بیمتال چیست؟ بررسی عملکرد، کاربرد و نحوه انتخاب بیمتال

بیمتال چیست؟

بیمتال چیست؟ بیمتال یا رله اضافه‌بار حرارتی (Thermal Overload Relay) یکی از تجهیزات مهم حفاظتی در مدار راه‌اندازی و کنترل الکتروموتورها است که وظیفه اصلی آن محافظت از موتور در برابر اضافه‌بار و افزایش بیش از حد جریان است. این تجهیز معمولاً در کنار کنتاکتور مورد استفاده قرار می‌گیرد و با تشخیص شرایط اضافه‌بار، مدار فرمان کنتاکتور را قطع می‌کند تا موتور از ادامه کار در شرایط نامناسب خارج شود.

اساس عملکرد بیمتال بر خاصیت حرارتی دو فلز با ضریب انبساط متفاوت است. عبور جریان از المنت حرارتی باعث افزایش دمای این قسمت می‌شود و در صورت ادامه‌دار بودن اضافه‌بار، تیغه بیمتال تغییر شکل می‌دهد. این تغییر شکل مکانیزم داخلی رله را فعال کرده و وضعیت کنتاکت‌های کمکی را تغییر می‌دهد.

به همین دلیل، بیمتال را باید بخشی از سیستم حفاظت موتور دانست، نه یک وسیله مستقل برای حفاظت در برابر تمام خطاهای الکتریکی. برای مثال، حفاظت در برابر اتصال کوتاه معمولاً توسط فیوز یا کلید حفاظتی مناسب انجام می‌شود.

اصول عملکرد رله‌های اضافه‌بار و ارتباط آنها با کنتاکتورها و راه‌اندازهای موتور در استاندارد IEC 60947-4-1 مورد توجه قرار گرفته است.

استاندارد IEC 60947-4-1

بیمتال چگونه کار می‌کند؟

عملکرد بیمتال بر اساس تبدیل افزایش جریان به افزایش حرارت و سپس عملکرد مکانیکی است. هنگامی که جریان موتور از مقدار مجاز خود بیشتر می‌شود، المنت حرارتی بیمتال نیز بیشتر گرم می‌شود.

در شرایط عادی، مقدار جریان در محدوده تنظیم‌شده قرار دارد و حرارت ایجادشده برای فعال کردن مکانیزم قطع کافی نیست. اما اگر موتور برای مدت مشخصی تحت اضافه‌بار قرار بگیرد، دمای المان حرارتی افزایش پیدا کرده و تیغه بیمتال تغییر شکل می‌دهد.

این تغییر شکل باعث فعال شدن مکانیزم تریپ می‌شود. سپس کنتاکت‌های کمکی بیمتال تغییر وضعیت می‌دهند و در مدار فرمان، کنتاکتور را از مدار خارج می‌کنند.

در نتیجه، مسیر عملکرد را می‌توان به شکل زیر خلاصه کرد:

افزایش جریان موتور سپس افزایش حرارت سپس تغییر شکل بیمتال سپس عملکرد مکانیزم تریپ سپس تغییر وضعیت کنتاکت کمکی سپس قطع کنتاکتور سپس توقف موتور

یکی از ویژگی‌های مهم این عملکرد، تأخیر زمانی است. بیمتال برای هر افزایش کوتاه‌مدت جریان فوراً عمل نمی‌کند؛ زیرا موتور در زمان راه‌اندازی می‌تواند برای مدت کوتاهی جریان بالاتری نسبت به جریان نامی خود داشته باشد. منحنی عملکرد و کلاس تریپ رله تعیین می‌کند که تجهیز در چه مدت و تحت چه شرایطی عمل کند.

رله‌های اضافه‌بار حرارتی صنعتی بسته به مدل می‌توانند امکاناتی مانند تنظیم جریان، عملکرد در برابر قطع فاز و کلاس‌های مختلف تریپ داشته باشند. برای نمونه، ABB در رله‌های اضافه‌بار حرارتی خود قابلیت‌های مرتبط با حفاظت موتور، تنظیم جریان و شرایطی مانند قطع فاز را معرفی می‌کند.

رله‌های اضافه‌بار حرارتی ABB

اصل عملکرد حرارتی بیمتال

بیمتال از دو فلز متفاوت تشکیل شده است که ضریب انبساط حرارتی آنها یکسان نیست. وقتی این دو فلز گرم می‌شوند، یکی از آنها بیشتر از دیگری منبسط می‌شود. در نتیجه، مجموعه دو فلزی خم می‌شود.

این خاصیت در رله‌های اضافه‌بار حرارتی برای ایجاد یک حرکت مکانیکی استفاده می‌شود.

