بی‌متال یکی از تجهیزات مهم حفاظتی در برق صنعتی است که برای جلوگیری از آسیب دیدن موتورهای الکتریکی در برابر اضافه‌بار استفاده می‌شود. این قطعه معمولاً در کنار کنتاکتور نصب می‌شود و با تشخیص جریان بیش از حد مجاز، فرمان قطع مدار را صادر می‌کند تا از داغ شدن بیش از اندازه موتور و آسیب به سیم‌پیچ‌های آن جلوگیری شود.

در تابلوهای برق صنعتی، انتخاب صحیح بی‌متال اهمیت زیادی دارد؛ زیرا تنظیم نادرست یا انتخاب مدل نامناسب می‌تواند باعث قطع بی‌مورد دستگاه یا کاهش حفاظت از موتور شود. در این مقاله با مفهوم بی‌متال، نحوه عملکرد، کاربردها و تفاوت آن با فیوز آشنا می‌شویم.

بی‌متال چیست؟

بی‌متال (Bimetal) در لغت به قطعه‌ای متشکل از دو فلز با ضریب انبساط حرارتی متفاوت گفته می‌شود. در تجهیزات برق صنعتی، اصطلاح بی‌متال معمولاً برای رله اضافه‌بار حرارتی موتور به کار می‌رود.

در این رله، جریان عبوری از مدار باعث ایجاد گرما می‌شود. اگر جریان برای مدت مشخصی بیشتر از مقدار مجاز باشد، نوار دوفلزی گرم شده و خم می‌شود. این حرکت، مکانیزم داخلی رله را فعال می‌کند و کنتاکت کنترلی آن تغییر وضعیت می‌دهد تا کنتاکتور مدار موتور را قطع کند.

بی‌متال بیشتر برای حفاظت موتور در برابر اضافه‌بار طولانی‌مدت به کار می‌رود و به‌تنهایی جایگزین حفاظت اتصال کوتاه نیست.

اجزای اصلی بی‌متال

بی‌متال‌های صنعتی با توجه به برند و مدل، ساختارهای متفاوتی دارند؛ اما معمولاً اجزای زیر در عملکرد آن‌ها نقش دارند:

• نوار دوفلزی: بخش حساس به حرارت که در اثر گرم شدن خم می‌شود.

• المان‌های حرارتی: گرمای متناسب با جریان عبوری را ایجاد می‌کنند.

• مکانیزم قطع: حرکت نوار دوفلزی را به عملکرد مکانیکی تبدیل می‌کند.

• کنتاکت کمکی NC: در حالت عادی بسته است و هنگام تریپ باز می‌شود.

• کنتاکت کمکی NO: در مدل‌های دارای این کنتاکت، برای اعلام وضعیت یا ارسال هشدار کاربرد دارد.

• پیچ تنظیم جریان: امکان تنظیم رله متناسب با جریان نامی موتور را فراهم می‌کند.

• کلید ریست: برای بازنشانی رله پس از رفع علت خطا استفاده می‌شود؛ نوع ریست می‌تواند دستی یا خودکار باشد.

بی‌متال چگونه کار می‌کند؟

عملکرد بی‌متال بر پایه اثر حرارت ناشی از عبور جریان و تفاوت انبساط دو فلز است. روند عملکرد آن معمولاً به شکل زیر انجام می‌شود:

۱. عملکرد عادی موتور

هنگامی که موتور با جریان مجاز کار می‌کند، بی‌متال در وضعیت عادی باقی می‌ماند و کنتاکتور برق موتور را وصل نگه می‌دارد.

۲. افزایش جریان و ایجاد حرارت

اگر موتور برای مدتی بیشتر از حد مجاز جریان بکشد، مانند زمانی که بار مکانیکی بیش از اندازه است، گرمای بیشتری در المان‌های حرارتی ایجاد می‌شود.

۳. خم شدن نوار دوفلزی

با افزایش دما، دو فلز به میزان متفاوت منبسط می‌شوند و نوار دوفلزی خم می‌شود. در صورت تداوم اضافه‌بار، این حرکت به حد عملکرد مکانیزم رله می‌رسد.

۴. قطع مدار از طریق کنتاکتور

با فعال شدن بی‌متال، کنتاکت بسته NC آن در مدار فرمان باز می‌شود. در نتیجه بوبین کنتاکتور بی‌برق شده و کنتاکتور، مدار قدرت موتور را قطع می‌کند.

