بی متال (رله حرارتی) چیست؟ کاربرد، انواع و نصب

بی‌متال یا رله حرارتی، یک قطعهٔ حفاظتی در تابلوهای برق است که از موتورهای الکتریکی در برابر اضافه‌بار (Overload) محافظت می‌کند. این قطعه با پایش جریان عبوری از موتور، در صورت افزایش غیرمجاز دما یا جریان، مدار فرمان را قطع کرده و از سوختن سیم‌پیچ موتور جلوگیری می‌کند. در این مقاله، عملکرد، انواع، کاربردها و روش نصب بی‌متال را به‌صورت فنی و کاربردی بررسی می‌کنیم.

بی متال چیست و چه کاربردی دارد

بی‌متال (Bimetal) یک رلهٔ حفاظتی الکترومکانیکی است که از دو فلز با ضریب انبساط حرارتی متفاوت ساخته شده است. این دو فلز به‌صورت لایه‌لایه به هم چسبیده‌اند و هنگام عبور جریان اضافی، گرم شده و خم می‌شوند. این خمش، مکانیزمی را فعال می‌کند که کنتاکت‌های مدار فرمان را باز می‌کند و در نتیجه موتور از مدار خارج می‌شود.

کاربرد اصلی بی‌متال، حفاظت از موتورهای سه‌فاز و تک‌فاز در برابر اضافه‌بار است. اضافه‌بار می‌تواند ناشی از گیر کردن محور موتور، افزایش بار مکانیکی، افت ولتاژ یا کارکرد طولانی در جریان نامی بالا باشد. بی‌متال همچنین در برابر قطع یک فاز (فاز از دست رفتن) در موتورهای سه‌فاز تا حدی محافظت ایجاد می‌کند، هرچند برای این کار، رله‌های مخصوص فاز یا بی‌متال‌های دارای حفاظت فاز توصیه می‌شوند.

بی متال چیست و چگونه کار میکند

عملکرد بی‌متال بر اساس اصل انبساط حرارتی دو فلز غیرهمجنس است. جریان عبوری از موتور، از المنت حرارتی داخل بی‌متال عبور می‌کند. این المنت، متناسب با جریان، گرما تولید می‌کند. گرمای تولیدشده به نوار بی‌متال منتقل می‌شود و باعث خم شدن آن می‌شود.

مراحل عملکرد به این صورت است:

1. جریان عادی: نوار بی‌متال به‌اندازهٔ کمی خم می‌شود اما به کنتاکت فرمان دست نمی‌زند.
2. جریان اضافه‌بار: گرمای تولیدشده افزایش می‌یابد، نوار بیشتر خم می‌شود و به یک پین یا زبانهٔ مکانیکی فشار می‌آورد.
3. قطع مدار: این فشار، کنتاکت‌های ترمینال فرمان (معمولاً ۹۵-۹۶ و ۹۷-۹۸) را تغییر وضعیت می‌دهد. کنتاکت بسته (NC) باز می‌شود و کنتاکت باز (NO) بسته می‌شود. در مدار فرمان، کنتاکت NC معمولاً در مسیر سیم‌پیچ کنتاکتور قرار دارد و با باز شدن آن، کنتاکتور قطع شده و موتور خاموش می‌شود.
4. خنک‌شدن: پس از رفع اضافه‌بار و خنک‌شدن نوار، بی‌متال به حالت اولیه برمی‌گردد. بسته به مدل، ریست می‌تواند دستی (با فشردن دکمه) یا اتوماتیک باشد.

زمان عملکرد بی‌متال به شدت اضافه‌بار بستگی دارد؛ در جریان‌های بسیار بالا (مثلاً ۱۰ برابر جریان نامی)، عملکرد تقریباً آنی است و در اضافه‌بارهای جزئی (مثلاً ۱.۲ برابر)، چند دقیقه زمان می‌برد. این ویژگی «منحنی معکوس زمانی» نام دارد و شبیه رفتار حرارتی موتور است.

