کلید مینیاتوری چیست؟ اجزاء، نحوه عملکرد و تجهیزات جانبی

با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی، کلیدهای مینیاتوری به عنوان یکی از اجزای کلیدی در صنعت برق مورد توجه قرار گرفته‌اند. این کلیدها، به دلیل اندازه‌ی کوچک و عملکرد بالا، جایگزینی مناسب برای کلیدها و سوئیچ‌های بزرگ و سنگین قدیمی شده‌اند.

در صنعت برق، اطمینان از اتصال و قطع دقیق و سریع در مدارهای الکتریکی بسیار اهمیت دارد. کلیدهای مینیاتوری با عملکرد قابل اعتماد و توانایی کنترل دقیق جریان برق، به این صنعت امکان می‌دهند تا از دستگاه‌های کوچک و با کیفیت برای کنترل مدارهای پیچیده استفاده کنند. این کلیدها در انواع مختلفی از مدارهای الکتریکی، از مدارهای کوچک و تخصصی تا مدارهای بزرگ و صنعتی، استفاده می‌شوند.

در این مقاله، به بررسی عمیق‌تر مفهوم کلید مینیاتوری و اجزای مینیاتورها پرداخته، سپس به نحوه عملکرد آنها پرداخته خواهد شد. همچنین، تجهیزات جانبی مورد نیاز برای بهره‌برداری بهینه از مینیاتورها نیز مورد بررسی قرار خواهد گرفت. با مطالعه این مقاله، شما با یکی از پیشرفته‌ترین تکنولوژی‌های روز دنیا آشنا خواهید شد و درک بهتری از کارکردها و کاربردهای آن خواهید داشت.

تاریخچه کلید مینیاتوری

تاریخچه کلیدهای مینیاتوری (Miniature Circuit Breaker – MCB) در صنعت برق از زمان اختراع اولین میکروسوئیچ توسط فیلیپ کنت مک‌گال در سال ۱۹۳۲ آغاز شد. فیلیپ کنت مک‌گال، کارمند شرکت باتری Burgess بود که به دنبال راهکاری جدید برای کنترل جریان برق و ایمنی در مدارهای برق بود. این اختراع اولین گام مهم در تکنولوژی حفاظتی برق بود که منجر به پیدایش کلیدهای مینیاتوری شد.

در سال ۱۹۳۷، WB Schulte کارفرمای فیلیپ کنت مک‌گال، شرکت MICRO SWITCH را تأسیس کرد. این شرکت با تولید میکروسوئیچهای نوآورانه و ایمنی برای مدارهای برق مختلف، به یکی از پیشگامان صنعت برق تبدیل شد. سپس در سال ۱۹۵۰، برند MICRO SWITCH به مالکیت Honeywell Sensing and Control درآمد که تا به امروز به عنوان یکی از معروف‌ترین شرکت‌های حفاظتی برق در جهان شناخته می‌شود.

در دهه‌های بعد، تکنولوژی کلیدهای مینیاتوری به طور قابل توجهی پیشرفت کرد:

در دهه ۱۹۴۰، کلیدهای مینیاتوری وارد کاربردهای نظامی شدند و در بمب‌ها و تجهیزات نظامی استفاده شدند.

در دهه ۱۹۵۰، این کلیدها به لوازم خانگی مانند یخچال‌ها و ماشین‌های لباسشویی اضافه شدند تا عملکرد و ایمنی آنها را بهبود بخشند.

در دهه ۱۹۶۰، استفاده این کلیدها در ماشین‌آلات صنعتی افزایش یافت و برای کنترل قابل اعتماد و سنسورها استفاده شدند.

در دهه ۱۹۷۰، به طور وسیع‌تر، این کلیدها در صنایع مختلف مانند خودروسازی، هوافضا، و الکترونیک کاربرد داشتند و به سوئیچ‌های محدود، فشار و سنسورها تبدیل شدند.

در دهه ۱۹۸۰، با پیشرفت تکنولوژی، کلیدهای مینیاتوری به صورت دیجیتالی و هوشمندانه‌تر شدند و به کاربردهایی مانند خودروهای هوشمند، سیستم‌های امنیتی و خانه‌های هوشمند وارد شدند.