نکته مهم: بی‌متال معمولی به‌تنهایی کنتاکت قدرت لازم برای قطع مستقیم جریان اصلی موتور را ندارد؛ بنابراین در مدارهای متداول، همراه با کنتاکتور استفاده می‌شود.

کاربردهای بی‌متال در برق صنعتی

بی‌متال در بسیاری از سیستم‌هایی که از موتور الکتریکی استفاده می‌کنند، نقش حفاظتی دارد. مهم‌ترین کاربردهای آن عبارت‌اند از:

• تابلوهای برق صنعتی: حفاظت از موتورهای نصب‌شده در خطوط تولید و ماشین‌آلات.

• پمپ‌های آب و صنعتی: کمک به جلوگیری از آسیب موتور در شرایط اضافه‌بار.

• سیستم‌های تهویه و سرمایش: حفاظت موتورهای فن و برخی تجهیزات دارای کمپرسور.

• نوار نقاله‌ها: حفاظت از موتور در صورت افزایش بار مکانیکی.

• دستگاه‌های تولیدی: استفاده در ماشین‌آلاتی که به کارکرد پیوسته و مطمئن موتور نیاز دارند.

• سیستم‌های سه‌فاز: در مدل‌های مناسب، تشخیص برخی شرایط مانند قطع فاز نیز امکان‌پذیر است.

میزان حفاظت در برابر قطع فاز و سایر خطاها به طراحی و مشخصات رله بستگی دارد؛ بنابراین باید اطلاعات فنی مدل موردنظر بررسی شود.

تفاوت بی‌متال با فیوز چیست؟

بی‌متال و فیوز هر دو از تجهیزات حفاظتی مدار برق هستند، اما عملکرد و کاربرد آن‌ها متفاوت است.

بی‌متال برای حفاظت موتور الکتریکی در برابر اضافه‌بار طولانی‌مدت استفاده می‌شود. زمانی که جریان موتور برای مدت مشخصی از مقدار مجاز بیشتر شود، بی‌متال فعال شده و با قطع مدار فرمان کنتاکتور، برق موتور را قطع می‌کند. این قطعه معمولاً پس از رفع مشکل و خنک شدن، قابل ریست و استفاده مجدد است.

فیوز برای حفاظت مدار در برابر جریان بیش از حد و، در صورت انتخاب نوع مناسب، اتصال کوتاه به کار می‌رود. هنگامی که جریان از محدوده تحمل فیوز فراتر برود، المان داخلی آن ذوب می‌شود و مدار را قطع می‌کند. پس از سوختن فیوز، باید آن را با فیوز مناسب و دارای مشخصات صحیح جایگزین کرد.

تفاوت‌های اصلی بی‌متال و فیوز

• نوع حفاظت: بی‌متال عمدتاً برای حفاظت موتور در برابر اضافه‌بار استفاده می‌شود؛ فیوز مناسب می‌تواند حفاظت اتصال کوتاه را فراهم کند.

• نحوه عملکرد: بی‌متال با اثر حرارتی جریان و فعال شدن مکانیزم داخلی عمل می‌کند؛ فیوز با ذوب شدن المان داخلی مدار را قطع می‌کند.

• استفاده مجدد: بی‌متال معمولاً پس از رفع علت خطا قابل ریست است؛ فیوز سوخته باید تعویض شود.

• نحوه نصب: بی‌متال معمولاً همراه کنتاکتور در مدار موتور نصب می‌شود؛ فیوز در مسیر مدار قدرت قرار می‌گیرد تا در شرایط خطا جریان را قطع کند.

آیا بی‌متال جایگزین فیوز می‌شود؟

خیر. بی‌متال معمولی به‌تنهایی برای قطع جریان اتصال کوتاه طراحی نشده است. در بسیاری از مدارهای موتور، بی‌متال برای حفاظت اضافه‌بار و فیوز مناسب برای حفاظت اتصال کوتاه استفاده می‌شود. انتخاب و هماهنگی این تجهیزات باید بر اساس مشخصات موتور، جریان خطا و دستورالعمل سازنده انجام شود.

تفاوت بی‌متال با کنتاکتور چیست؟

کنتاکتور و بی‌متال اغلب کنار یکدیگر نصب می‌شوند، اما وظایف متفاوتی دارند:

• کنتاکتور: برای وصل و قطع کنترل‌شده مدار قدرت موتور استفاده می‌شود.

• بی‌متال: اضافه‌بار را تشخیص می‌دهد و از طریق مدار فرمان، فرمان قطع کنتاکتور را صادر می‌کند.

