کلید حرارتی MPCB چیست و چگونه کار می کند؟

حفاظت از موتورها از جمله الزامات سیستم های اتوماسیون صنعتی است. حفظ روند تولید در گرو عملکرد صحیح و مداوم موتورها است. رایج ترین خطاهایی که در روند کاری موتورها ممکن است به وجود بیاید، خطای اضافه بار و خطای اتصال کوتاه است. برای حفاظت از موتورها در برابر این خطاها می توان از تجهیزات متفاوتی استفاده کرد.

یکی از تجهیزات حفاظتی پرکاربرد موتورها، کلید حرارتی MPCB است. در این مقاله با ساختار، عملکرد و کاربردهای این تجهیز حفاظتی آشنا خواهید شد.

کلید حرارتی چیست؟

بریکر محافظ موتور، MPCB و کلید حرارتی نام هایی است که به این دستگاه اشاره دارند. این کلید یک دستگاه الکترومکانیکی ساده است که به منظور حفاظت از موتور الکتریکی در برابر اضافه بار، نوسانات جریان و وقفه های برنامه ریزی نشده مدار مورد استفاده قرار می گیرد. منظور از وقفه های برنامه ریزی نشده، خطاهای خط و افت فاز یا عدم تعادل موتورهای سه فاز است.

با استفاده از این کلید می توان فیوز را حذف کرد. در این روش که به حفاظت بدون فیوز موسوم است، موتورها به سرعت خاموش شده و از آسیب دیدگی آن ها جلوگیری به عمل می آید. کلید حرارتی قادر است خطای اتصال کوتاه را تشخیص داده و مدار را قطع کند.

علاوه بر مکانیزم تشخیص اتصال کوتاه، این کلیدها یک مکانیزم تاخیر حرارتی نیز دارند. این مکانیزم وظیفه دارد تا زمانی که حرارت موتور بالاست از راه اندازی آن جلوگیری کند. برخی از انواع حرارتی می توانند موتور را مجددا به صورت خودکار راه اندازی کنند.

با استفاده از این کلیدها، به رله اضافه بار و کلید مینیاتوری برای حفاظت از موتور نیاز نخواهید داشت. بنا براین استفاده از این کلیدها سبب صرفه جویی در فضا و هزینه نیز می شود.

ساختار داخلی کلید حرارتی

بخش های مختلف این کلید در تصویر زیر نشان داده شده است. این بخش ها به منظور انجام وظایف مورد انتظار و تشخیص اضافه بار بهینه سازی شده اند.

عناوین هر یک از بخش های مشخص شده در تصویر عبارتند از:

1. مکانیزم کنترل اضافه بار حرارتی
2. مکانیزم کنترل اضافه بار مغناطیسی
3. تیغه های اصلی
4. سوئیچ کمکی
5. نگه دارنده سوئیچ
6. جرقه گیر
7. پیستون آرمیچر
8. مکانیزم تغییر وضعیت

کنترل اضافه بار حرارتی

اضافه بار حرارتی می تواند طول عمر موتورها را به شدت کاهش دهد. کلید حرارتی با عملکردی مشابه رله های اضافه بار، موتور را در برابر این خطا حفاظت می کند. در انتخاب مشخصات حرارتی باید استانداردهای رله اضافه بار را در نظر بگیرید. مکانیزم کار به این صورت است که افزایش جریان عبوری از بیمتال سبب خمیدگی تیغه می شود. با خمیدگی تیغه، کنتاکت ها از هم جدا شده و مدار قطع می شود.

کنترل اضافه بار مغناطیسی

کلیدهای حرارتی  MPCB قادرند مدار را در شرایط اضافه جریان 10 تا 16 برابر حداکثر تنظیم شده قطع کنند. هر چقدر راندمان موتور الکتریکی بیشتر باشد، به سطح تریپ مغناطیسی بالاتری نیاز دارد. سطح تریپ در برخی از مدل های حرارتی قابل تنظیم است و در برخی دیگر به صورت پیشفرض تنظیم می شود.

مکانیزم الکترومغناطیسی کلیدهای حرارتی کمتر از 100 آمپر، یک سیم پیچ کوچک است. با عبور جریان های بزرگ از این سیم پیچ (جریان اتصال کوتاه)، یک میدان الکترومغناطیسی در آن ایجاد شده و سبب وارد شدن نیرو به آرمیچر می شود. با حرکت آرمیچر، کنتاکت متحرک از کنتاکت ثابت جدا شده و در نتیجه مدار باز می شود.

تیغه های اصلی

وظیفه هدایت و کنترل عبور جریان بار بر عهده تیغه های اصلی است. این تیغه ها ویژگی های خاصی دارند که از آن جمله می توان به

• ظرفیت قطع بالا
• تلفات حرارتی کم در جریان عملیاتی
• مقاومت در برابر خوردگی
• اینرسی کوچک
• شکل بهینه برای کنترل مطلوب قوس الکتریکی

 اشاره کرد. این تیغه ها از مواد خاصی ساخته می شوند و تست های ویژه ای را پاس می کنند تا بتوانند الزامات مورد نیاز را برآورده کنند.

