کلید حرارتی یا راه‌انداز موتور نوعی قطع‌کننده مدار است که وظیفه حفاظت از موتور در برابر جریان‌های اضافه‌بار و اتصال کوتاه را بر عهده دارد. کلید حرارتی قابلیت قطع زیر بار را دارد؛ یعنی مدار موتور را حین کار قطع یا وصل می‌کند. عملکرد کلید حرارتی تقریباً مشابه بی‌متال است، اما تفاوت‌های میان آنها وجود دارد. برای مثال کلید حرارتی قطع و وصل‌کننده مدار قدرت است در حالی که بی‌متال این عمل را روی مدار فرمان اجرا می‌کند.
تفاوت دیگر این است که عملکرد کلید حرارتی در برابر خطای جریان حرارتی و خطای جریان مغناطیسی است، ولی عکس‌العمل بی‌متال تنها مقابل خطای جریان حرارتی حاصل از جریان اضافه‌بار و داغ شدن موتور است. همچنین شاسی قطع و وصل بر روی کلید حرارتی مشاهده می‌شود ولی این شاسی در بی‌متال وجود ندارد. با توجه به عوامل و تفاوت‌های مذکور می‌توان بالاتر بودن ضریب اطمینان قطع و وصل و همچنین دقت عملکرد کلید حرارتی نسبت بی‌متال را برداشت کرد.
تعریف کلید حرارتی
واژه MPCB از عبارت Motor Protection Circuit Breaker گرفته شده است که به معنی مدار قطع‌کننده محافظ موتور است. MMS نیز نام دیگر آن است که مخفف عبارت Manual Motor Starter بوده و به معنی کلید راه‌انداز موتور است؛ بنابراین کلید حرارتی نوعی کلید قابل قطع زیر بار با کاربرد قطع و وصل کردن موتور و حفاظت از موتور در برابر اضافه‌بار است.
عملکرد کلید حرارتی در مواقع بروز اتصالی، به‌صورت خودکار است. کلیدهای حرارتی قطع و وصل‌کننده مدار قدرت بوده و همچنین دارای امکان نصب برای استفاده در مدار فرمان همراه با تجهیزات جانبی هستند. در دنیای صنعت امروز، کاربرد و نقش موتورهای آسنکرون قفس سنجابی بسیار مهم است. این موتورها به حفاظت نیاز دارند. با توجه به مزایای کلیدهای حرارتی و کاربرد آنها در حفاظت انواع موتورها و همچنین امکان تجمیع با لوازم جانبی، آنها بهترین انتخاب برای حفاظت از این نوع موتورها هستند.
مانند سایر تجهیزات، کلید حرارتی نیز می‌تواند در کنار تجهیزات جانبی در مدارات استفاده شود. تجهیزات جانبی کلیدهای حرارتی شامل بوبین شنت، رله افت ولتاژ، کنتاکت کمکی و کنتاکت کمکی خطا، دستگیره گردان و رابط نصب است. نصب کلید حرارتی به‌عنوان یک بریکر در ابتدای فیدر حفاظت موتوری صورت می‌گیرد. اتصال برق ورودی سه‌فاز به بخش ورودی کلید حرارتی انجام شده و همچنین خروجی سه‌فاز از کلید حرارتی به موتور متصل می‌شود.
قابلیت تنظیم رنج جریان کلید حرارتی، از مزایای مهم آن است. یک زبانه کوچک دوار بر روی کلیدهای حرارتی وجود دارد امکان تغییر در یک بازه مشخص جریانی را دارد. انتخاب کلید حرارتی برای هر موتور باید بر اساس توان نامی موتور انجام شود. سپس امکان تغییر جریان کلید حرارتی مطابق با جریان نامی موتور توسط زبانه تنظیم جریان وجود دارد.
ساختار کلید حرارتی
تجهیزات جانبی مختلفی در ساختار کلید حرارتی وجود دارد. این تجهیزات به شرح زیر هستند:
- بوبین شت: نصب این رله به کلید حرارتی به شکل جانبی و از پهلو است. کارکرد آن در تعیین وصل بودن کلید حرارتی در شرایط خاص است. عملکرد رله شنت در صورت اعمال ولتاژ به بوبین صورت گرفته و قطع کلید حرارتی را منجر می‌شود؛ بنابراین در مواقع بروز حوادثی مانند آتش‌سوزی در محیط، با گذاشتن یک سنسور و همچنین اتصال کنتاکت باز سنسور به بوبین شنت کلید حرارتی در صورتی که سنسور به‌خوبی شناسایی کرده و عمل کند، رله شنت فعال می‌شود. با فعال‌شدن این رله کلید به حالت قطع می‌رود و مصرف‌کننده بدون برق می‌شود.
- رله افت ولتاژ: این رله، عملکردی برعکس رله شنت دارد. رله افت ولتاژ همانند بوبین شت به‌صورت جانبی به کلید حرارتی متصل می‌شود، اما تفاوت آنها این است که رله افت ولتاژ برای اجازه دادن قطع و وصلی به کلید حرارتی، همواره در دو سر خود نیازمند برق است.
- کنتاکت کمکی: اتصال این تجهیزات به کلید حرارتی در دو شکل تک کنتاکت و دو کنتاکت از پهلو یا از رو به کلید حرارتی صورت می‌گیرد. تغییر وضعیت کنتاکت‌ها با قطع و وصل شدن کلید حرارتی رخ می‌دهد.