امروزه، Honeywell Sensing and Control به نوآوری و توسعه کلیدهای مینیاتوری ادامه می‌دهد و محصولات متنوعی را ارائه می‌کند که در صنایع مختلفی از جمله خودروسازی، صنایع الکترونیکی، انرژی و خانه‌های هوشمند استفاده می‌شود. نام تجاری MICRO SWITCH به یک علامت تجاری عمومی برای هر سوئیچ snap-action تبدیل شده است و شرکت‌های دیگری غیر از Honeywell اکنون نیز سوئیچ‌های مینیاتوری Snap-Action را تولید می‌کنند. این تکنولوژی از زمان اختراعش تا به امروز تحولات چشمگیری را تجربه کرده و به عنوان یکی از اصلی‌ترین ابزارهای حفاظتی و کنترلی در صنعت برق مورد استفاده قرار می‌گیرد.

کلید مینیاتوری چیست؟

کلید مینیاتوری یا Miniature Circuit Breaker (MCB) در صنعت برق یک دستگاه حفاظتی است که طراحی شده است تا در مواقع بروز اتفاقات ناخواسته مانند برق‌گرفتگی، اتصال کوتاه و یا بار زیاد، مدار برق را قطع کند و از وقوع حوادث برقی جلوگیری کند. این کلیدها با استفاده از یک مکانیزم خودکار، در صورتی که جریان برق از حد مشخصی (که به عنوان ظرفیت کاهندگی آن تعریف می‌شود) بیشتر شود، به صورت خودکار مدار برق را قطع می‌کنند.

MCB  ها در اندازه‌ها و ظرفیت‌های مختلفی در دسترس هستند تا با توجه به نیازهای مختلف برقی، مورد استفاده قرار گیرند. آن‌ها برای حفاظت از مدارهای خانگی، صنعتی و تجاری استفاده می‌شوند و به دلیل اندازه کوچک، عملکرد قابل اعتماد، و عدم نیاز به باز کردن یا جابجایی قطعات برای بازنشانی پس از عملکرد، به عنوان یک جایگزین مناسب برای کلیدهای قدیمی تر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

اجزاء کلید مینیاتوری

ترمینال بالا (Normally Open Terminal – NO): ترمینال بالا، یکی از دو ترمینال اصلی در کلیدهای مینیاتوری است که زمانی که کلید فعال نیست، باز است و جریان الکتریکی را از یک قسمت به قسمت دیگر سیستم انتقال می‌دهد. این ترمینال به عنوان نقطه شروع جریان الکتریکی در مدار عمل می‌کند.

ترمینال پایین (Normally Closed Terminal – NC): ترمینال پایین در کلیدهای مینیاتوری نقش مهمی دارد. وقتی کلید غیرفعال است، این ترمینال بسته می‌ماند و جریان الکتریکی قطع می‌شود. این ویژگی برای ایمنی و کنترل دقیق جریان الکتریکی استفاده می‌شود.

محافظ حرارتی بی متال (Bimetallic Thermal Protector): این محافظ حرارتی برای جلوگیری از افزایش ناگهانی دما و جلوگیری از آسیب به تجهیزات برقی استفاده می‌شود. زمانی که دما به حد مشخصی می‌رسد، بیمتال درون کلید خم شده و مدار را قطع می‌کند.

محافظ جرقه‌گیر (Arc Suppressor): این محافظ برای کاهش یا خنثی‌سازی جرقه‌های الکتریکی و جلوگیری از بروز آتش‌سوزی یا آسیب به سیستم استفاده می‌شود. این عملیات با جذب و انتقال انرژی جرقه به جای دیگر صورت می‌گیرد.

محافظ الکترومغناطیسی (Electromagnetic Interference Filter): این محافظ برای حذف نویزهای الکترومغناطیسی در سیستم برقی استفاده می‌شود. با فیلتر کردن و حذف نویزهای الکترومغناطیسی، عملکرد سیستم بهبود می‌یابد و خطراتی مانند اختلالات در انتقال داده‌ها کاهش می‌یابد.

اتصال ثابت (Fixed Contact): این اتصال همواره با اتصال متحرک در تماس است و برای ایجاد مدار الکتریکی ثابت و مداوم استفاده می‌شود. این ترکیب اتصال‌ها در سیستم‌های توزیع برق برای کنترل و مداومت جریان الکتریکی بسیار حیاتی است.

