کنتاکتور چیست؟

کنتاکتور چیست؟کنتاکتور ها کلید های الکترومکانیکی خودکار با ویژگی قطع بار  هستند که از آنها در صنعت به منظور قطع و وصل بار های الکتریکی مختلف استفاده می شود. در این مقاله با عنوان “کنتاکتور چیست؟” شما را با ساختمان و اساس عملکرد کنتاکتور های قدرت آشنا می کنیم.

نویسنده: مهندس حمید رضا رستمی فر

ساختمان و اساس عملکرد کنتاکتور ها

همانطور که اشاره شد کنتاکتور ها کلید های خودکار ویژه ی قطع و وصل بار هستند و از نظر ساختار یک کلید الکترومکانیکی با بهره گیری از اصول الکترومغناطیس جهت قطع و وصل بار محسوب می شوند. لازم به ذکر است باید به این نکته توجه شود که کنتاکتور ها با کلید های خودکار (دژنگتور های قدرت) متفاوت هستند. ویژگی قطع بار برای کنتاکتور ها به این موضوع اشاره میکند که این کلید ها قابلیت قطع و وصل جریان های در حد جریان نامی خودشان را دارند. باید توجه نمود که کنتاکتور ها قابلیت قطع جریان های خطا را ندارند و جهت جلوگیری از آسیب به تیغه ها و کنتاکتور نباید در زمان وجود جریان های خطا قطع گردند.

ساختمان و اجزا داخلی کنتاکتور ها

اجزا اصلی کنتاکتور ها شامل کنتاکت های قدرت و فرمات (تیغه ها) ، بوبین ، بدنه کنتاکتور ، هسته ثابت ، هسته متحرک، فنرداخلی می باشد.

کنتاکت های قدرت

کنتاکت های قدرت وظیفه تامین نیروی مورد نیاز بار و قطع و وصل بار به شبکه را به عهده دارند و جریان های بار از آنها عبور می کند. این تیغه ها همان گونه که از نامشان مشخص است در بخش مدار قدرت قرار می گیرند. کنتاکتور های کمکی که از آنها صرفا جهت پیاده سازی منطق کنترل و بدست آوردن مدار فرمان مورد نیاز استفاده می شود فاقد کنتاکت های قدرت هستند. این رله ها با توجه به ساختار شفاف بدنه آنها به رله های شیشه ای معروف هستند.

کنتاکت های فرمان

از کنتاکت های فرمان در بخش کنترلی سیستم و مدارات فرمان به منظور بدست آورن منطق کنترلی مورد نظر استفاده می شود. کنتاکتور ها بر اساس مدلشان ممکن است دارای  1 ، 2 یا 4 کنتاکتور فرمان باشند. کنتاکت های فرمان به دو گروه کنتاکت های NO یا همان Normally Open  و کنتاکتهای NC یا Normally Close دسته بندی می شوند. رله های شیشه ای که بعنوان کنتاکتورهای کمکی در مدارات فرمان استفاده می شوند فقط دارای کنتاکت های فرمان هستند.

بوبین و هسته های ثابت و متحرک

از بوبین جهت قطع و وصل کنتاکتور استفاده می شود. بوبین کنتاکتور یک سیم پیچ قرار گرفته بر روی هسته ثابت است که برقدار شدن آن با تولید میدان مغناطیسی نیروی مورد نیاز جهت جذب هسته متحرک که توسط نیروی فنر از هسته ثابت جدا شده است را تامین می کند. در این حالت هسته متحرک به سمت هسته ثابت حرکت کرده و کاملا به آن می چسبد. این عمل باعث بسته شده کنتاکت های قدرت ، بسته شدن کنتاکت های فرمان NO و باز شده کنتاکت های فرمان NC  می شود.

انواع بوبین کنتاکتور

با توجه به نیاز بخش های مختلف صنعت بوبین کنتاکتور ها در دو نوع AC و DC با ولتاژ های نامی 380V , 220V , 110V , 48V , 24V تولید می شوند.

