مقاله - کنتاکتور

[irantarh]

کنتاکتور یا کلید مغناطیسی به وسیله ای گفته می شود که تعدادی کنتاکت را وصل و یا قطع می کند. کلید مغناطیسی همانطور که از نامش پیداست با استفاده از خاصیت الکترومغناطیس عملیات قطع و وصل را انجام می دهد. کنتاکتور ها دارای سه کنتاکت اصلی و چند کنتاکت فرعی برای مدار فرمان می باشند.

در مدارهای فرمان، کنتاکتورها مهمترین قسمت بوده و هم اکنون در بیشتر ماشین های صنعتی و کنترل و راه اندازی آن ها از این قطعه استفاده می شود.
کنتاکتورها دارای انواع و اندازه های متفاوتی می¬باشند. به عنوان مثال برخی از کنتاکتورها به کوچکی یک دست بوده و دارای ولتاژ 24 ولت می باشند اما برخی دیگر اندازه هایی تا حدود یک متر و همچنین ولتاژهایی در حدود چندین کیلوولت (چند هزار آمپر) را نیز شامل می شوند.


شاید این سوال در ذهن ایجاد شود که مزیت استفاده از کنتاکتور در ماشین های صنعتی و بعضی کاربردهای دیگر چیست؟ در ظاهر کنتاکتور کار یک کلید را انجام می دهد اما در زیر برخی از مزایای کنتاکتور نسبت به کلید را بیان می کنیم:
1. افزایش سرعت قطع و وصل مدار با استفاده از طراحی مناسب
2. بالا بردن ایمنی و حفاظت دستگاه ها
3. قطع و وصل مصرف کننده از چندین مکان با استفاده از کنتاکتور فراهم می شود.
4.استفاده از مدار فرمان خودکار را فراهم می کند.
5. توسط کنتاکتور کنترل و فرمان از راه دور، دارای هزینه کمتر و ایمنی بیشتر می باشد.
6. و مهمتر از همه، کنتاکتورها از خطرات ناشی از راه اندازی دوباره ماشین هایی که قطع برق باعث از کار افتادنشان شده جلوگیری می کند.

کنتاکتور ها برای کنترل بارهای مختلف شامل الکتروموتورها، مدارات روشنایی، بانک های خازنی و سایر تجهیزات الکتریکی استفاده می شوند.
زمانی که بوبین یک کنتاکتور به ولتاژ نامی متصل شود (اصطلاحا تحریک شود) هسته داخل آن خاصیت مغناطیسی پیدا کرده و قسمت ثابت هسته، قسمت متحرک آن را جذب می کند. با این کار اتصال بین کنتاکت ها قطع و وصل می شود. در این حالت فنرهای زیرِ هسته متحرک در حالت فشرده قرار گرفته و بلافاصله بعد از قطع تغذیه بوبین متحرک را به حالت اول باز می گرداند.

کنتاکتور ها دارای دو نوع کنتاکت می باشند که در زیر به معرفی آن ها می پردازیم:
کنتاکت باز (NO): کنتاکت هایی هستند که در حالت عادی (حالت خاموش کنتاکتور) قطع می باشند و نام دیگر آن کنتاکت های بسته شونده است.
کنتاکت بسته (NC): کنتاکت هایی هستند که در حالت عادی (حالت خاموش کنتاکتور) وصل می باشند و نام دیگر آن کنتاکت های باز شونده است.


اجزای کلی یک کنتاکتور:
1- کنتاکت های ثابت
2- کنتاکت های متحرک
3- حامل کنتاکت های ثابت
4- حامل کنتاکت های متحرک
5- ترمینال های ورودی و خروجی
6- صفحه فلزی انتهایی برای نصب قسمت های ثابت روی آن
7- بوبین کنتاکتور
8- بخش کنترل جرقه (دارای مقاومت زیاد در برابر گرمای حاصل از جرقه)

کنتاکتورها را معمولا تعمیر نمی کنند مگر در بعضی موارد خاص که یک قطعه سالم از یک کنتاکتور معیوب از همان مدل را جایگزین قطعه خراب کنند. باید به این نکته توجه کرد که پلاتین های معیوب را نمی توان با سمباده زدن دوباره استفاده کرد چون باعث از بین رفتن لایه ی سطح آن (از جنس نقره و مس) شده و از بین رفتن این لایه باعث جرقه زنی و در انتها کشیدن جریان اضافی و عدم کارکرد درست سیستم حفاظتی می گردد.