هرچه جریان عبوری بیشتر باشد، حرارت بیشتری ایجاد می‌شود. در نتیجه، مقدار تغییر شکل نیز افزایش پیدا می‌کند. اگر شرایط اضافه‌بار به اندازه کافی ادامه پیدا کند، تغییر شکل به نقطه‌ای می‌رسد که مکانیزم قطع فعال می‌شود.

بنابراین بیمتال در واقع جریان را مستقیماً اندازه‌گیری نمی‌کند؛ بلکه اثر حرارتی جریان عبوری را برای تشخیص اضافه‌بار مورد استفاده قرار می‌دهد.

اجزای اصلی بیمتال

ساختار بیمتال بسته به سازنده و مدل متفاوت است، اما یک رله اضافه‌بار حرارتی معمولاً از قسمت‌های زیر تشکیل می‌شود:

المنت‌های حرارتی

المنت حرارتی در مسیر جریان مدار قدرت قرار دارد. عبور جریان باعث ایجاد گرما در این قسمت می‌شود و گرما به تیغه‌های بیمتال منتقل می‌شود.

تیغه‌های بیمتال

این قسمت عنصر اصلی عملکرد حرارتی تجهیز است. با افزایش دما، تیغه‌ها تغییر شکل داده و مکانیزم تریپ را فعال می‌کنند.

مکانیزم تریپ

مکانیزم تریپ حرکت ایجادشده توسط تیغه‌های بیمتال را به تغییر وضعیت کنتاکت‌های رله منتقل می‌کند.

کنتاکت‌های کمکی

کنتاکت‌های کمکی در مدار فرمان مورد استفاده قرار می‌گیرند. در یک مدار متداول، کنتاکت بسته بیمتال در مسیر بوبین کنتاکتور قرار می‌گیرد. در صورت عملکرد بیمتال، این کنتاکت باز شده و بوبین کنتاکتور را از مدار خارج می‌کند.

تنظیم جریان

بسیاری از بیمتال‌ها دارای مکانیزم تنظیم جریان هستند که امکان تنظیم محدوده عملکرد رله را متناسب با جریان نامی موتور فراهم می‌کند.

دکمه Reset

بسته به نوع بیمتال، پس از رفع خطا می‌توان تجهیز را به حالت عادی بازگرداند. برخی مدل‌ها امکان انتخاب حالت دستی یا اتوماتیک برای ریست را نیز فراهم می‌کنند.

بیمتال چه کاربردی دارد؟

مهم‌ترین کاربرد بیمتال، حفاظت الکتروموتورها در برابر اضافه‌بار است.

اگر موتور به دلایلی مانند افزایش بار مکانیکی، گیرکردن نسبی تجهیزات، کاهش ولتاژ، مشکلات مکانیکی یا شرایط نامناسب کاری جریان بیشتری از مقدار مورد انتظار دریافت کند، افزایش جریان می‌تواند باعث افزایش حرارت موتور شود.

بیمتال با تشخیص اثر حرارتی این جریان، پس از رسیدن به شرایط عملکرد خود، مدار فرمان را قطع می‌کند.

از بیمتال در بسیاری از تجهیزات صنعتی استفاده می‌شود، از جمله:

• پمپ‌های صنعتی

• فن‌ها و هواکش‌ها

• کمپرسورها

• نوار نقاله‌ها

• ماشین‌آلات تولیدی

• سیستم‌های تهویه

• تابلوهای برق صنعتی

• دستگاه‌های بسته‌بندی

• تجهیزات انتقال مواد

• سیستم‌های موتوری کارخانه‌ها

بیمتال در مدار کنتاکتور چگونه قرار می‌گیرد؟

یکی از رایج‌ترین کاربردهای بیمتال، استفاده از آن همراه با کنتاکتور در مدار راه‌اندازی موتور است.

در مدار قدرت، مسیر معمول به این شکل است:

منبع تغذیه ←کنتاکتور ← بیمتال ← موتور

در مدار فرمان نیز کنتاکت کمکی بیمتال در مسیر فرمان کنتاکتور قرار می‌گیرد.

در شرایط عادی، کنتاکت بسته بیمتال اجازه عبور جریان فرمان را می‌دهد و کنتاکتور می‌تواند موتور را روشن نگه دارد. اگر بیمتال در اثر اضافه‌بار عمل کند، کنتاکت مربوطه تغییر وضعیت می‌دهد و مدار بوبین کنتاکتور قطع می‌شود.