نقش حلقه های اتصال کوتاه در قطب هسته کنتاکتور

پس از تحریک بوبین کنتاکتور توسط جریان های متناوب نیروی مکانیکی تولید شده توسط میدان الکترومغناطیسی متناسب با مجذور جریان عبوری از بوبین و در نتیجه متناسب با مجذور چگالی میدان مغناطیسی (B) می باشد. با توجه به اینکه جریان متناوب یک جریان سینوسی است نیروی تولید شده جهت جذب هسته متحرک مطابق شکل زیر بوده و با مجذور Sin(ωt) در ارتباط است.

در این حالت همانگونه که در شکل مشاهده می کنید در هر سیکل جریان مقدار نیرو دو بار برابر صفر خواهد شد. در این حالت اگر فرکانس برق 50 هرتز باشد در هر ثانیه 100 بار نیروی اعمال شده به هسته متحرک برابر صفر گشته و مجددا به مقدار ماکزیمم میرسد. در زمان هایی که نیرو برابر صفر است هسته متحرک با توجه به نیروی فنر موجود در مکانیزم کنتاکتور به سمت باز شدن حرکت مینماید. با توجه به اینکه هسته متحرک نمی تواند با فرکانس نیروی اعمال شده به آن باز و بسته شود. این پدیده باعث ایجاد لرزش در کنتاکتور و تولید صدای مزاحم میگردد.

حل مشکل نوسان نیرو

راه حل این مشکل جلوگیری از صفر شدن نیرو است. در این حالت کافیست با تغییر مناسب در ساختمان کنتاکتور یک نیروی فرعی بگونه ای در هسته ایجاد گردد که ماکزیمم نیروی فرعی در لحظه صفر نیروی اصلی قرار گیرد. بدین منظور مطابق شکل زیر یک حلقه اتصال کوتاه که حدود نصف تا دو سوم سطح قطب را پوشانده است در سطح قطب قرار می گیرد. شار مغناطیسی عبوری از قطب ها باعث القای جریان در این حلقه های اتصال کوتاه می گردد. جریان تولید شده یک میدان فرعی ایجاد می کند که حاصل آن یک نیروی فرعی با اختلاف فاز مناسب است. پیک این نیروی فرعی در لحظه صفر شده نیروی اصلی قرار می گیرد. در این حالت برآیند نیروهای فوق به کنتاکتور اعمال گشته و ریپل نیرو به شدت کاهش یافته و پیرو آن لرزش و صدای تولید شده توسط کنتاکتور کاهش می یابد.

محاسن استفاده از کنتاکتورها

بصورت خلاصه در مقایسه با کلیدهای دستی میتوان محاسن زیر را برای استفاده از کنتاکتورهای یا همان کلیدهای قطع بار خودکار برشمرد:

1. همانطور که از نامشان مشخص است خودکار کننده دستگاه هستند.
2. اقتصادی تر هستند.
3. دارای طول عمر مکانیکی بالا (بعنوان مثال 30000000 بار قطع و وصل برای سری E3)
4. قابلیت فرمان از چند محل
5. قابلیت فرمان از راه دور
6. دارای ایمنی در مقابل استارت مجدد دستگاه پس از قطع و وصل برق

انواع مشخصه های جریان در کنتاکتور ها

جریان نامی

جریان نامی عبارت است از جریانی که با توجه به نوع بار می تواند بصورت دائمی از کنتاکتور عبور کرده و توسط کنتاکتور مرتبا قطع و وصل گردد بدون اینکه آسیبی به تیغه های کنتاکتور و مکانیزم قطع و وصل وارد شود.

جریان دائمی Ith2:

جریان دائمی که مقدار آن بیشتر از جریان نامی کنتاکتور است جریانی است که در شرایط عادی می تواند بصورت دائمی از تیغه های کنتاکتور عبور نماید بدون اینکه آسیبی به کنتاکتور وارد گردد.

جریان هفتگی Ith1:

جریان هفتگی جریانی است که می تواند حداکثر به مدت یک هفته از تیغه های کنتاکتور عبور نماید.

