تماس با ما : 09121012481

بی متال چیست ؟

14 دقیقه مدت زمان مطالعه مقاله
 بی متال چیست ؟

گاهی اوقات در یک خط اتوماسیونی با بالا رفتن جریان و به سبب آن بالا رفتن حرارت، آسیب های شدیدی به مدار وارد می شود. برای حل این مشکل از یک تجهیز ساده و در عین حال بسیار مهم به نام بی متال استفاده می شود.رله حرارتی بی متال   (Bimetallic Thermal Overload Relay) نوعی رله اضافه بار است که برای جلوگیری از داغ شدن بیش از حد موتور الکتریکی استفاده می‌شود.

 

استفاده از رله‌های اضافه بار، فیوزها و یا مدارشکن‌ها می‌توانند موجبات ایمن کار کردن یک موتور الکتریکی را فراهم کنند. رله اضافه بار از موتور محافظت می‌کند، در حالی که از فیوز برای محافظت از مدار استفاده می‌شود. به بیان دقیق‌تر، فیوزها و همچنین مدارشکن‌ها برای تشخیص و قطع جریان اضافه بار درون مدار در نظر گرفته می‌شوند، در حالی که رله اضافه بار جلوگیری از گرم شدن بیش از حد موتور الکتریکی به کار می‌رود. تا جایی که یک رله اضافه بار می‌تواند بدون قطع مدار شکن (بریکر) فرمان خاموش شدن موتور را صادر کند.


تعریف کلی بی متال چیست؟ چگونگی استفاده بی متال در مدار


هر موتور به منظور اطمینان از عملکرد طولانی و ایمن و هم چنین کم کردن زمان خرابی باید از هر نوع خطای ممکن محافظت شود. تقریبا تمامی صنایع برای کنترل فرآیند و تولیدشان به موتورهای الکتریکی متکی هستند. بنابراین لازم است موتور حتما ایمن شود. رله اضافه بار حرارتی ( بیمتال) یکی از انواع تجهیزاتی است که موتور را در مقابل آسیب های ایجاد شده در برابر اضافه بار و اضافه جریان محافظت می کند. بی متال به همراه کنتاکتور مورد استفاده قرار می گیرد و می توان آن را در مراکز کنترل موتور و استارتر های موتور پیدا کرد.


 
بی متال چیست؟


همانطور که گفته شد یک بیمتال وسیله ای است که یک موتور الکتریکی را در مقابل اضافه بار و خطای فاز محافظت می کند. بی متال اضافه بار موتور را احساس می کند و بنابراین توان عبوری به سوی موتور را قطع و بنابراین آن را از گرمایش بیش از حد و آسیب های گسترده محافظت می کند. جدا از اضافه بار بیمتال می تواند موتور را در مقابل خطای فاز و عدم تعادل فاز هم محافظت نماید.


 
اضافه بار چیست؟


اضافه بار شرایطی می باشد که در آن موتور در یک دوره طولانی جریانی بیش از مقدار نامی را می کشد. این شرایط در واقع عیب بزرگی می باشد و در نتیجه می تواند موجب افزایش بیش از حد در سیم پیچی موتور شود از این رو بازگشت به شرایط عادی بسیار مهم است.

 
عملکرد بی متال


اساس کار بی متال بر پایه اختلاف ضریب انبساط طولی دو فلز است، به طوری که در اثر عبور جریان اضافه بار، دو فلز گرم می شوند و طول آنها زیاد می شود، در این حالت دو فلز به سمت فلز با ضریب انبساط طولی کمتر خم می شوند. حرکت هر یک از بیمتال ها به یک اهرم فشار می آورد و در نتیجه این خم شدن، با جا به جا شدن هریک از اهرم ها، یک میکروسوئیچ که دارای کنتاکت تبدیل باز و بسته است، تغییر وضعیت می دهد و مسیر عبور جریان قطع شده و مدار باز می شود.


گاهی مواقع این قطعه آهسته عمل می کند و یا ایجاد جرقه می کند و محل های اتصال می سوزند و سوختگی ایجاد می کنند.برای رفع چنین مشکلاتی، دو آهن ربا در پایین و بالای تیغه دو فلزی قرار داده می شود، که موقع وارد کردن نیروی مغناطیسی به آنها، باعث بسته شدن سریع اتصال می شود و در نتیجه از ایجاد سوختگی جلوگیری می کند.