به زبان ساده، کنتاکتور وظیفه کلیدزنی را بر عهده دارد و بی‌متال وظیفه تشخیص اضافه‌بار و فعال کردن حفاظت را انجام می‌دهد.

چگونه بی‌متال مناسب انتخاب کنیم؟

برای انتخاب بی‌متال مناسب، فقط توجه به نام برند یا ظاهر دستگاه کافی نیست. موارد زیر باید بررسی شوند:

۱. جریان نامی موتور

جریان پلاک موتور یکی از مهم‌ترین معیارهای انتخاب بی‌متال است. محدوده تنظیم جریان رله باید با جریان نامی موتور سازگار باشد و تنظیم آن مطابق پلاک موتور و دستورالعمل سازنده انجام شود.

۲. محدوده تنظیم جریان بی‌متال

بی‌متال‌ها در بازه‌های جریان مختلف تولید می‌شوند. برای مثال، رله‌ای با محدوده تنظیم ۹ تا ۱۳ آمپر فقط زمانی مناسب است که جریان موردنیاز موتور و دستورالعمل انتخاب سازنده با این بازه مطابقت داشته باشد.

۳. سازگاری با کنتاکتور

در صورت نصب مستقیم روی کنتاکتور، باید سازگاری مکانیکی و الکتریکی دو تجهیز بررسی شود. هر بی‌متالی به هر کنتاکتوری متصل نمی‌شود.

۴. شرایط راه‌اندازی موتور

موتورهایی که زمان راه‌اندازی طولانی یا بار راه‌اندازی سنگین دارند، ممکن است به کلاس تریپ متفاوتی نیاز داشته باشند. انتخاب کلاس مناسب باید با توجه به جریان راه‌اندازی و مدت آن انجام شود.

۵. شرایط محیطی

دمای محیط، نحوه نصب و شرایط کاری تابلو می‌توانند بر عملکرد رله حرارتی اثر بگذارند. در محیط‌های دارای تغییرات دمایی قابل توجه، بررسی ویژگی جبران دمای محیط اهمیت دارد.

۶. نوع ریست و امکانات حفاظتی

بررسی دستی یا خودکار بودن ریست، وجود نشانگر تریپ و قابلیت تشخیص قطع فاز از دیگر موارد مهم است. ریست خودکار در برخی ماشین‌آلات می‌تواند باعث راه‌اندازی ناخواسته موتور شود؛ بنابراین باید با توجه به ایمنی سیستم انتخاب شود.

چرا بی‌متال بی‌دلیل قطع می‌کند؟

قطع مکرر بی‌متال همیشه به معنای خرابی خود قطعه نیست. چند علت رایج عبارت‌اند از:

• افزایش بار مکانیکی موتور

• تنظیم جریان کمتر از مقدار مناسب

• انتخاب محدوده جریان نامناسب

• قطع شدن یکی از فازها یا نامتعادل بودن جریان‌ها

• شل بودن اتصالات و ایجاد حرارت غیرعادی

• انتخاب کلاس تریپ نامناسب برای زمان راه‌اندازی

• دمای بالای محیط یا نصب نامناسب

پیش از تعویض بی‌متال، علت تریپ باید توسط فرد متخصص بررسی شود. بالا بردن تنظیم جریان بدون بررسی علت، می‌تواند حفاظت موتور را مختل کند.

جمع‌بندی

بی‌متال یکی از تجهیزات کلیدی در حفاظت موتورهای الکتریکی است که با تشخیص اضافه‌بار و فعال کردن کنتاکت کنترلی، باعث قطع کنتاکتور می‌شود. این قطعه با فیوز تفاوت دارد و معمولاً در کنار تجهیزات حفاظت اتصال کوتاه به کار می‌رود.

برای انتخاب بی‌متال مناسب باید جریان نامی موتور، محدوده تنظیم، سازگاری با کنتاکتور، کلاس تریپ و شرایط نصب را در نظر گرفت.

خرید بی‌متال و تجهیزات برق صنعتی از بنیان آروین شایا

شرکت بنیان آروین شایا در زمینه تأمین تجهیزات برق صنعتی و اتوماسیون فعالیت می‌کند. اگر برای انتخاب و خرید بی‌متال، کنتاکتور یا سایر تجهیزات حفاظتی تابلو برق به راهنمایی نیاز دارید، می‌توانید برای بررسی مشخصات فنی و استعلام موجودی و قیمت با مجموعه تماس بگیرید تا متناسب با نیاز پروژه خود انتخاب دقیق‌تری داشته باشید.