وظیفه بی متال چیست

وظیفهٔ اصلی بی‌متال، حفاظت از موتور در برابر اضافه‌بار است. اما به‌طور مشخص، وظایف زیر را بر عهده دارد:

• جلوگیری از سوختن سیم‌پیچ موتور: مهم‌ترین وظیفه؛ با قطع به‌موقع مدار، از افزایش دمای سیم‌پیچ و آسیب عایق جلوگیری می‌کند.
• حفاظت در برابر قطع فاز: در موتورهای سه‌فاز، اگر یک فاز قطع شود، جریان دو فاز دیگر افزایش می‌یابد. بی‌متال با تشخیص این افزایش جریان، مدار را قطع می‌کند.
• راه‌اندازی مجدد ایمن: پس از رفع مشکل، بی‌متال اجازهٔ راه‌اندازی مجدد را می‌دهد، اما اگر موتور هنوز داغ باشد، ممکن است بلافاصله دوباره قطع کند که این یک رفتار ایمنی است.
• تنظیم آستانهٔ حفاظت: بی‌متال دارای یک پیچ تنظیم است که می‌توان آن را روی جریان نامی موتور (معمولاً بین ۰.۹ تا ۱.۱ برابر جریان نامی) تنظیم کرد.

کاربرد بی متال

بی‌متال در طیف وسیعی از صنایع و تأسیسات استفاده می‌شود. رایج‌ترین کاربردها عبارت‌اند از:

• موتورهای الکتریکی صنعتی: پمپ‌ها، کمپرسورها، فن‌ها، نوار نقاله‌ها، میکسرها و دستگاه‌های CNC.
• تابلوهای برق: در تابلوهای توزیع و کنترل، بی‌متال معمولاً در کنار کنتاکتور نصب می‌شود تا مدار قدرت و فرمان را کامل کند.
• تأسیسات ساختمانی: برای حفاظت از پمپ‌های آب، فن‌های تهویه و چیلرها.
• کشاورزی و آبیاری: برای موتورهای پمپ‌های چاه عمیق و موتورهای الکتروپمپ.
• صنایع غذایی و بسته‌بندی: برای حفاظت از موتورهای خط تولید.

انواع بی متال اشنایدر

برند اشنایدر الکتریک (Schneider Electric) یکی از تولیدکنندگان معروف بی‌متال است. محصولات این برند در دو دستهٔ کلی تقسیم می‌شوند:

مدل‌های LR2 D رایج‌ترین نوع هستند و در دو نوع پایه‌دار (برای نصب روی کنتاکتور) و بدون پایه (برای نصب جداگانه) عرضه می‌شوند. مدل‌های LR9 F دارای ترمیستور داخلی برای حفاظت دقیق‌تر هستند.

نصب بی متال تک فاز

بی‌متال تک‌فاز برای موتورهای تک‌فاز (مثل پمپ‌های خانگی یا فن‌های کوچک) استفاده می‌شود. نصب آن ساده است:

1. قطع برق: ابتدا برق ورودی را کاملاً قطع کنید.
2. اتصال قدرت: سیم فاز و نول موتور را از ترمینال‌های قدرت بی‌متال عبور دهید. در بی‌متال‌های تک‌فاز، معمولاً دو ترمینال ورودی و دو ترمینال خروجی وجود دارد.
3. اتصال فرمان: ترمینال‌های فرمان (۹۵-۹۶) را در مسیر سیم‌پیچ کنتاکتور یا مدار فرمان قرار دهید.
4. تنظیم جریان: پیچ تنظیم را روی جریان نامی موتور (که روی پلاک موتور درج شده) تنظیم کنید.
5. تست: پس از اتصال، با فشردن دکمهٔ تست، عملکرد بی‌متال را بررسی کنید.

توجه داشته باشید که بی‌متال‌های تک‌فاز معمولاً برای جریان‌های پایین (تا حدود ۲۵ آمپر) ساخته می‌شوند و برای موتورهای بزرگ‌تر باید از بی‌متال سه‌فاز استفاده کرد.

بی متال سه فاز چیست

بی‌متال سه‌فاز، رله‌ای است که هر سه فاز موتور را پایش می‌کند. این نوع بی‌متال دارای سه المنت حرارتی است که به‌صورت سری در مسیر هر فاز قرار می‌گیرند. اگر جریان هر یک از فازها از حد مجاز فراتر رود، نوار بی‌متال مربوطه خم شده و مدار فرمان را قطع می‌کند.

بی‌متال سه‌فاز در دو نوع کلی ساخته می‌شود:

• نوع استاندارد: فقط حفاظت در برابر اضافه‌بار را فراهم می‌کند.
• نوع دارای حفاظت فاز: علاوه بر اضافه‌بار، در صورت قطع یک فاز نیز عملکرد سریع‌تری دارد.