جنس این دو فلز معمولا فولاد و مس و یا در بعضی موارد فولاد و برنج است که معمولا با پرچ، جوشکاری و یا لحیم کاری به هم متصل می شوند. بی متال از اتصال این دو فلز ناهمجنس با ضرایب انبساطی متفاوت ساخته می شود، که فلز با ضریب سرعت انبساط بالاتر، در ضلع خارجی انحنای دما قرار می گیرد و این دو فلز به نوعی در حرارت به هم پرس می شوند که به صورت یک تکه دیده می شوند. روال کار بیمتال ها هم به این صورت است که در اثر عبور جریان اضافه بار حرارت زیاد شده و قطعه هادی بیمتال (که در حالت نرمال صاف است) به سمت فلز با ضریب انبساط کمتر خم می شود و با سرد شدن مجددا به حالت اول خود بر می گردد.


بی متال در صورت احساس بار اضافه، فرمان قطع به کنتاکتور یا کلید بالا دست خود می دهد.شرایط عملکردی آنها در دما های از -20 تا +60 درجه سانتی گراد متغیر است.بر روی بی متال های سه فاز معمولا سه تیغه کنتاکت قدرت جهت عبور جریان سه فاز و اتصال به کنتاکتور وجود دارد که به صورت سری در مسیر مصرف کننده سه فاز قرار می گیرند. هم چنین بر روی آن ها، چند عدد کنتاکت فرمان جهت استفاده در مدار فرمان قرار دارد.

که معمولا شامل دو عدد کنتاکت کمکی بسته (NC)(جهت قطع کردن تغذیه کنتاکتور در حالت اضافه بار) و دو عدد کنتاکت کمکی باز (NO) (جهت ارسال آلارم سیگنال یا نویز جهت اطلاع اپراتور) می باشد. همچنین بر روی اکثر بیمتال ها یک دکمه تغییر وضعیت دستی و اتوماتیک وجود دارد که در حالت دستی پس از اضافه بار و قطع شدن مدار توسط بیمتال، اپراتور باید به صورت دستی بیمتال را RESET نماید، اما در حالت اتوماتیک پس از عمل کردن بیمتال، پس از گذشت زمانی معین بیمتال به صورت اتوماتیک ریست می گردد و مجددا وارد مدار می شود. بیمتال عمدتا برای حفاظت موتور در حالت سه فاز به کار برده می شود و به پایین کنتاکتور، قبل از موتور وصل می شود.بیمتال ها رنج وسیعی از جریان شامل بازه ی 0.12 تا 800 آمپر را پوشش می دهند.


عملکرد بی متال در جریان بالا


وقتی بی متال را در رنج های جریان بالا استفاده می کنیم، از ترانسفورماتور جریان (CT) جهت اندازه گیری جریان استفاده می شود و هادی قدرت (هادی با جریان اصلی) از داخل CT عبور داده شده و توسط CT جریان ایجاد شده از حول هادی به سیم پیچ ثانویه منتقل می شود و توسط قسمت فرمان بی متال امنیت مصرف کننده تامین می شود؛ که اگر از حد تنظیم شده تجاوز کرد، قسمت فرمان بی متال عمل کرده و در نهایت مدار فرمان را قطع می کند، که باعث قطع کل مدار خواهد شد.


انواع بی متال


بی متال ها معمولا بر حسب نوع ریست شدن در مدارات (برگشت به حالت اولیه) به سه دسته تقسیم می شوند:


1.    بی متال های دستی
2.    بی متال های اتوماتیک
3.    بی متال های دستی و اتوماتیک

 


•    بی متال دستی


در بی متال دستی (H) به معنای Hand و یا همان بی متال های Manual، بعد از اینکه بی متال در مدار عمل می کند و مدار قطع می شود، فلز بی متال سرد شده و به حالت اولیه خود برمی گردد، ولی کنتاکت های داخل بی متال که برای قطع کردن مدار تغییر حالت داده اند، در همان حالت باقی می مانند و برای برگرداندن آنها به حالت اولیه باید دکمه Reset که روی بی متال است را به طور دستی فشار دهیم، تا کنتاکت ها آماده قطع مجدد مدار باشند.از این نوع بی متال هم در سیستم های با مدار فرمان اتوماتیک و هم در سیستم های با مدار فرمان غیر اتوماتیک استفاده می شود.