جریان هشت ساعته Ith:

جریان هشت ساعته جریانی است که می تواند حداکثر به مدت یک شیفت کاری هشت ساعته از تیغه های کنتاکتور عبور نماید.

جریان اتصال کوتاه ضربه Is:

در زمان بروز اتصال کوتاه تا قبل از اینکه وسایل حفاظتی اقدام به قطع جریان خطا نمایند کنتاکتور ها نیز همچون سایر تجهیزات نظیر کابل ها ، باس بار ها و غیره باید قادر باشند جریان های لحظه ای که در زمان اتصال کوتاه از تیغه ها کنتاکتور عبور می نماید را بدون اینکه آسیب هایی نظیر جوش خوردگی کنتاکتها به پلاتین ها وارد گردد یا در اثر استرس های مکانیکی و تنش های دینامیکی ناشی از بروز اتصال کوتاه تیغه ها تغییر فرم ندهند. به حداکثر جریان در لحظه اتصال کوتاه جریان اتصال کوتاه ضربه گفته می شود و آنرا باIs نمایش میدهند.

همچنین به حداکثر مقدار موثر جریان اتصال کوتاه که کنتاکتور می تواند تحمل کند جریان نامی زمان کم یا جریان یک ثانیه  گفته می شود.

انواع مشخصه های ولتاژ های کنتاکتور ها

ولتاژ نامی Ue:

ولتاژ نامی مشخص کننده حداکثر ولتاژ مجاز کار تیغه های کنتاکتور در جریان نامی است. مسلما ولتاژ نامی یکی از پارامتر های موثر در انتخاب کنتاکتور، متناسب با نیاز صنعت مورد استفاده و ولتاژ تغذیه بار ها می باشد. برای بار های سه فاز این ولتاژ بیانگر ولتاژ خط و برای بار های تکفاز بیانگر ولتاژ فاز می باشد.

ولتاژ عایقی Ui:

ولتاژ عایقی کنتاکتور بیانگر حداکثر ولتاژ مجاز قابل تحمل توسط کنتاکتور است. اگر این حداکثر ولتاژ در زمان های بروز خط در سیستم به کنتاکتور اعمال شود باعث بروز خرابی در عایق بندی کنتاکت ها و سایر اجزا کنتاکتور نخواهد شد. خطاهایی نظیر بروز اتصال کوتاه نامتقارن که باعث افزایش ولتاژ در فاز های سالم می شود یا اتصال فیدر با ولتاژ بالاتر به فیدر تغذیه کنتاکتور می تواند باعث بروز خطای افزایش ولتاژ گردد.

ولتاژ نامی بوبین Uc:

ولتاژ نامی بوبین بیانگر ولتاژ مجاز مورد نیاز جهت تحریک بوبین کنتاکتور است. در هنگام انتخاب کنتاکتور با توجه به شرایط پروسه تحت کنترل و نیاز های مختلفی نظیر تامین ایمنی ولتاژ مدار فرمان و بخش کنترلی انتخاب می گردد. این ولتاژ بیانگر ولتاژ نامی بوبین کنتاکتور های مورد نیاز است.

همانگونه که قبلا اشاره شد بوبین کنتاکتور ها در دو نوع AC و DC با ولتاژ های نامی 380V , 220V , 110V , 48V , 24V تولید می شوند.

انواع کنتاکتور از نظر قدرت قطع و کاربرد آنها

قدرت قطع کنتاکتور ها یکی از پارامتر های مهم و موثر در انتخاب آنهاست. با توجه شرایط بار از نظر اهمی ، سلفی یا خازنی بودن بار و شرایط قطع و وصل بار از نظر تعداد دفعات قطع و وصل ، جریان های مجاز تیغه های کنتاکتور ها متفاوت خواهد بود. انتخاب کنتاکتور باید بگونه ای باشد که در زمان قطع کنتاکتور هیچگونه خرابی در اثر بروز آرک های سنگین تر از تحمل کنتاکت ها بروز ننماید. از این نظر کنتاکتورها به دسته بندی های زیر تقسیم می شوند:

