کلید حرارتی حفاظت موتور نوع خاصی از ابزارهای حفاظت الکتریکی هستند که ­همان­طور که از نام آن­ها پیداست به ­طور خاص برای موتورهای الکتریکی طراحی شده ­اند. موتورهای الکتریکی کاربردهای زیادی داشته و برای به حرکت در آوردن تمام انواع ابزارهای مکانیکی استفاده می­شوند، بنابراین بسیار مهم است که از آن­ها به‌قدر کافی به کمک MPCB-ها محافظت کرد. در ادامه تعدادی از مثال­های ابزارهای هدایت شده توسط موتورهای الکتریکی در ساختمان­های تجاری و صنعتی آورده شده است:

تهویه هوای سقفی، چیلرها، کمپرسورها، پمپ­های حرارتی و برج­های خنک‌کن.

فن­های مکنده و دمنده و همچنین واحدهای انتقال هوا.
سامانه ­های پمپاژ آب.
آسانسورها و انواع دیگر ابزارهای بالابر.
تسمه‌ نقاله‌های صنعتی و دیگر ماشین ­آلات مورد استفاده در فرآیندهای تولید.

در تمام این کاربردهای صنعتی و تجاری موتورهای الکتریکی، MPCB نقش اساسی در مهیاکردن حفاظت الکتریکی دارند.
کلید حرارتی حفاظت موتور چه بوده و کاربردهای آن شامل چه مواردی است؟

یک کلید حرارتی (مدارشکن) حفاظت موتور یا MPCB یک ابزار الکترومکانیکی مخصوص است که می­تواند در مدارهای موتور با هردو فرکانس ۶۰ هرتز و ۵۰ هرتز استفاده شود. این ابزار چندین کاربرد دارد که امکان تأمین توان الکتریکی ایمن برای موتورها را فراهم می­آورد:

محافظت در برابر خطا­های الکتریکی مانند اتصال کوتاه، خطاهای خط به زمین و خطاهای خط به خط. MPCB می­تواند هرگونه خطای الکتریکی که زیر توان قطع آن باشد را منقطع سازد.
محافظت در برابر اضافه‌بار موتور، زمانی که یک موتور برای مدت‌زمانی طولانی جریان الکتریکی بیشتر از مقدار اسمی خود می­کشد. محافظت در برابر اضافه­ بار موتور معمولاً در MPCB-ها قابل تنظیم است.
محافظت در برابر عدم تعادل فاز و از بین رفتن فاز. هردوی این شرایط می­توانند آسیب جدی به موتور سه ­فاز وارد سازند، بنابراین کلید حرارتی در هر یک از این دو مورد به‌محض تشخیص خطا موتور را از مدار قطع خواهد کرد.
تأخیر حرارتی برای جلوگیری از روشن شدن دوباره موتور بلافاصله پس از اضافه‌بار، تا به موتور زمان لازم برای خنک شدن داده شود. در صورت روشن شدن دوباره یک موتور داغ شده می­تواند آسیب دائمی به آن وارد سازد.
سوئیچینگ مدار موتور – MPCB-ها معمولاً برای این منظور به دکمه یا شاخص مجهز می­شوند.
عیب­یابی خطا – بعضی از مدل­های کلید حرارتی یک نمایشگر ال ای دی دارند که زمانی که MPCB به کار بیفتد روشن می­شود. این یک نشانگر تصویری برای پرسنل اطراف آن است، بدین معنی که ایرادی بروز کرده است و موتور الکتریکی تا زمانی که خطا برطرف نشود، نباید وصل گردد.
اتصال مجدد خودکار – برخی مدل­های MPCB اجازه وارد کردن زمان خنک شدن در صورت وجود اضافه‌بار را می­دهند، که پس ‌از آن موتور به­ صورت خودکار مجدداً راه­ اندازی می­شود.