به این ترتیب، بیمتال معمولاً موتور را مستقیماً مانند یک کلید قدرت قطع نمی‌کند؛ بلکه با قطع مدار فرمان باعث آزاد شدن کنتاکتور و قطع تغذیه موتور می‌شود.

این تفاوت برای طراحی و عیب‌یابی مدارهای صنعتی اهمیت زیادی دارد.

بیمتال از چه خطاهایی محافظت می‌کند؟

عملکرد دقیق هر رله به طراحی و مشخصات همان مدل بستگی دارد، اما رله‌های اضافه‌بار حرارتی برای حفاظت موتور در برابر شرایطی مانند اضافه‌بار طراحی می‌شوند.

در برخی طراحی‌ها، شرایطی مانند عدم تعادل جریان یا قطع فاز نیز می‌تواند باعث عملکرد رله شود.

برای مثال، اگر یکی از فازهای موتور سه‌فاز دچار مشکل شود، موتور ممکن است در دو فاز باقی‌مانده جریان نامناسبی دریافت کند. این وضعیت می‌تواند باعث افزایش حرارت موتور و در نتیجه عملکرد سیستم حفاظتی شود.

با این حال، هنگام انتخاب بیمتال نباید صرفاً بر اساس نام تجهیز فرض کرد که تمام انواع خطا را پوشش می‌دهد. قابلیت‌های حفاظتی باید از دیتاشیت و مشخصات فنی همان مدل بررسی شوند.

آیا بیمتال از اتصال کوتاه محافظت می‌کند؟

خیر، بیمتال به‌تنهایی جایگزین حفاظت اتصال کوتاه نیست.

این یکی از مهم‌ترین نکاتی است که هنگام طراحی مدار موتور باید در نظر گرفته شود.

رله اضافه‌بار حرارتی عمدتاً برای حفاظت در برابر اضافه‌بار طراحی شده است. اتصال کوتاه شرایطی بسیار سریع‌تر و شدیدتر ایجاد می‌کند و برای حفاظت در برابر آن باید از تجهیز حفاظتی مناسب مانند فیوز یا کلید حفاظتی متناسب با طراحی مدار استفاده شود.

بنابراین یک مدار استاندارد موتور ممکن است شامل چند بخش حفاظتی و کنترلی باشد:

حفاظت اتصال کوتاه + کنتاکتور + رله اضافه‌بار حرارتی + موتور

این تجهیزات وظایف یکسانی ندارند و نباید عملکرد آنها با یکدیگر اشتباه گرفته شود.

نحوه تنظیم بیمتال

یکی از اشتباهات رایج در نصب تجهیزات حفاظتی موتور، تنظیم بیمتال بدون توجه به مشخصات واقعی موتور است.

برای تنظیم صحیح، ابتدا باید اطلاعات پلاک موتور بررسی شود. یکی از مهم‌ترین پارامترها، جریان نامی موتور است.

در بسیاری از کاربردهای معمول، تنظیم رله در محدوده مناسب جریان نامی موتور انجام می‌شود؛ اما مقدار دقیق تنظیم و روش انتخاب آن باید بر اساس مدار، روش راه‌اندازی، استاندارد مورد استفاده و دستورالعمل سازنده تعیین شود.

بنابراین نباید یک عدد ثابت را برای تمام موتورها به‌عنوان تنظیم بیمتال در نظر گرفت.

مثال ساده

فرض کنید روی پلاک یک موتور، جریان نامی مشخصی درج شده است و بیمتال انتخاب‌شده نیز دارای محدوده‌ای است که این جریان در آن قرار می‌گیرد.

در این حالت، ابتدا باید اطمینان حاصل شود که:

جریان نامی موتور در محدوده تنظیم بیمتال قرار دارد.

سپس تنظیم رله مطابق دستورالعمل سازنده و شرایط واقعی بهره‌برداری انجام می‌شود.

اگر بیمتال بیش از حد پایین تنظیم شود، ممکن است در شرایط کاری عادی موتور مرتباً تریپ کند. اگر تنظیم بیش از حد بالا باشد، ممکن است حفاظت مورد انتظار در برابر اضافه‌بار به‌درستی انجام نشود.

کلاس تریپ بیمتال چیست؟

یکی از مشخصات مهم رله‌های اضافه‌بار، کلاس تریپ (Trip Class) است.

کلاس تریپ نشان‌دهنده رفتار زمانی تجهیز در برابر اضافه‌بار است. این پارامتر به‌خصوص در موتورهایی که جریان راه‌اندازی بالایی دارند اهمیت پیدا می‌کند.