نصب بی متال سه فاز

نصب بی‌متال سه‌فاز مشابه تک‌فاز است اما با سه فاز سروکار داریم:

1. قطع برق و اطمینان از بی‌برق بودن.
2. اتصال قدرت: سه سیم فاز (R، S، T) را به ترتیب به ترمینال‌های ورودی (L1، L2، L3) و خروجی (T1، T2، T3) بی‌متال وصل کنید. ترتیب فازها مهم نیست، اما باید یکنواخت باشد.
3. اتصال فرمان: ترمینال‌های ۹۵-۹۶ (کنتاکت NC) را در مسیر فرمان کنتاکتور قرار دهید. ترمینال‌های ۹۷-۹۸ (کنتاکت NO) معمولاً برای آلارم استفاده می‌شوند.
4. تنظیم جریان: پیچ تنظیم را روی جریان نامی موتور تنظیم کنید.
5. تست و راه‌اندازی: پس از اتصال، ابتدا با دکمهٔ تست، عملکرد را بررسی کنید، سپس موتور را راه‌اندازی کنید.

تفاوت بی متال و کنتاکتور

بی‌متال و کنتاکتور دو قطعهٔ مکمل در مدارهای کنترل موتور هستند، اما وظایف متفاوتی دارند:

کنتاکتور برای کلیدزنی (قطع و وصل) موتور استفاده می‌شود، اما نمی‌تواند از موتور در برابر اضافه‌بار محافظت کند. بی‌متال دقیقاً همین نقش را ایفا می‌کند. به همین دلیل، در مدارهای استاندارد، بی‌متال همیشه بعد از کنتاکتور و قبل از موتور قرار می‌گیرد.

بی متال کنتاکتور چیست

بی‌متال کنتاکتور، اصطلاحی است که به ترکیب کنتاکتور و بی‌متال در یک مجموعه اشاره دارد. در این ترکیب، بی‌متال به‌صورت مستقیم روی کنتاکتور نصب می‌شود (معمولاً با یک اتصال مکانیکی و الکتریکی). این کار مزایایی دارد:

• کاهش سیم‌کشی: اتصال قدرت بین کنتاکتور و بی‌متال به‌صورت مستقیم و بدون سیم انجام می‌شود.
• نصب آسان: مجموعه به‌صورت یکپارچه روی ریل یا صفحه نصب می‌شود.
• صرفه‌جویی در فضا: در تابلوهای کوچک، فضای کمتری اشغال می‌شود.

برای نصب بی‌متال روی کنتاکتور، باید مدل بی‌متال با برند و سایز کنتاکتور سازگار باشد. معمولاً هر برند، بی‌متال‌های مخصوص کنتاکتورهای خود را تولید می‌کند.

طریقه نصب بی متال کنتاکتور

نصب بی‌متال روی کنتاکتور به دو روش انجام می‌شود:

1. نصب مستقیم (روی کنتاکتور):

   • بی‌متال را از پایین به کنتاکتور وصل کنید. پایه‌های اتصال بی‌متال در شیارهای مخصوص کنتاکتور قرار می‌گیرند.
   • پیچ‌های اتصال را محکم کنید.
   • اتصال قدرت به‌صورت خودکار از طریق پایه‌ها برقرار می‌شود.
   • سیم‌های فرمان را به ترمینال‌های ۹۵-۹۶ بی‌متال وصل کنید.

2. نصب جداگانه (روی ریل):

   • بی‌متال را روی ریل DIN نصب کنید.
   • سیم‌های قدرت را از خروجی کنتاکتور به ورودی بی‌متال وصل کنید.
   • سیم‌های فرمان را مطابق نقشه وصل کنید.

نقشه بی متال کنتاکتور

نقشهٔ استاندارد مدار فرمان و قدرت با بی‌متال و کنتاکتور به این صورت است:

مدار قدرت:

• فازها → فیوز → کنتاکتور (مدار اصلی) → بی‌متال → موتور

مدار فرمان:

• فاز → شستی استپ (NC) → شستی استارت (NO) → کنتاکتور (سیم‌پیچ) → بی‌متال (کنتاکت ۹۵-۹۶) → نول

در این مدار، کنتاکت ۹۵-۹۶ بی‌متال به‌صورت سری در مسیر سیم‌پیچ کنتاکتور قرار می‌گیرد. اگر بی‌متال عمل کند، این کنتاکت باز می‌شود و سیم‌پیچ کنتاکتور از مدار خارج می‌شود. در نتیجه، کنتاکتور قطع شده و موتور خاموش می‌شود.