در مدارهای فرمان الکتریکی تجهیزات مختلفی استفاده می شود که یکی از مهمترین آن ها کنتاکتور یا کلید مغناطیسی است. استفاده از کنتاکتور در مدارهای کنترل طراحی های متنوعی را به وجود می آورد.
کنتاکتور برای هر دو حالت جریان های AC و DC ساخته می شوند. تفاوت این دو نوع کنتاکتور در این است که در کنتاکتورهای AC برای جلوگیری از لرزش حاصل از فرکانس برق از یک حلقه اتصال کوتاه استفاده می شود.
ولتاژ تغذیه بوبین معمولا از 24 تا 380 ولت می باشد. در بیشتر کشورهای صنعتی برای حفاظت و ایمنی بالاتر، ولتاژ تغذیه بوبین کنتاکتور را پایین تر از ولتاژ حفاظت شده (65 ولت) انتخاب می کنند و یا برای تغذیه مدار فرمان، یک ترانسفورماتور جدا کننده قرار می دهند.
با توجه به نوع مصرف کننده و شرایط کاری آن، کنتاکتورهایی با قدرت و جریان عبوری مشخص برای ولتاژهای مختلف وجود دارند که با استفاده از جدول مشخصات کنتاکتور می توان مناسب ترین انتخاب را پیدا کرد.
برای متصل کردن مصرف کننده به شبکه کاری باید از یک کنتاکتور با مشخصات مناسب استفاده کرد، به صورتی که کنتاکت های آن بتوانند جریان های راه اندازی و دائمی آن را تحمل کنند و همچنین از صدمه حاصل از اتصال کوتاه و جریان لحظه ای زیاد جلوگیری کند.
بنابراین برای این که بتوان پس از طراحی مدار، کنتاکتور مناسب را انتخاب کرد، باید مقادیر نامی مربوط به کنتاکتور را بشناسیم.

کنتاکتور خازنی

از آنجایی که یک خازن در لحظه کلیدزنی کاملا به صورت اتصال کوتاه عمل می کند باعث به وجود آمدن یک جریان شدید (به نام جریان هجومی) در لحظه سوئیچینگ خازن می شود. جریان شارژ یک خازن تک، در هنگام کلیدزنی تقریبا تا 30 برابر جریان نامی خازن می رسد و این جریان هجومی از کنتاکتور عبور کرده و در حالت استفاده از کنتاکتورهای معمولی باعث جوش خوردن آن ها می شود.

معرفی کنتاکتورهای خازنی:
کنتاکتورهای خازنی برای سوئیچ کردن خازن طراحی شده است. این کنتاکتورها علاوه بر کنتاکت های اصلی دارای سه کنتاکت کمکی نیز بوده که زودتر از کنتاکت اصلی بسته می شود. هرکدام از این کنتاکت های کمکی با 2 مقاومت سری هستند تا پیک جریان را محدود کنند. این کنتاکت های کمکی قبل از کنتاکت اصلی بسته می شوند و به دلیل داشتن مقاومت سری بزرگ با این کنتاکت ها سبب میرا کردن جریان هجومی می گردد. بنابراین جریان شارژ اولیه خازن از درون مقاومت های سری می گذرد و در نتیجه جریان پیک به مقدار جریان نامی کنتاکتور محدود می شود. مدت زمان وصل این کنتاکت ها چند میلی ثانیه سریع تر از کنتاکت های اصلی می باشد.
پس می توان گفت کاربرد كنتاكتورهای خازنی به منظور قطع و وصل بانک های خازنی و تغذیه خازن های قدرت می باشد. به عنوان مثال در بانك خازنی اصلاح ضریب قدرت از این کنتاکتورها استفاده می شود.

تفاوت کنتاکتور خازنی با کنتاکتور اصلی:
تفاوت اصلی کنتاکتورهای خازنی با کنتاکتورهای معمولی وجود سلف های کوچکی است که با توجه به کنتاکت های کمکی موازی با کنتاکت های اصلی، ایجاد می شود. این خاصیت سلفی ایجاد شده در کنتاکتورهای خازنی از تغییرات شدید جریان (جریان هجومی) در لحظه وصل خازن که معمولا بیشتر از 100 برابر جریان نامی بانک خازنی و در کمتر از 5 میلی ثانیه در فرکانس های بالا (1 تا 4 کیلوهرتز) می باشد جلوگیری کرده و آن را محدود می کند. در صورت عدم میرا سازی این شدت جریان، منجر به آسیب رساندن به تجهیزات می گردد. لازم به ذکر است که این کنتاکتور ها نسبت به نوع معمولی گرانتر می باشد.