برای مثال، یک موتور ممکن است هنگام راه‌اندازی برای مدت کوتاهی جریان زیادی بکشد. اگر رله حفاظتی بدون درنظر گرفتن این شرایط انتخاب شود، ممکن است قبل از رسیدن موتور به شرایط کاری عادی عمل کند.

به همین دلیل، انتخاب کلاس تریپ باید با توجه به:

• نوع موتور

• روش راه‌اندازی

• زمان استارت

• جریان راه‌اندازی

• بار متصل به موتور

• توصیه سازنده

انجام شود.

تفاوت بیمتال و کلید حرارتی چیست؟

بیمتال و کلید حرارتی هر دو می‌توانند در حفاظت مدارهای موتوری استفاده شوند، اما ساختار و عملکرد آنها یکسان نیست.

بنابراین نمی‌توان گفت یکی همیشه جایگزین دیگری است. انتخاب بین آنها به طراحی مدار، توان موتور، روش راه‌اندازی و الزامات حفاظتی بستگی دارد.

علت قطع کردن مکرر بیمتال چیست؟

اگر بیمتال یک موتور مرتباً تریپ می‌کند، نباید صرفاً جریان تنظیمی بیمتال را افزایش داد.

ابتدا باید علت اصلی بررسی شود.

اضافه‌بار مکانیکی

اگر بار متصل به موتور بیشتر از ظرفیت طراحی باشد، موتور جریان بیشتری می‌کشد و بیمتال می‌تواند عمل کند.

مشکل مکانیکی موتور یا بار

گیرکردن شفت، خرابی یاتاقان، اصطکاک غیرعادی یا مشکل در تجهیزات متصل به موتور می‌تواند باعث افزایش جریان شود.

قطع یا مشکل در یکی از فازها

در موتور سه‌فاز، بررسی وضعیت هر سه فاز و جریان آنها اهمیت زیادی دارد.

تنظیم نادرست بیمتال

اگر محدوده یا مقدار تنظیم با موتور سازگار نباشد، احتمال عملکرد نامناسب افزایش پیدا می‌کند.

استارت طولانی

موتورهایی که زمان راه‌اندازی آنها طولانی است، نیاز به بررسی دقیق‌تر انتخاب بیمتال و کلاس تریپ دارند.

مشکل در خود موتور

خرابی داخلی موتور، افزایش دما یا سایر مشکلات الکتریکی نیز می‌توانند باعث افزایش جریان و عملکرد رله شوند.

در نتیجه، افزایش بی‌دلیل تنظیم بیمتال راه‌حل مناسبی نیست؛ زیرا ممکن است مشکل اصلی همچنان وجود داشته باشد و حفاظت موتور کاهش پیدا کند.

چگونه بیمتال مناسب موتور را انتخاب کنیم؟

برای انتخاب بیمتال مناسب، تنها توجه به آمپراژ کافی نیست.

پارامترهای مهم عبارت‌اند از:

همچنین در انتخاب بیمتال باید سازگاری مکانیکی آن با کنتاکتور بررسی شود؛ زیرا بسیاری از رله‌های اضافه‌بار برای نصب مستقیم زیر سری مشخصی از کنتاکتورها طراحی شده‌اند.

اشتباهات رایج در استفاده از بیمتال

چند اشتباه در نصب و تنظیم بیمتال می‌تواند عملکرد سیستم حفاظت موتور را مختل کند:

۱. تنظیم بیمتال بدون بررسی پلاک موتور

تنظیم باید بر اساس اطلاعات واقعی موتور و دستورالعمل سازنده انجام شود.

۲. استفاده از بیمتال برای حفاظت اتصال کوتاه

بیمتال جایگزین تجهیز حفاظت اتصال کوتاه نیست.

۳. افزایش تنظیم بعد از هر بار تریپ

تریپ مکرر معمولاً یک علامت است و باید علت آن پیدا شود.

۴. بی‌توجهی به کلاس تریپ

در موتورهای با زمان راه‌اندازی خاص، انتخاب کلاس تریپ اهمیت دارد.

۵. انتخاب بیمتال بدون توجه به کنتاکتور

از نظر مکانیکی و الکتریکی باید سازگاری بین بیمتال و کنتاکتور بررسی شود.

۶. نادیده گرفتن شرایط واقعی بار

جریان موتور فقط به توان نامی آن وابسته نیست و شرایط بار و بهره‌برداری نیز باید بررسی شود.

مزایا و محدودیت‌های بیمتال

رله اضافه‌بار حرارتی به دلیل ساختار نسبتاً ساده و عملکرد مناسب، یکی از تجهیزات متداول حفاظت موتور در مدارهای کنتاکتوری است.