AC1

بار های اهمی و بار های غیر سلفی یا سلفی ضعیف با PF≥0.95 نظیر گرمکن برقی

AC2

راه اندازی موتور سه فاز آسنکرون روتور سیم پیچی شده ، بدون ترمز جریان مخالف ، بدون تعداد دفعات قطع و وصل زیاد ( در این حالت جریان راه اندازی به میزان مقاومت های اضافه شده در مدار روتور بستگی دارد)

‘AC2

راه اندازی موتور سه فاز آسنکرون روتور سیم پیچی شده ، با ترمز جریان مخالف

AC3

راه اندازی موتور سه فاز آسنکرون روتور قفسه ای ، بدون ترمز جریان مخالف ، بدون تعداد دفعات قطع و وصل زیاد. جریان راه اندازی 5 تا 7 برابر جریان نامی موتور است و در زمان قطع، جریان نامی موتور از کنتاکتور عبور می نماید.

AC4

راه اندازی موتور سه فاز آسنکرون روتور قفسه ای ، با ترمز جریان مخالف ،تغییر جهت چرخش موتور ، با تعداد دفعات قطع و وصل زیاد در فواصل کم

AC-5a

کلید زنی و قطع و وصل لامپ های تخلیه الکتریکی در گاز

AC-5b

کلید زنی و قطع و وصل لامپ های رشته ای

AC-6a

کلید زنی و قطع و وصل ترانسفورماتور ها

AC-6b

کنتاکتور خازنی جهت قطع و وصل بارهای خازنی و خازن های اصلاح ضریب قدرت

AC-7a

قطع و وصل بار های سلفی ضعیف در لوازم خانگی

AC-7b

قطع و وصل موتور ها در لوازم خانگی

AC-8a

قطع و وصل کمپرسور های سیستم سرمایش با رله اضافه بار دارای ریست دستی

AC-8b

قطع و وصل کمپرسور های سیستم سرمایش با رله اضافه بار دارای ریست اتوماتیک

AC11

کنتاکتور کمکی ، فاقد تیغه های قدرت و فاقد کوپل مغناطیسی. این کنتاکتور ها بر روی کنتاکتور های اصلی نصب میشوند و از آنها تنها در مدار فرمان استفاده میشود.

AC22

از این کنتاکتور جهت قطع و وصل بار های با سطح ولتاژ فشار متوسط استفاده میشود.

DC1

قطع و وصل بار های اهمی ، بارهای غیر سلفی یا با ویژگی سلفی ضعیف ، گرمکن برقی

DC2

راه اندازی موتور DC تحریک شنت بدون تعداد دفعات قطع و وصل زیاد، قطع تغذیه موتور در هنگام کار

DC3

راه اندازی موتور DC تحریک شنت با تعداد دفعات قطع و وصل زیاد در فواصل زمانی کم ، مدار ترمز

DC4

راه اندازی موتور DC تحریک سری بدون تعداد دفعات قطع و وصل زیاد ، قطع تغذیه موتور در هنگام کار

DC5

راه اندازی موتور DC تحریک سری با تعداد دفعات قطع و وصل زیاد در فواصل زمانی کم ، مدار ترمز

DC11

کنتاکتور کمکی ، فاقد تیغه های قدرت و فاقد کوپل مغناطیسی. این کنتاکتور ها بر روی کنتاکتور های اصلی نصب میشوند و از آنها تنها در مدار فرمان استفاده میشود.

نقشه کشی پیشرفته برق و اتوماسیون صنعتی با نرم افزار Eplan Electric P۸

میخواهید به یک طراح حرفه ای مدارات برق صنعتی و رله تکنیک تبدیل شوید!؟ هم اکنون در دوره آموزشی 100 درصد عملی نقشه کشی پیشرفته برق و اتوماسیون صنعتی با نرم افزار Eplan Electric P۸ ثبت نام نمایید. جهت مشاهده سر فصل و جزییات دوره بر روی لینک زیر کلیک کنید.