کنتاکتور ستاره مثلث

قبل از معرفی کامل کنتاکتورهای ستاره مثلث و دیگر موضوعات مرتبط با آن، لازم است معایب تابلوهای ستاره مثلث که هم اکنون برای راه اندازی موتورهای سه فاز استفاده می شود، گفته شود.
معایب تابلوی ستاره مثلث:
ابعاد این تابلوها در حد 5/2 در 5/1 متر می باشد که دارای هزینه بالایی برای ساخت است.
در داخل تابلوی ستاره مثلث تعداد زیادی قطعات صنعتی وجود دارد که مستلزم اتصال درست آن ها توسط یک متخصص می باشد. این قطعات شامل کنتاکتور، تایمر، بی‌متال، کنترل فاز و دیگر قطعات است.
معرفی کنتاکتور ستاره مثلث:
این کنتاکتورها ابعادی در حدود 6، 15 و 20 سانتی‌متر دارند که به صورت یکجا کار کنتاکتورها، مدارهای فرمان و قدرت، بی‌متال، کنترل فاز، تایمر و دیگر قطعات را در فضای محدود انجام می‌دهد. دستگاه دارای 3 ورودی است که سه فاز شبکه را به آن متصل می کنند و یک فرد عادی نیز با نقشه می تواند آن را نصب کند.

مزایای استفاده از کنتاکتورهای ستاره مثلث:
این کنتاکتورها دارای سرعت قطع و وصل زیاد و استهلاک کم است و از نظر حفاظتی، ایمنی بهتری دارد. بوبین آن 01/0 حالت قبلی مصرف می کند. هنگام قطع برق مدار مصرف کننده نیز قطع شده و بنابراین بعد از وصل مجدد، دستگاه در حالت ستاره است و این خود مزیتی مهم محسوب می‌شود. همچنین فضای اشغال شده توسط این کنتاکتور در حدود یک تایمر بوده و بازدهی بیشتری دارد.

کنتاکتورهای ستاره مثلث به عنوان روشی جدید برای راه اندازی موتورهای صنعتی است. موتورهای سه‌فاز به دلیل قدرت بالایی که دارند با برق سه‌فاز راه‌اندازی می شوند. همانطور که می دانیم موتورهای تک‌فاز دارای 2 سیم خروجی هستند در حالی که موتورهای سه فاز دارای 6 سیم خروجی می باشند که باید دو به دو یا سه به سه به هم وصل شوند تا قابلیت اتصال به پریز سه‌فاز را پیدا کنند. موتورهای سه فاز به دلیل توان مصرفی پایین، راندمان بالا، قابلیت تعمیر آسان و قدرت زیاد همواره مورد توجه صنعتگران قرار داشته است.
در سال های اخیر یکی از پژوهشگران جوان ایرانی کنتاکتور ستاره مثلثی جدیدی را برای رفع برخی مشکلات موتورهای سه فاز ارائه کرده است که در ادامه بیشتر راجع به آن صحبت خواهیم کرد.
در ابتدا باید توضیح کوتاهی را راجع به نحوه کار موتورهای سه فاز و مشکلاتی که در راه اندازی آن پیش میاید ذکر شود و در ادامه چگونگی رفع این مشکل را توسط کنتاکتورهای ستاره مثلث بررسی خواهیم کرد.

نحوه کار و راه اندازی موتورهای سه فاز و مشکلات آن:
برای راه اندازی موتورها دو نوع اتصال ستاره یا مثلث وجود دارد. در اتصال ستاره، موتورها به صورت سبک راه‌اندازی می‌شوند. این اتصال جریان کمتری از شبکه دریافت می‌کند و به هر کلاف داخلی موتور 220 ولت برق وارد می‌شود، به همین دلیل این اتصال مفیدترین راه برای راه‌اندازی موتورهای سه‌فاز با توان بالا است. اما مشکل اصلی اتصال ستاره این است که تنها می‌توان آن را برای راه‌اندازی موتور استفاده کرد و در حالت کار باید به اتصال مثلث تغییر وضعیت دهد، زیرا از این موتورها برای کارهای سنگین استفاده می‌کنند و با اتصال ستاره موتور تحت بار قفل می‌کند. در اتصال مثلث به هر کلاف موتور۳۸۰ ولت برق وارد می‌شود. اما این اتصال برای راه‌اندازی موتورهای سه فاز مناسب نیست؛ زیرا در حین راه‌اندازی جریان زیادی از شبکه می‌کشد که باعث صدمه‌زدن موتور و کلاف‌های داخل آن و افت فشار در شبکه می‌شود.
برای رفع این مشکل از تابلوی ستاره مثلث استفاده می کنند که ابتدا موتور را به صورت ستاره راه‌‌اندازی کرده و پس از آن که موتور به دور نامی رسید، به اتصال مثلث تغییر وضعیت خواهد داد.