موتورهای الکتریکی تجهیزات گرانی هستند، بنابراین نقش کلید حرارتی بسیار مهم است. اگر یک موتور به‌درستی محافظت نشود، ممکن است به تعمیرات پرهزینه یا حتی تعویض کامل تجهیزات منجر شود. یک موتور الکتریکی که به‌درستی با یک MPCB حفاظت شده باشد عمر خدمات بسیار طولانی­ تری خواهد داشت.
اصول کارکرد مدارشکن حفاظت موتور

کلید حرارتی حفاظت موتور می­تواند زیرمجموع ه­ایی از مدارشکن­ های مغناطیسی حرارتی در نظر گرفته شود، اما با کارکردهای بیشتری که بطور خاص برای حفاظت موتورهای الکتریکی طراحی شده­اند. اصول کارکرد اصلی مشابه دیگر کلیدها می­باشد.

حفاظت الکتریکی برای محافظت از موتور الکتریکی در برابر اضافه ‌بار استفاده می­شود. این ابزار بر اساس یک تماس انبساطی و انقباضی است که در صورت تشخیص جریان اضافی، موتور را قطع می‌کند. بسیار مهم است که بدانیم، حفاظت دمایی یک پاسخ تأخیری دارد، تا به جریان­های ورودی لحظ ه­ای زیاد در هنگام شروع کار موتور اجازه عبور بدهد. با این‎وجود، اگر یک موتور بنا به دلایلی قادر به شروع کار نباشد، کلید حرارتی در پاسخ به جریان ورودی ادامه­ دار به کار می­ افتد.
در صورت وجود اتصال کوتاه، خطای خط، یا دیگر خطاهای الکتریکی جریان بالا حفاظت مغناطیسی به کار می­افتد. برخلاف حفاظت دمایی، حفاظت مغناطیسی آنی است؛ تا جریان­های خطای خطرناک را بلافاصله قطع کند.
تفاوت اصلی بین MPCB و سایر مدارشکن­ها در این است که MPCB می­تواند در برابر عدم تعادل فاز و از دست دادن فاز محافظت ایجاد کند. موتورهای مدار سه فاز به سه هادی برق ­دار با ولتاژهای متعادل نیاز دارند تا بتوانند بطور مؤثر عمل کنند. عدم تعادل بیش از ۲ درصد برای عمر مفید موتور مضر است. اگر یکی از ولتاژهای فاز بطور ناگهانی از بین برود، این آسیب حتی بسیار بیشتر خواهد بود چراکه موتور تنها با دو فاز به کار ادامه خواهد داد. مدارشکن حفاظت موتور با اندازه­گیری اختلاف بین ولتاژهای فاز قادر به تشخیص این شرایط بوده و موتور را بلافاصله پس از وقوع آن جدا می‌کند. توجه به این نکته ضروری است که عدم تعادل جریان فاز در سامانه­ های سه فاز که بارهای تک­فاز جداگانه را راه­اندازی می­کنند، طبیعی است، اما زمانی که مدار سه فاز یک موتور الکتریکی را تحریک می‌کند، این موضوع قابل‌قبول نیست.
MPCB-ها مجهز به مکانیزم‌های قطع دستی هستند که امکان قطع موتورهای الکتریکی برای تعویض یا تعمیر و مراقبت را فراهم می­آورد.
مدارشکن­های حفاظت موتور در طیف گسترده­ای از درجه­ بندی ­های جریان موجود هستند و یکی از بهترین ویژگی­های آن­ها این است که مدل­های زیاد باعث می­شود درجه ­بندی جریان تنظیم شود. این بدین معنی است که می­توان از MPCB یکسان برای حفاظت از موتورهای با ظرفیت مختلف استفاده کرد.

حفاظت موتور آسنکرون

بیشتر موتورهای مورد استفاده در صنعت موتورهای آسنکرون هستند، که با عنوان موتورهای القائی قفسه سنجابی نیز شناخته می­شوند. این موتورها از توان سه فاز برای ایجاد میدان مغناطیسی دوار استفاده می­کنند، که به‌نوبه خود یک روتور را آهنربایی کرده و یک حرکت چرخشی ایجاد می‌کند. هنگام طراحی حفاظت الکتریکی برای یک موتور آسنکرون و انتخاب مدارشکن­ های حفاظت موتور، عوامل بسیار مهمی وجود دارند که در دیگر انواع حفاظت مدارهای الکتریکی وجود ندارند و باید در نظر گرفته شوند.