کلید حرارتی و حفاظت از موتور

کاربرد کلیدهای حرارتی MPCB در حفاظت از موتور است. این کلیدها موتور را در برابر اضافه بار، اتصال کوتاه، عدم تعادل بار و قطع فاز محافظت می کنند.

حفاظت در برابر اضافه بار

اضافه بار یکی وضعیت های برنامه ریزی نشده است که در روند کار به وجود می آید و موتور را بیش از حد گرم می کند. در این حالت موتور با جریانی بیشتر از جریان نامی کار می کند. از جمله دلایل وقوع این خطا در موتور می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• زیاد بودن مقاومت گشتاور برای موتور مورد نظر
• گیر کردن روتور
• راه اندازی موتور به صورت مکرر
• قطع شدن یکی از فازهای منبع
• طولانی شدن زمان استارت

برای کنترل اضافه بار می توان از رله اضافه بار استفاده کرد. MPCB نیز با مکانیزمی مشابه رله بیمتال در برابر اضافه بار از موتور حفاظت می کند. بیمتال از دو نوار فلزی با ضریب انبساط متفاوت تشکیل می شود. تفاوت در ضریب انبساط، سبب تفاوت در عکس العمل تیغه ها نسبت به گرما می شود. به همین دلیل تیغه در اثر گرم شدن دچار خمیدگی می شود. این فرآیند سبب باز شدن کنتاکت و قطع مدار می شود.

حفاظت از موتوردر برابر اتصال کوتاه

اتصال کوتاه جدی ترین و خطرناک ترین خطایی است که در یک مدار الکتریکی رخ می دهد. بنابراین لازم است موتور و سایر مصرف کننده ها در برابر این خطا حفاظت شوند. در صورت تماس بین دو فاز یا تماس یک فاز با نول یا زمین اتصال کوتاه رخ می دهد. این خطا به صورت تصادفی، به دلیل از بین رفتن عایق سیم ها در اثر پیری طبیعی یا در اثر آسیب جریان بیش از حد به سیم ها رخ می دهد. در نتیجه اتصال کوتاه، جریان بسیار بزرگی از مدار عبور می کند که می تواند به موتورها و … آسیب برساند.

وقوع اتصال کوتاه در مدار، محافظ مغناطیسی کلید حرارتی MPCB را فعال می کند. در این حالت بلافاصله برق مدار قطع می شود. عبور جریان بیش از حد از سیم پیچ (مانند شرایط اتصال کوتاه) سبب ایجاد میدان یک مغناطیسی بزرگ می شود که می تواند آرمیچر را حرکت دهد. در نتیجه حرکت آرمیچر تیغه ها باز و مدار قطع می شود.

ظرفیت شکست تجهیزات حفاظتی باید از حداکثر جریان اتصال کوتاه محاسبه شده برای آن نقطه از سیستم بیشتر باشد. در واقع ظرفیت شکست به ویژگی های شبکه بالادستی بستگی دارد نه به جریان نامی موتور!

خطای عدم تعادل بار

اغلب موتورهای مورد استفاده در صنعت از نوع سه فاز هستند و کلید حرارتی برای حفاظت از این موتورها مورد استفاده قرار می گیرد. تعادل ولتاژ در مدار سه فاز الزامی است زیرا مقاومت سیم پیچ موتور متعادل است. به دلیل تعادل مقاومت، تنها در صورت تعادل ولتاژ شاهد تعادل جریان عبوری از سیم پیچ ها خواهیم بود.

عدم تعادل بار می تواند به موتور آسیب برساند. MPCB در صورت وقوع این خطا، منبع تغذیه را از موتور جدا و به این صورت از موتور محافظت می کند.

محافظت در برابر خطای قطع فاز

 به منظور عملکرد صحیح موتور و تولید خروجی کارآمد، لازم است ولتاژ متعادل روی هر سه فاز به موتور اعمال شود. قطع فاز یعنی در یک فاز ولتاژی وجود ندارد، یا به بیان دیگر ولتاژ یکی از فازها صفر شده است.

این شرایط احتمال سوختن سیم پیچ های موتور را بسیار زیاد می کند. کلید حرارتی به کمک مکانیزم حفاظت در برابر اضافه بار می تواند موتور را قبل از هر گونه آسیبی خاموش و از منبع تغذیه جدا کند.

تجهیزات جانبی کلید حرارتی MPCB

با افزودن برخی از تجهیزات جانبی به کلید حرارتی می توان قابلیت های دیگری به آن اضافه کرد. مهمترین تجهیزات جانبی این کلیدها عبارتند از:

رله شنت (Shunt Relay)

گاهی اوقات لازم است تنها در صورت برقراری شرایط خاصی کلید حرارتی MPCB قطع شود. این قابلیت را می توان به کمک رله شنت به کلید حرارتی اضافه کرد. رله شنت از پهلو به کلید حرارتی متصل می شود. با اعمال ولتاژ به بوبین رله شنت، رله فعال شده و کلید حرارتی را قطع می کند.