- کنتاکت کمکی خطا: عملکرد این کنتاکت تنها در صورت تشخیص خطای اضافه‌بار توسط کلید حرارتی و رفتن به حالت تریپ است. کنتاکت خطا با قطع و وصل شدن کلید حرارتی عمل نمی‌کند.
- دستگیره گردان: اتصال این تجهیز به کلید حرارتی به‌وسیله یک رابط میله‌ای انجام می‌گیرد و کاربرد آن در تابلوهای کشویی است.
- رابط نصب: نصب کنتاکتور به کلید حرارتی توسط این رابط صورت می‌گیرد. با توجه به نوع اتصال کلید حرارتی به کنتاکتور، از اشکال مختلف این رابط استفاده می‌شود.
عملکرد کلید حرارتی
همان‌طور که پیش از این نیز گفته شد، عملکرد کلید حرارتی مشابه بی‌متال است، اما در مواردی تفاوت دارند. ساخت کلید حرارتی بر پایه عنصر بی‌متال صورت می‌گیرد. زمانی که جریان الکتریکی از تیغه‌های کلید حرارتی عبور می‌کند، دو فلز ناهمسان جوش‌خورده به یکدیگر در کلید حرارتی گرم می‌شوند و طول آنها نیز افزایش می‌یابد. ولی به دلیل تفاوت در ضریب انبساط دو فلز، بی‌متال به سمت فلزی که دارای ضریب انبساط پایین‌تر است خم می‌شود. جابه‌جایی صورت گرفته از طریق اهرم یا به شکل مستقیم منجر به قطع و وصلی کنتاکت‌ها می‌شود. استفاده از این ویژگی در فیوز‌ها و کلیدهای حرارتی رایج است.
استفاده از آهن‌ربا در بالا و پایین تیغة دوفلزی به‌منظور افزایش سرعت عملکرد کلید حرارتی و جلوگیری از جرقه و سوختگی محل اتصال انجام می‌شود که نیروی مغناطیسی آن به‌عنوان عاملی برای بسته‌شدن سریع اتصال کمک عمل می‌کند. از ویژگی‌های رله‌های اضافه‌بار تنظیم‌پذیری آنهاست. می‌توان تنظیم آنها را به‌گونه‌ای انجام داد که سبب قطع جریان‌هایی بین 1/05 تا 10 برابر جریان نامی موتورها شوند. کلیدهای حرارتی سه‌فاز، سه پل قدرت ورودی دارند.
کاربرد کلید حرارتی
کلیدهای حرارتی دارای چند کاربرد اصلی هستند که در زیر آمده است:
- برای کلیدزنی مدارات موتوری استفاده می‌شود.
- به‌منظور حفاظت قابل تنظیم برای اضافه‌بار مغناطیسی و حرارتی به کار می‌رود.
- از موتور الکتریکی در برابر انواع خطاهای الکتریکی محافظت می‌کند.
- به دلیل داغ شدن موتور حاصل از اضافه‌بار، تأخیر حرارتی برای روشن شدن موتور ایجاد می‌کند.
همچنین کلیدهای حرارتی دارای مزایایی به شرح زیر هستند:
- قدرت قطع بالا
- استفاده در جهت مدارات جریان بالا
- مقاومت بالا در برابر بارهای لحظه‌ای
- برخورداری از رنج‌های گسترده
- امکان تنظیمات دقیق در مورد هر یک از پارامترهای الکتریکی
- امکان فرمان‌پذیری و کنترل
از کلید حرارتی به‌عنوان جایگزینی برای ترکیب کلید مینیاتوری و بی‌متال نیز استفاده می‌شود، زیرا دارای حفاظت اتصال کوتاه است. همچنین امکان اتصال کلید حرارتی با سایر تجهیزات جانبی در مدارات وجود دارد، به همین دلیل کلیدهای حرارتی را با عنوان کلیدهای کمپکت محافظ موتور نیز می‌شناسند.
اگر تنها از کلید حرارتی برای روشن و خاموش‌کردن موتور استفاده شود، امکان حذف کنتاکتور نیز وجود دارد. در این صورت کلیدهای استارت و استپ موجود در کلیدهای حرارتی برای روشن و خاموش‌کردن موتور به کار می‌روند. نکته قابل توجهی که وجود دارد این است که در مواقعی که به حفاظت بیشتر نیاز است، بر اساس طراحی مدار، بی‌متال نیز می‌تواند قبل از کلید حرارتی به کار می‌رود.
سخن پایانی
کلید حرارتی نوعی قطع‌کننده مدار است که از موتور محافظت می‌کند. این کلید متشکل از فیوز مینیاتوری و بی‌متال است و به‌منظور حفاظت از موتور در برابر اتصال کوتاه و اضافه‌بار به کار می‌رود. در این مقاله به تعریف کلید حرارتی، ساختار، عملکرد و کاربرد آن پرداختیم. این تجهیز حفاظتی با قابلیت‌هایی نظیر قطع و وصلی زیر بار، تنظیم دقیق آمپر و قطع مستقیم موتور در زمان ایجاد اضافه‌بار، جایگاه ویژه‌ای در میان تمام تجهیزات حفاظتی دارد.