موتورهای آسنکرون جریان راه­اندازی بسیار زیادی را در هنگام شروع به کار می­کشند، چراکه باید یک میدان مغناطیسی دوار ایجاد کنند. این جریان برای کسری از ثانیه می­تواند به مقادیر ۵۰۰ تا ۸۰۰ درصد مقدار اسمی برسد. به همین دلیل، حفاظت مغناطیسی MPCB در مقادیری بیش از ۱۰ برابر جریان اسمی عمل می‌کند، برخلاف برخی انواع مدار شکن­های مینیاتوری که در مقادیر کمتر از ۳ برابر جریان اسمی عمل می­کنند. در این موارد، استفاده از یک مدار شکن به‌جای یک MPCB قبل از عمل کردن حفاظت مغناطیسی حتی به موتور اجازه شروع به کار را نخواهد داد، یک روش بسیار متداول برای کاهش جریان راه­اندازی، تکمیل مدار شکن حفاظت موتور با یک استارتر موتور کاهش ولتاژ است.
موتورهای آسنکرون نیازمند هادی ­های سه­ فاز هستند تا ولتاژ متعادلی داشته و بطور مناسب کار کنند. اگر هادی­ های فاز عدم تعادل بیش از ۲ درصد داشته باشند، موتور با گذشت زمان دچار خسارت شده و عمر مفید کمتری خواهد داشت. همچنین چنین موتور الکتریکی گرمای بیش‎ازحد‎ خواهد داشت که به معنی صرف هزینه ­های اضافی انرژی برای اتلاف گرمای ایجاد شده است. به همین دلیل، یک مدار شکن موتور باید قادر به کشف عدم تعادل فاز و بر این اساس قطع موتور باشد.
اگر یکی از فازها بطور کامل قطع شود، موتور به کار خود ادامه خواهد داد ولی جریان در دو فاز باقی­مانده به دلیل عدم تعادل الکتریکی به بیشتر از مقدار نامی افزایش خواهد یافت و احتمالاً باعث سوختن سیم­پیچ موتور خواهد شد. به همین دلیل، محافظ های موتور باید در صورت تشخیص عدم تعادل فاز یا از دست رفتن فاز بلافاصله عمل کنند. این موضوع معمولاً با اندازه­گیری اختلاف­های جریان بین هادی­های فاز حاصل می­شود. اگر یکی از جریان­های فاز افزایش یافته یا در مقایسه با دو جریان دیگر به میزان قابل‌توجهی افت کند، این نشانه عدم تعادل است. به همین ترتیب، اگر یکی از جریان­های فاز به صفر کاهش یابد و دو جریان دیگر باقی بمانند، از دست رفتن فاز رخ داده است.

بنابراین، چه نوع قطع­کننده ­هایی برای حفاظت از موتورهای آسنکرون قابل استفاده هستند؟ تولیدکنندگان معمولاً سه نوع مدارشکن حفاظت موتور مختلف پیشنهاد می­دهند، که برای طیف گسترده­ای از ولتاژ­ها و جریان­ها ارائه می­شوند، تا اغلب نیازهای حفاظت موتور آسنکرون را رفع کنند.

تکمیل کلید حرارتی حفاظت موتور با یک کنتاکتور بسیار متداول است تا امکان کنترل خودکار راه­اندازی و قطع موتور فراهم شود. این سیستم همچنین می­تواند شامل دستگاه حفاظت زیر-ولتاژ باشد، که هنگامی‌که ولتاژ به میزان قابل‌توجهی به زیر مقدار نامی افت می‌کند، موتور را قطع می‌کند.
(راهنمای انتخاب) اندازه مدارشکن حفاظت موتور

دو عامل عمده که اندازه مدارشکن حفاظت موتور را تعیین می­کنند ولتاژ نامی و جریان نامی خود موتور هستند.