رله آندر ولتاژ (Under Voltage Relay)

همانطور که می دانید در صورتیکه ولتاژ شبکه پایین تر از میزانی که رله آندر برای آن ساخته شده (حدود 70 درصد ولتاژ کاری) بیاید مدار را قطع می کند. در صورتی که دو سر بوبین رله آندر دارای برق باشد، اجازه قطع و وصل شدن به کلید می دهد. در واقع با قطع برق رله، کلید حرارتی قطع می شود. این رله از پهلو به کلید حرارتی متصل می شود.

کنتاکت کمکی (Auxiliary Contact) 

گاهی اوقات لازم است با قطع و وصل کلید حرارتی، تجهیزات دیگری نیز تغییر وضعیت دهند. در این شرایط از کنتاکت کمکی استفاده می شود. کنتاکت های کمکی که بیشترین مصرف را دارند به صورت یک باز و یک بسته و دو باز و دوبسته هستند. این کنتاکت ها از پهلو یا جلو به MPCB متصل می شوند.

کنتاکت کمکی خطا (Trip-Indicating Auxiliary Contact)

برای اطلاع از تریپ کردن کلید حرارتی بعد از تشخیص خطای اضافه بار، می توان از کنتاکت کمکی خطا استفاده کرد. این کنتاکت از پهلو به کلید متصل می شود. لازم به ذکر است با قطع و وصل کلید حرارتی، کنتاکت خطا عمل نمی کند.

تولید کنندگان برتر کلید حرارتی MPCB

کلیدهای حرارتی به صورت گسترده جهت محافظت از موتورهای الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند. حفاظت دقیقMPCB  در برابر اضافه جریان و همچنین حفاظت در برابر اتصال کوتاه و عدم تعادل فاز، کاربرد گسترده آن در صنایع مختلف را سبب شده است. با توجه به گستردگی استفاده از این تجهیزات، تولید کنندگان مختلفی در سراسر دنیا اقدام به تولید این بریکرها می کنند. از جمله رایج ترین برندهای کلید حرارتی در بازار ایران می توان موارد زیر را نام برد:

کلید حرارتی زیمنس

کلید حرارتی زیمنس در مدل های متنوعی تولید و به بازار عرضه می شود. MPCB ها نیز مانند سایر تجهیزات فشار ضعیف زیمنس، کد گذاری اختصاصی دارند. به صورت کلی کلیدهای حرارتی زیمنس با پیش کد یا سری 3RV شناخته می شوند. تنوع های مختلفی از این کلیدها وجود دارد. زیمنس این کلیدها را براساس کاربردها و محل استفاده در گروه های مختلفی دسته بندی کرده است.

کلید حرارتی اشنایدر

اگر به دنبال یک بریکر مطمئن هستید که تقریباً در هر برنامه ای قابل استفاده باشد، کلید حرارتی اشنایدر را انتخاب کنید. این کلیدها قادرند موتورهای الکتریکی را در برابر اتصال کوتاه و اضافه بار محافظت کنند. علاوه بر این امکان کنترل موتور (روشن/خاموش) نیز به کمک آن ها فراهم می شود. از دیگر شاخصه های بارز این بریکرها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• کلاس حفاظت بالا تا 15 کیلو وات (برای سری GV2RT 11 کیلووات)
• حفاظت حرارتی مغناطیسی یا مغناطیسی
• قابلیت عملکرد با دسته دوار، دسته چرخشی کشیده، دکمه فشاری یا ضامن
• پشتیبانی از اتصالات مختلف شامل پیچ های مولتی استاندارد (قابل باز و بستن با انواع پیچ گوشتی و چهارسو)، پشتیبانی از بلوک های ترمینال Ever Link، ترمینال فنری، اتصالات حلقه ای

کلید حرارتی هیوندای

کلید حرارتی هیوندای با نام تجاری Hyundai Manual Motor Starter (HMMS) روانه بازار شده است. این کلیدها علاوه بر حفاظت از موتور، قابلیت روشن و خاموش کردن موتور به صورت دستی را نیز فراهم می کنند. همین قابلیت سبب نامگذاری آن ها به عنوان راه انداز دستی موتور هیوندای شده است. این کلیدها قادرند به صورت همزمان عملکرد کلید اتوماتیک و رله اضافه بار را انجام دهند.

حفاظت قابل اعتماد موتور در برابر خطاهای اضافه بار، اتصال کوتاه، قطع فاز و استارت نامتعارف را می توان توسط این بریکرها پیاده سازی کرد. کلید حرارتی هیوندای را همچنین می توان طبق استاندرادهای IEC 60947 – 2 و IEC 60947 – 4 – 1 برای حفاظت از خط توزیع مورد استفاده قرار داد.

جمع بندی

کلید حرارتی یک تجهیز پرکاربرد برای حافظت از موتورهای الکتریکی است. حفاظت از موتور در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه از جمله قابلیت های اصلی این کلیدهاست. با استفاده از MPCB می توان کلید حرارتی و رله اضافه بار را از مدار حذف کرد. این کلیدها قابلیت تنظیم جریان نامی موتور و اتصال به تجهیزات جانبی را دارند. با ورود به فروشگاه پناپ کالا می توانید محصول مورد نظر را خریداری کنید.