مداراتی که معمولا تنظیم دستی دارند عبارتند از:


منبع تغذیه، تجهیزات پزشکی، بخاری آب، تجهیزات تهویه مطبوع و برخی دیگر از لوازم خانگی و تجهیزات صنعتی


•    بی متال های اتوماتیک


به بی متال هایی که کنتاکت ها در آنها بعد از گذشت مدت زمان معین و در یک دمای معین به طور خودکار به حالت اولیه باز می گردند، بی متال های اتوماتیک می گویند.در اصل اگر بخواهیم پس از هربار عملکرد بی متال، کنتاکت های آن به صورت خودکار به حالت اولیه برگردند، باید بی متال را روی حالت A به معنای (Automatic) قرار دهیم.از این نوع بی متال در سیستم هایی که مدار فرمان آنها به صورت دستی کنترل می شود، استفاده می شود.برای تغییر از وضعیت Automatic به وضعیت Hand، نیازی به فشردن دکمه قرمز یا همان Stop نداریم. ولی برای تغییر وضعیت از حالت Hand به Automatic، لازم است هنگام چرخش این دکمه، دکمه قرمز کمی فشار داده شود.


•    بی متال های دستی و اتوماتیک


نوع دیگری از بی متال ها نیز هستند که هر دو حالت دستی و اتوماتیک را در یک مجموعه دارند و برای تغییر حالت بی متال از یک کلید که روی بی متال قرار دارد، استفاده می شود. که توسط همان یک کلید می توان بی متال را در وضعیت قطع دستی یا اتوماتیک قرار داد.


تست بی متال


1.    تست سرد (Cold Test): در روش تست سرد به میزان دو برابر جریان نامی بی متال به آن جریان تزریق می گردد و زمان عملکرد بیمتال ثبت می گردد.
2.    تست گرم (Hot Test): در این تست جریانی معادل شش برابر جریان نامی از بی متال عبور داده می شود و زمان عملکرد بیمتال ثبت می گردد. دلیل آنکه این تست بعد از تست سرد و عمل کردن رله انجام می شود به آن تست گرم می گویند.
3.    تست دو فاز: در این روش یکی از فازها را قطع کرده و مدار با دو فاز بسته می شود. زمان عمل کردن رله را با روش های ثبت شده از تست های قبل مقایسه می کنند.بی متال ها بر حسب اینکه HOT باشند یا COLD، محدوده ای از تریپ یا قطع را در بر می گیرند.

 

ترانسفورماتور جریان (Current Transformator)


در مدارات فشار متوسط و قوی به صورت سری و با دو هدف به کار می رود:


1.    برای مقاصد اندازه گیری: خروجی CT به دستگاه های اندازه گیری آمپرمتر، مگاواتمتر، کنتور راکتیو و اکتیو متصل بوده و هسته این CT ها در اتصال کوتاه به اشباع می رود و مانع از ازدیاد جریان ثانویه شده و در نتیجه مانع سوختن در سمت ثانویه می شود.
2.    برای مقاصد حفاظت شبکه: خروجی CT به رله های حفاظتی که کمیت جریان نیاز دارند، متصل می شود؛ مانند رله اضافه جریان و یا رله اتصال زمین


ساختمان داخلی بیمتال


اجزای تشکیل دهنده (ساختمان داخلی) بی متال یا رله حرارتی عبارتند از:


•    تیغه های مسی جهت اتصال به کنتاکتور 
•    ترمینال های خروجی جهت ارتباط به کابل های مصرف کننده 
•    کنتاکت های باز و بسته مدار فرمان (باز یا همان NO با شماره های 97 و 98 / بسته یا همان NC با شماره های 95 و 96)
•    زبانه یا پیچ جهت تنظیم جریان یا حساسیت بیمتال (این جریان را با توجه به شدت جریان نامی موتور که روی پلاک آن نوشته شده است، تنظیم می کنیم. تنظیم یک بی متال بستگی به مشخصه های موتوری دارد که قرار است محافظت شود.)
•    پیچ تغییر وضعیت به دو حالت دستی و اتومات (حالت A، اتوماتیک و حالت H، دستی)
•    دکمه ریست یا برگشت به حالت اولیه (جهت برگرداندن مجدد بیمتال به مدار)


عملکرد استاندارد بی متال


یک بی متال استاندارد باید رفتاری مطابق با موارد زیر داشته باشد:


1.    هرگز در بار نامی مدار را قطع نکند.
2.    اگر جریان عبوری از مدار در مدت زمان بیشتر از 2 ساعت به مقدار 5 درصد بیشتر از جریان تنظیم شده روی بی متال باشد، مدار را قطع کند.
3.    اگر جریان عبوری از مدار به مقدار 1.5 برابر جریان تنظیم شده روی بی متال باشد، در کمتر از دو ساعت مدار را قطع کند.
4.    اگر جریان عبوری از مدار به اندازه 20% بیشتر از جریان تنظیم شده روی بی متال باشد، در کمتر از دو ساعت مدار را قطع کند.
5.    اگر جریان عبوری از مدار به 6 برابر جریان تنظیم شده روی بی متال برسد، در راه اندازی معمولی باید در زمان بیشتر از 2 ثانیه و در راه اندازی های سخت باید در زمان بیشتر از 5 ثانیه مدار را قطع کند.
6.    تمام بی متال ها باید برخی از انواع تاخیر زمانی را داشته باشند. چون موتور در لحظه استارت چند برابر جریان نامی خود جریان می کشد، اگر یک بی متال تاخیر زمانی نداشته باشد، هیچ گاه یک موتور نمی تواند روشن شود.