درجه­بندی ولتاژ MPCB باید مطابق با ولتاژ نامی موتور باشد. به‌طورمعمول، مدارشکن­های حفاظت موتور می­توانند در طیف گسترده­ای از ولتاژهای نامی شامل ۲۳۰، ۳۸۰، ۴۱۵، ۴۴۰، ۵۰۰ و ۶۶۰ ولت AC استفاده شوند.
پس از مشخص شدن ولتاژ، باید جریان نامی موتور را بررسی کرد. باید توجه داشت که جریان عملیاتی واقعی می­تواند کمتر از جریان نامی باشد، بخصوص که موتور ­بطور کامل زیر بار نرفته باشد. بااین‎وجود، MPCB باید همواره بر اساس جریان نامی موتور انتخاب شود تا به جریان اولیه هنگام شروع به کار موتور اجازه عبور بدهد. برای مثال، یک موتور با جریان نامی ۲۰ آمپر طی کارکرد بار کمتر از بار کامل می­تواند جریان بسیار کمتری بکشد، ولی MPCB باید بر اساس مقدار اسمی ۲۰ آمپر انتخاب شود، یا درصورتی‌که موتور در بار کامل استفاده شود، می­تواند عمل کند.
در این صورت مدارشکن­های حفاظت موتور می­توانند به مقدار دقیق جریانی که برای حفاظت موتور الکتریکی مناسب است، کالیبره شوند. آن­ها معمولاً دامنه تنظیم دارند. برای مثال، یک MPCB که دارای دامنه ۳۲ آمپر است می­تواند برای موتورهای دارای جریان نامی ۲۲ آمپر استفاده شود. این موضوع درصورتی‌که یک موتور الکتریکی با یک مدل کارآمدتر که به جریان کمتری نیاز دارد تعویض شود بسیار مفید است، زیرا نیاز به تعویض قطع­کننده موتور نخواهد بود.
حتی اگر مدارشکن حفاظت موتور به‌درستی بر اساس موتوری که باید محافظت گردد، انتخاب شود، همچنان استفاده از سیم­کشی مناسب نیز مهم است. برای تأمین حفاظت کافی، سیم باید بتواند جریان نامی را بطور ایمن عبور دهد. یک سیم کوچک‌تر از اندازه بیش ‎از حد‎ گرم خواهد شد، عایق ذوب شده و خطاهای الکتریکی ممکن است حتی در صورت نصب یک قطع­ کننده رخ دهند.

جدول مشخصات مدارشکن حفاظت موتور

تولیدکنندگان MPCB معمولا جداولی ارائه می­دهند که در آن­ها مشخصات فنی مدارشکن­ ها ارائه شده است، تا فرآیند انتخاب ساده تر شود. جدول زیر، مثالی ارائه می­دهد که برای مدار شکن موتور مدل SGV2-ME تولید شده توسط CGSL است.

مقادیر جریانی که در آن حفاظت­های گرمایی و مغناطیسی عمل می­کنند در ستون­های رها شدن حرارتی و رها شدن مغناطیسی آورده شده است. قبل از نصب یک MPCB، بسیار مهم است که بررسی شود که رده ­بندی­ های جریان و ولتاژ با موتور مورد حفاظت سازگار باشند.
کلید حرارتی یا MPCB چیست و چگونه کار میکند

جهت مشاهده عکس در ابعاد بزرگتر روی آن کلیک کنید
محاسبات مدارشکن حفاظت موتور

مدارشکن­های حفاظت موتور نقش بسیار مهمی در ایمنی الکتریکی دارند، چراکه موتورهایی که از آن­ها محافظت می­کنند کاربردهای گسترده­ای در ساختمان­های تجاری و صنعتی دارند. موتورهای آسنکرون، رایج­ترین موتورهای الکتریکی در کاربردهای صنعتی و تجاری، الزامات حفاظت خاصی دارند که تنها با مدارشکن حفاظت موتور برآورده می­شود. همچنین امکان تکمیل یک MPCB با دیگر حفاظت­ها یا ابزارهای اتوماسیون مانند حفاظت زیر-ولتاژ، تایمرها و دیگر استارترهای ولتاژ کاهشی وجود دارد.

انتخاب مناسب MPCB برای مهیاکردن حفاظت موتور مناسب کلیدی است. یک MPCB با اندازه کوچک به موتور حتی اجازه شروع نخواهد داد، درحالی‎که یک MPCB با اندازه بزرگ به تشخیص شرایط جریان بیش‎ازحد‎ به‌منظور حفاظت از موتور قادر نخواهد بود.