تفاوت رله حرارتی و بیمتال

رلهٔ حرارتی و بی‌متال در عمل یک قطعه هستند و تفاوت اصلی در نام‌گذاری است. «بی‌متال» به عنصر داخلی (نوار دو فلزی) اشاره دارد، در حالی که «رلهٔ حرارتی» نام فنی‌تر و عمومی‌تر برای کل قطعه است. در بازار ایران، هر دو اصطلاح رایج است و معمولاً به یک معنا استفاده می‌شود.

با این حال، تفاوت‌های جزئی در کاربرد وجود دارد:

• رلهٔ حرارتی: گاهی به رله‌هایی گفته می‌شود که برای حفاظت از تجهیزات دیگر (مثل ترانسفورماتور یا سیم‌کشی) نیز استفاده می‌شوند.
• بی‌متال: بیشتر برای حفاظت از موتورهای الکتریکی به کار می‌رود.

رله حرارتی چیست

رلهٔ حرارتی یک وسیلهٔ حفاظتی است که بر اساس افزایش دما یا جریان، مدار را قطع می‌کند. این رله‌ها در دو نوع اصلی ساخته می‌شوند:

1. رلهٔ حرارتی بی‌متال: همان قطعه‌ای که در این مقاله بررسی شد؛ بر اساس خمش نوار دو فلزی عمل می‌کند.
2. رلهٔ حرارتی الکترونیکی: از سنسورهای دما یا ترانسفورماتور جریان استفاده می‌کند و دقت بالاتری دارد، اما گران‌تر است.

رله‌های حرارتی بی‌متال به دلیل سادگی، قیمت مناسب و قابلیت اطمینان بالا، رایج‌ترین نوع در صنعت هستند.

سؤالات متداول

بی متال برای چه موتوری مناسب است؟

بی‌متال برای موتورهای سه‌فاز و تک‌فاز با جریان نامی تا حدود ۸۰ آمپر مناسب است. برای موتورهای بزرگ‌تر، باید از رله‌های الکترونیکی یا بی‌متال‌های مخصوص جریان بالا استفاده کرد.

آیا بی متال در برابر اتصال کوتاه محافظت می‌کند؟

خیر، بی‌متال فقط در برابر اضافه‌بار حفاظت می‌کند. برای حفاظت در برابر اتصال کوتاه، باید از فیوز یا کلید مینیاتوری استفاده کرد.

کلید مینیاتوری در کاروان صنعت — 125 کالامشاهده و قیمت ←

چرا بی متال بعد از مدتی قطع می‌کند؟

اگر بی‌متال به‌درستی تنظیم نشده باشد یا جریان موتور از مقدار تنظیم‌شده بیشتر باشد، ممکن است به‌طور مکرر قطع کند. همچنین، دمای محیط بالا یا تهویهٔ نامناسب تابلو می‌تواند باعث عملکرد زودهنگام شود.

آیا بی متال برای موتورهای تک فاز هم وجود دارد؟

بله، بی‌متال‌های تک‌فاز برای موتورهای کوچک (تا حدود ۲۵ آمپر) تولید می‌شوند. این نوع معمولاً دو ترمینال قدرت دارد و برای پمپ‌های خانگی و فن‌ها مناسب است.

تفاوت بی متال با کلید حرارتی چیست؟

کلید حرارتی (محافظ موتور) یک قطعهٔ ترکیبی است که هم حفاظت اضافه‌بار و هم حفاظت اتصال کوتاه را فراهم می‌کند. بی‌متال فقط اضافه‌بار را پوشش می‌دهد و باید با فیوز یا کلید مینیاتوری همراه شود.

آیا بی متال نیاز به تنظیم دوره‌ای دارد؟

بله، توصیه می‌شود هر ۶ ماه تا یک سال، تنظیم بی‌متال را بررسی کنید و در صورت نیاز، آن را با جریان نامی موتور هماهنگ کنید. همچنین، عملکرد دکمهٔ تست را به‌صورت دوره‌ای بررسی کنید.