالا تر خواهد بود. جلوگیری از توقف غیر ضروری و متوقف شدن کارکرد موتور با نصب قطعه صحیح انجام می شود.
کاربرد کار کلید حرارتی
کلید های حرارتی اغلب به عنوان وسایل حفاظت حرارتی برای جلوگیری از آسیب ناشی از گرم شدن بیش از حد مدار های الکتریکی استفاده می شوند، هم چنین می توانند به عنوان یک دستگاه کنترل دما نیز استفاده شوند. آن ها با کنترل برق به مدار در منابع تغذیه، موتور های الکتریکی، ترانسفورماتور ها، وسایل روشنایی و بسته های باتری از گرم شدن بیش از حد در انواع محصولات مصرفی، صنعتی و تجاری جلوگیری می کنند. کاربرد های کنترل دما شامل کارکرد پمپ های حرارتی، فن های خنک کننده الکترونیکی، رله های ولتاژ پایین است که استارت موتور و جرقه زننده را برای مشعل روغنی، سوئیچ سنگین برای واحد های الکتریکی یا شیر برقی روی کوره گازی فعال می کنند.
انواع مختلف کلید حرارتی
رله های اضافه بار حرارتی معمولاً در هنگام افزایش ناگهانی برق خطرناک و فاجعه بار استفاده می شوند. اگر یک فرد یا دستگاه بیش از حد توان خروجی مصرف کند، ممکن است باعث اختلال در عملکرد شود. رله های اضافه بار حرارتی می توانند دستگاه های شما را نجات دهند و اطمینان حاصل کنند که سیستم ها خراب نمی شوند. در اینجا انواع مختلف رله وجود دارد:
رله حرارتی دو فلزی:
- رله های حرارتی دو فلزی رله های الکترونیکی هستند که در ساخت خود از دو فلز غیر مشابه استفاده می کنند. این دو فلز معمولاً از نیکل و آهن یا فولاد ساخته می شوند، اما بسته به کاربرد می توان از مواد دیگری نیز استفاده کرد.
رله های حرارتی دو فلزی مزایای زیادی نسبت به سایر انواع رله حرارتی دارند. یک مزیت این است که رله های حرارتی دو فلزی می توانند دما های بالاتری را نسبت به رله های حرارتی تحمل کنند، که آن ها را برای انتقال توان بالا یا منابع حرارتی با دمای بالا ایده آل می کند. مزیت دیگر رله های حرارتی دو فلزی این است که نسبت به رله های حرارتی استاندارد به تعمیر و نگهداری کمتری نیاز دارند. زیرا از دوام بیشتری نسبت به انواع معمولی برخوردار هستند. این امر پیگیری رله دو فلزی را آسان تر می کند و اطمینان حاصل می کند که به دلیل سوء استفاده یا استفاده نادرست کاربر، آسیب نمی بیند یا زود فرسوده نمی شود.
رله های حالت جامد:
- رله های حالت جامد دستگاه های حالت جامد هستند که از مواد نیمه هادی به عنوان کلید استفاده می کنند. تریستور رایج ترین رله حالت جامد، یک دستگاه سه ترمینال بدون مقاومت داخلی و قطعات متحرک است. انواع دیگر رله های حالت جامد، تریاک ها هستند که دارای سه ترمینال اما فقط یک سیم پیچ هستند و SCR یا یکسو کننده های کنترل شده با سیلیکون که دارای سه پایانه با دو سیم پیچ نیز می باشد. آن ها در برنامه هایی استفاده می شوند که سرعت و قابلیت اطمینان ضروری است.
رله های حالت جامد مزایای زیادی نسبت به همتایان سنتی خود دارند. آن ها برای کار کردن به انرژی کمتری نیاز دارند. زیرا برای رسانایی به انرژی مکانیکی نیاز ندارند و می توان آن ها را با دقت بیشتری نسبت به کلید های مکانیکی کنترل کرد. با این حال، استفاده از رله های حالت جامد به جای رله های مکانیکی دارای معایبی است.