از مهم‌ترین مزایای آن می‌توان به:

• حفاظت در برابر اضافه‌بار

• امکان تنظیم محدوده جریان در مدل‌های قابل تنظیم

• قابلیت استفاده در مدارهای کنتاکتوری

• ساختار نسبتاً ساده

• امکان استفاده از کنتاکت کمکی برای مدار فرمان

• مناسب بودن برای بسیاری از کاربردهای صنعتی

اشاره کرد.

در مقابل، بیمتال محدودیت‌هایی نیز دارد. مهم‌ترین آنها این است که برای تمام انواع خطاهای الکتریکی طراحی نشده است و حفاظت کامل موتور نیازمند انتخاب صحیح سایر تجهیزات حفاظتی نیز هست.

بیمتال را از کجا بخریم؟

هنگام خرید بیمتال، بهتر است انتخاب تجهیز صرفاً بر اساس قیمت یا محدوده آمپراژ انجام نشود. برند، سری محصول، محدوده تنظیم، کلاس تریپ، سازگاری با کنتاکتور و مشخصات فنی سازنده باید بررسی شوند.

در لزان کالا می‌توان بیمتال و سایر تجهیزات مورد استفاده در مدارهای کنترل و حفاظت موتور را بر اساس مشخصات فنی موردنیاز بررسی و انتخاب کرد.

سؤالات متداول درباره بیمتال

بیمتال چیست؟

بیمتال یا رله اضافه‌بار حرارتی تجهیزی حفاظتی است که برای محافظت موتور در برابر اضافه‌بار استفاده می‌شود و در صورت تشخیص شرایط اضافه‌بار، با تغییر وضعیت کنتاکت‌های خود می‌تواند مدار فرمان کنتاکتور را قطع کند.

آیا بیمتال همان رله حرارتی است؟

در کاربردهای برق صنعتی، اصطلاح بیمتال معمولاً برای رله اضافه‌بار حرارتی استفاده می‌شود. اساس عملکرد این رله به تغییر شکل عنصر بیمتالی در اثر حرارت وابسته است.

آیا بیمتال از موتور در برابر اتصال کوتاه محافظت می‌کند؟

خیر. بیمتال به‌طور معمول برای حفاظت در برابر اضافه‌بار طراحی شده است و برای حفاظت اتصال کوتاه باید از تجهیز مناسب دیگری استفاده شود.

بیمتال روی چه جریانی تنظیم می‌شود؟

تنظیم بیمتال باید با توجه به جریان نامی موتور، مشخصات رله، شرایط بهره‌برداری و دستورالعمل سازنده انجام شود و نباید یک مقدار ثابت را برای همه موتورها در نظر گرفت.

چرا بیمتال مرتباً قطع می‌کند؟

اضافه‌بار، مشکلات مکانیکی، قطع فاز، عدم تعادل جریان، تنظیم نادرست، استارت طولانی یا ایراد موتور می‌توانند از عوامل عملکرد مکرر بیمتال باشند. علت اصلی باید قبل از افزایش تنظیم رله بررسی شود.

تفاوت بیمتال و کلید حرارتی چیست؟

بیمتال معمولاً به‌عنوان رله اضافه‌بار در کنار کنتاکتور استفاده می‌شود، در حالی که کلید حرارتی یک تجهیز حفاظتی مستقل است که بسته به مدل می‌تواند حفاظت اضافه‌بار و اتصال کوتاه را در یک تجهیز فراهم کند.

جمع‌بندی

بیمتال چیست؟ بیمتال یا رله اضافه‌بار حرارتی یکی از تجهیزات مهم حفاظت موتور در تابلوهای برق و مدارهای کنتاکتوری است که با استفاده از اثر حرارتی جریان، شرایط اضافه‌بار را تشخیص داده و با عملکرد کنتاکت‌های کمکی می‌تواند کنتاکتور را از مدار خارج کند.

انتخاب صحیح بیمتال فقط به محدوده آمپراژ محدود نمی‌شود. جریان نامی موتور، کلاس تریپ، شرایط راه‌اندازی، نوع بار، مشخصات کنتاکتور و شرایط نصب همگی در انتخاب صحیح این تجهیز مؤثر هستند.

همچنین باید توجه داشت که بیمتال جایگزین حفاظت اتصال کوتاه نیست و یک سیستم حفاظت مناسب موتور باید با درنظر گرفتن تمام تجهیزات موردنیاز طراحی شود.

برای انتخاب بیمتال مناسب، بهترین روش این است که ابتدا پلاک موتور و شرایط واقعی کارکرد آن بررسی شود و سپس بر اساس مستندات فنی سازنده، رله مناسب انتخاب و تنظیم شود.