اتصال متحرک (Moving Contact): این اتصال همراه با محرک حرکت می‌کند و وقتی کلید فعال می‌شود، به ترمینال‌ها متصل می‌شود تا مدار الکتریکی را بسته کند. این عملکرد به کنترل و تغییر جریان الکتریکی در سیستم‌های برقی کمک می‌کند.

مکانیسم اهرم (Lever Mechanism): این مکانیسم با استفاده از یک اهرم، فعالیت کلید را به راحتی تغییر می‌دهد. طراحی اهرم به صورتی است که فشار کمی به آن کافی است تا عملکرد کلید را فعال کند و مدار را ببندد.

ضامن (Lock): ضامن به منظور جلوگیری از تغییرات غیرمنتظره و فعال شدن ناخواسته کلید استفاده می‌شود. این قسمت به طور معمول قفل کلید را در جای خود نگه می‌دارد تا از هرگونه حرکت ناخواسته جلوگیری شود.

رویه (Cover): رویه کلید برای حفاظت از داخل کلید در برابر گرد و غبار، رطوبت و آسیب‌های مکانیکی استفاده می‌شود. این قسمت معمولاً از موادی مانند پلاستیک یا فلز تولید می‌شود و محافظت لازم را ارائه می‌دهد.

میله (Rod): میله برای انتقال حرکت از محرک به اجزای داخلی کلید به کار می‌رود. این قسمت برای ایجاد ارتباط بین محرک و اتصالات داخلی کلید استفاده می‌شود.

سنسور (Sensor): سنسورها برای شناسایی حالت کلید و انتقال این اطلاعات به سیستم کنترل استفاده می‌شوند. سنسورها از انواع مختلفی مانند سنسورهای فشار، سنسورهای دما و سایر سنسورهای حساس به استفاده می‌شوند تا حالت کلید و موقعیت آن را تشخیص دهند و مدار مرتبط را کنترل کنند.

این اجزا با همکاری و ترکیب مناسب، عملکرد بهینه و ایمنی سیستم‌های برقی را فراهم می‌کنند.

نحوه عملکرد کلید مینیاتوری

کلیدهای مینیاتوری در صنعت برق ابزارهایی حیاتی هستند که برای حفاظت از مدارهای الکتریکی در برابر خطرات مختلف استفاده می‌شوند. این کلیدها دو نوع عمده عملکرد دارند که از آنها برای تشخیص جریان اضافی و جلوگیری از خطرات الکتریکی استفاده می‌شود.

عملکرد الکترومغناطیسی:  در این نوع عملکرد، کلید مینیاتوری با استفاده از یک سیم پیچ الکترومغناطیسی عمل می‌کند. وقتی جریان بیش از حد مجاز از مدار عبور می‌کند، سیم پیچ گرم می‌شود و یک میدان مغناطیسی قوی ایجاد می‌کند که باعث جدا شدن فنرها و قطع اتصال مدار می‌شود. این عمل به سرعت و به صورت فوری رخ می‌دهد و مدار را در برابر خطراتی همچون آتش سوزی و اتصال کوتاه محافظت می‌کند. سیم پیچ الکترومغناطیسی به عنوان یک حسگر حساس جریان عمل می‌کند و در صورتی که جریان مدار بیش از حدی از مقدار مجاز تجاوز کند، تغییراتی ایجاد می‌کند که منجر به جدا شدن فنرها و قطع اتصال مدار می‌شود.

عملکرد بی‌متال:  در این نوع عملکرد، کلید مینیاتوری از دو قطعه فلزی نیمه‌هادی به نام بی‌ متال استفاده می‌کند. وقتی جریان از حد مجاز بیشتر می‌شود، بی‌متال گرم می‌شود و انعطاف پذیری آن کاهش می‌یابد، که به خم شدن آن منجر می‌شود و اتصال مدار قطع می‌شود. این عمل به صورت سریع و به طور خودکار اتفاق می‌افتد و با جداسازی بخش‌های مستعد خطر از بخش‌های سالم، مدار را در مقابل خطرات مختلف محافظت می‌کند.