آن ها گران تر از رله های مکانیکی هستند. به دلیل نداشتن قطعات متحرک از قابلیت اطمینان کمتری برخوردار هستند و هم چنین آن ها فقط می توانند به طور همزمان مقادیر کمی از جریان را کنترل کنند.
رله های کنترل دما:
رله های کنترل دما برای کنترل دمای یک سیستم استفاده می شوند. این واحد های رله می توانند دمای هر وسیله الکتریکی از جمله سیستم های تهویه مطبوع و گرمایش را کنترل کنند. یک رله کنترل دما دارای دو خروجی است که می تواند به دو مدار مجزا متصل شود. خروجی دوم مداری را که از خروجی اول برق دریافت می کند کنترل می کند.
مقدار توانی که یک رله کنترل دما به یک مدار ارسال می کند با درجه بندی آن و میزان جریانی که می تواند تحمل کند تعیین می شود. متداول ترین درجه بندی های یافت شده برای این دستگاه ها 5 آمپر، 10 آمپر، 20 آمپر و 30 آمپر است. درجه آمپر بالاتر به این معنی است که می تواند قدرت بیشتری را نسبت به درجه های آمپر پایین تر تحمل کند، اما همچ نین به این معنی است که گرم کردن یا خنک کردن دستگاه بیشتر طول می کشد زیرا جریان بیشتری در آن واحد می گذرد.
وظیفه کلید حرارتی چیست؟
کلید اضافه بار حرارتی رله ای است که برای محافظت از سیستم های الکتریکی از شرایط گرمای بیش از حد طراحی شده است. برق مدار را قطع نمی کند، اما در عوض حس می کند که جریان به حد کافی بالا رسیده و باز می شود و به موتور اجازه می دهد به کار خود ادامه دهد.
رله های اضافه بار حرارتی از موتور ها، ترانسفورماتور ها و سایر وسایل الکتریکی در برابر گرمای بیش از حد محافظت می کنند. این رله ها اغلب در نقاطی نصب می شوند که مدار الکتریکی با چندین دستگاه روی آن وجود دارد. اگر یکی از این دستگاه ها بیش از حد گرم شود، می تواند به خود یا سایر قسمت های این مدار آسیب برساند. کلید محافظ موتور سه عملکرد اصلی دارد:
- انباشته شدن گرما را در موتور ها و سایر وسایل الکتریکی روی مدار حس می کند و در صورت رسیدن به سطح دمای از پیش تعیین شده، زنگ هشدار را فعال می کند.
- این تجهیز به عنوان یک کلید عمل می کند که به الکتریسیته از یک قسمت مدار اجازه عبور می دهد و در عین حال از عبور آن از قسمت دیگر آن جلوگیری می کند. این امر از آسیب ناشی از گرمای بیش از حد یا بارگذاری بیش از حد و آسیب رساندن به سایر اجزای سیستم جلوگیری می کند.
- در برابر نوسانات ولتاژ ناشی از صاعقه و قطع برق که می تواند به تجهیزات حساس الکتریکی در خانه یا ساختمان شما آسیب برساند، محافظت می کند.
تفاوت کلید حرارتی و بی‌متال
پس از بررسی‌های صورت گرفته توسط تیم مهندسی کوشا الکترونیک دریافتیم که، از لحاظ عملکرد، کلید حرارتی شبیه بی‌متال است. وظیفه هردو ، حفاظت موتور در برابر اضافه جریان است. اما در ساختمان این دو تفاوت‌هایی وجود دارد که باعث می‌شود، ضریب امنیت کلید حرارتی بیشتر از بی‌متال باشد .
- بی‌متال مدار فرمان را قطع می‌کند ولی کلید حرارتی مستقیماً سه فاز مدار قدرت را قطع کرده و باعث قطع الکتروموتور می‌شود.
- کلید حرارتی، موتور را در برابر هر دو جریان حرارتی و مغناطیسی محافظت می‌کند ولی بی‌متال تنها در برابر جریان حرارتی حفاظت دارد.
- برخلاف بی‌متال، در کلید حرارتی امکان قطع دستی مدار نیز وجود دارد.
- بی‌متال در برابر دمای محیط بسیار حساس است.