 


کاربرد بی متال


تشخیص اضافه بار از طریق بی متال در خیلی از مدارات و تجهیزات به کار می رود. به همین علت دامنه کاربرد های بی متال طیف بسیار وسیعی دارد. که چند مورد از آنها عبارتند از:


1.    ترموستات ها
2.    ساعت ها
3.    دماسنج ها
4.    کرنومترها
5.    تنظیم درجه حرارت کنترلی برخی دستگاه ها مانند ماشین لباس شویی، سرخ کن ها، پلوپز، گریل و غیره
6.    دستگاه های تهویه هوا
7.    روشن و خاموش کردن فن خودرو
8.    در تمام تجهیزات الکترونیکی که عملکرد بی متالی در داخل خود دارند، مانند کلید مینیاتوری و غیره
9.    محافظت از الکترو موتورها
10.    صنایع نفت، گاز و پتروشیمی
11.    پشتیبانی از مدارات الکتریکی هواپیما
12.    تشخیص خطای دو فاز


به علت زیاد بودن کاربردهای بی متال به ذکر موارد فوق اکتفا کردیم.


طریقه تشخیص خطای دو فاز توسط بی متال


در مدت عملکرد نرمال و عادی مدار، جریانی که از هر قطب یک بی متال به سمت موتور می رود، در یک بازه زمانی، ثابت است. ولی اگر بنا به هر دلیلی در عملکرد هریک از فازها اختلالی رخ بدهد و یا یکی از فازها قطع شود، جریان از طریق دو فاز دیگر به مقداری بالاتر از مقدار نرمال کارکرد همزمان سه فاز می رسد و از جریان اسمی قابل قبول سیم پیچ ها تجاوز می کند. از این رو بیمتال گرم شده و در نهایت تریپ می دهد. این خطا را خطای دو فاز می نامند.این خطا معمولا به علت سوختن فیوز در یک یا دو فاز رخ می دهد.


تفاوت بی متال با برخی دیگر از تجهیزات الکترونیکی


•    تفاوت بی متال با فیوز:


فیوز، جریان‌های بالای حالت اتصال کوتاه را احساس و قطع می کند و جریان‌های 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، ولی کلید حرارتی می تواند مستقیما سه فاز مدار قدرت را قطع کند و باعث قطع شدن تغذیه موتور می شود.بیمتال فقط از جریان حرارتی محافظت میکند، در صورتی که کلید حرارتی هم از جریان حرارتی محافظت می کند و هم از جریان مغناطیسی (در اصل کلید حرارتی قابلیت تشخیص اتصال کوتاه را نیز دارد).در اصل بی متال فقط نقش حفاظت موتور را دارد، ولی کلید حرارتی، نقش های بیشتری را به عهده دارد.


نصب (اتصال یا قرار گیری) بی متال


به چند روش می توان موتور را به منبع تغذیه وصل کرد


نکته قابل توجه برای اتصال بی متال این است که بیمتال جهت عمل کردن و قطع مدار نیاز به گرم شدن تیغه ها دارد، یعنی مدت زمان کوتاهی جهت گرم شدن تیغه ها و عمل کردن بیمتال می باید وجود داشته باشد. به همین جهت در صورت وجود خطای اتصال کوتاه در یک مدت زمان کوتاه میزان بسیار بالایی از جریان از بیمتال می گذرد و قبل از آنکه بیمتال بتواند عمل کند تیغه های آن در اثر حرارت بالا از بین می روند.

 

برای جلوگیری از این مشکل جهت حفاظت خطای اتصال کوتاه در مدار، کلید بریکر اتوماتیک یا مینیاتوری استفاده می شود تا در صورت بروز این خطا به سرعت کلید اتوماتیک مدار را قطع کند تا بیمتال خراب نشود.

 

 

برای قرار گیری بی متال قبل از موتور و اتصال آن به منبع تغذیه، روش مرسوم آن روش مستقیم است و آن این است که مینیاتوری در بالا دست آن قرار می دهیم. در اصل چون بی متال فقط تشخیص خطای حرارتی را دارد، برای تشخیص خطای مغناطیسی لازم است مینیاتوری قبل از بی متال باشد.جهت کسب اطلاعات بیشتر به سایت آژند برق مراجعه نمایید.