کلیدهای مینیاتوری با سرعت و دقت عمل می‌کنند تا مدار را در مقابل خطرات الکتریکی حفظ کنند. این تجهیزات بسیار کارآمد هستند و در جلوگیری از آسیب به تجهیزات، حفاظت از افراد و افزایش ایمنی محیط الکتریکی نقش مهمی ایفا می‌کنند. از آنجایی که توانایی حفاظتی آن‌ها محدود است، استفاده از کلیدهای اتوماتیک کمپکت در مواجهه با جریان‌های بسیار بالا توصیه می‌شود.

تجهیزات جانبی کلید مینیاتوری

تجهیزات جانبی اضافی که می‌توانند با کلیدهای مینیاتوری استفاده شوند، شامل موارد زیر می‌شوند:

کنتاکت کمکی (Auxiliary Contact): این نوع کنتاکت به کلید مینیاتوری اضافه می‌شود تا وظایف دیگری را بر عهده بگیرد. به عنوان مثال، ممکن است برای ایجاد یک مدار فرعی یا برای ارسال سیگنال به سیستم کنترل استفاده شود.

کنتاکت کمکی خطا (Fault Auxiliary Contact): این نوع کنتاکت برای تشخیص و اعلام خطاها و نقص‌های ممکن در کلید مینیاتوری استفاده می‌شود. زمانی که یک خطا رخ داده، این کنتاکت به صورت خودکار فعال می‌شود و اعلام می‌کند که کلید در وضعیت نادرستی قرار دارد.

رله آندر ولتاژ تریپ (Under Voltage Trip Relay): این رله مسئول حفاظت از دستگاه‌های برقی در مواقع کمبود ولتاژ می‌باشد. زمانی که ولتاژ ورودی زیر حداقل مقدار تعیین شده از پایینتر از حد مجاز می‌شود، این رله به صورت خودکار فعال می‌شود و مدار را قطع می‌کند تا از خرابی دستگاه جلوگیری کند.

رله شنت تریپ (Shunt Trip Relay): این رله به کمک یک جریان موازی از دور یا کنترل‌کننده، کلید مینیاتوری را قطع کرده و از جریان گذردهی انسانی به دستگاه یا تجهیز محافظت می‌کند. زمانی که یک شرایط خطرناک رخ دهد، این رله فعال می‌شود و کلید را غیرفعال می‌کند.

قفل وضعیت کلید مینیاتوری (Key Interlock): این تجهیزات برای ایجاد امنیت بیشتر در مقابل دسترسی غیرمجاز به دستگاه‌ها استفاده می‌شود. با استفاده از قفل وضعیت، می‌توان اطمینان حاصل کرد که کلید فقط زمانی فعال می‌شود که شرایط ایمنی فراهم شده باشد و هرگونه دسترسی غیرمجاز به دستگاه را محدود می‌کند.

این تجهیزات جانبی همراه با کلیدهای مینیاتوری به عنوان اجزای مهمی در سیستم‌های برقی و اتوماسیون صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند و در جلوگیری از خرابی‌ها، حفاظت از تجهیزات و افزایش ایمنی کارکنان بسیار مؤثر هستند.

جمع بندی

کلیدهای مینیاتوری، به عنوان یکی از مهم‌ترین قطعات در صنعت برق، از تاریخ قدیمی تا به امروز با تکنولوژی‌های پیشرفته بهره‌مند شده‌اند. این کلیدها از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند زیرا نقش بسیار مهمی در کنترل و مدیریت جریان الکتریکی و ایجاد اتصالات یا قطعیت در مدارهای برقی دارند. از آنجایی که صحت و عملکرد صحیح مدارها در بسیاری از صنایع حیاتی است، انتخاب و استفاده از کلیدهای مینیاتوری مناسب از اهمیت بالایی برخوردار است.

در مقاله مورد بررسی، ابتدا به تاریخچه و تعریف کلیدهای مینیاتوری پرداخته شد. سپس اجزای کلید مینیاتوری از جمله ترمینال‌ها، محافظ‌ها و مکانیسم عملکرد را توضیح دادیم. سپس به نحوه عملکرد کلید مینیاتوری اشاره کردیم، از جمله عملکرد الکترومغناطیسی و بی متال.

در ادامه، تجهیزات جانبی این کلیدها را بررسی کردیم. این تجهیزات شامل کنتاکت‌های کمکی، رله‌ها، محافظت‌ها و سایر وسایلی بودند که به عملکرد و کارایی کلیدهای مینیاتوری کمک می‌کنند.