کنتاکتور چیست؟
یکی از مهم ترین و پرکاربردترین تجهیزات در برق صنعتی و سیستم های قدرت، کنتاکتور است. در اینجا می خواهیم به شناخت و نحوه استفاده از این تجهیز بپردازیم.
کنتاکتور برق نوعی کلید الکترومغناطیسی می گویند که جهت قطع و وصل کردن مدار از طریق یک سیم پیچ مغناطیسی به کار برده می شود. یعنی با تحریک یا وصل شدن این سیم پیچ مغناطیسی یا بوبین کنتاکتور وصل و مدار سه فاز یا تکفاز را وصل می نماید و برعکس با قطع شدن ولتاژ بوبین، کنتاکتور قطع می گردد.
این تجهیز با تحریک بوبین داخل کنتاکتور از طریق ولتاژ AC یا DC، جهت قطع و وصل کردن مدارهای قدرت از راه دور به کار گرفته می شود. هم چنین این تجهیز یکی از اجزای لازم برای تابلو برق است و به آن کلید الکترومغناطیسی (Electromagnetic Contact) نیز گفته می شود. این مزیت سبب می شود که بتوان مدار را از راه دور و از هر نقطه ای قطع و وصل کرد. طبق این تعریف، کنتاکتور با بهره گیری از عملکردی مشابه عملکرد رله، در آمپراژ بالا به کار برده می شود. هم چنین می توان نتیجه گرفت که به علت استفاده در آمپراژ بالا، سرعت قطع و وصل کنتاکت های آن در مقایسه با رله کمتر است.
انواع کنتاکتور
در مورد انواع کنتاکتور می توان به موارد زیر اشاره نمود:
- کنتاکتور تک فاز
- کنتاکتور سه فاز
بر روی هر کنتاکتور یک یا دو کنتاکت باز و بسته فرمان وجود دارد که می توان از آنها در مسیر فرمان و تحقق بخش های فرمانی مدار استفاده کرد. کنتاکتورها برای رنج جریان های مختلف و در ابعاد و اندازه های متفاوت ساخته می شوند. از پر کاربردترین آمپرهای کنتاکتورها می توان به ۹ تا ۸۰۰ آمپر اشاره کرد. همچنین ولتاژ بوبین کنتاکتورها می توانند متنوع باشند و در ولتاژهای ۲۴ و ۴۸ و ۱۱۰ و ۲۲۰ و ۳۸۰ ولت AC و DC ساخته شوند. بوبین کنتاکتورها می توانند در صورت خرابی تعویض شوند و همچنین می توان برای به کارگیری در ولتاژهای دلخواه مختلف، از بوبین مناسب استفاده نمود.
تفاوت کنتاکتور برق با کلید در این است که عملیات قطع و وصل در کنتاکتورها به وسیله یک بوبین یا سیم پیچ مغناطیسی صورت می پذیرد، این بوبین مغناطیسی انرژی الکتریکی را به انرژی مغناطیسی تبدیل می نماید و با قطع و وصل شدن برق این میدان مغناطیسی نیز قطع و وصل می شود و سبب قطع و وصل شدن مکانیکی کنتاکتور می گردد. بوبین های کنتاکتور قابل تعویض هستند. کنتاکتورهای تا ۲۵ آمپر دارای یک کنتاکت کمکی یا به صورت باز و یا به صورت بسته هستند و کنتاکتورهای از ۳۲ آمپر به بالا دارای کنتاکت کمکی دو باز دو بسته می باشد. هنگامی که بوبین کنتاکتور بدون برق است تیغه باز به صورت کلید باز و تیغه بسته به صورت کلید بسته عمل می نماید. به محض اینکه بوبین برق دار شد، تیغه باز بسته شده و تیغه بسته باز می گردد. از کنتاکت های کمکی در کنتاکتور در قسمت های مختلف مدار فرمان استفاده می گردد. یکی دیگر از کاربردهای مهم کنتاکت های کمکی، ایجاد مدار خود نگهدار کنتاکتور است که با یکبار تحریک بوبین، کنتاکتور توسط تیغه باز خودش به صورت خودنگهدار در می آید و در صورتی که یک تیغه شرطی در مسیر مدار وجود داشته باشد، می تواند بوبین کنتاکتور را بدون برق نماید.
نحوه عملکرد کنتاکتور
کنتاکتورهای برق بر خلاف رله ها توان و ظرفیت عبور جریان بالاتری دارند و برای ظرفیت تحمل جریان بالاتری ساخته می شوند. رله ها ظرفیت عبوری جریان پایینی دارند و به همین علت، بیشتر در مدارهای فرمان به کار می روند. ولی کنتاکتورها به علت ظرفیت عبوری جریان بالا، بیشتر در مدارات قدرت استفاده می شوند. زمانی که اختلاف پتانسیل به دو سر بوبین کنتاکتور اعمال می گردد، بوبین یا سیم پیچ بر اثر عبور جریان دارای میدان مغناطیسی می گردد و همانند آهنربا قسمت متحرک هسته را به خود جذب می کند. در محل جذب کنتاکت هایی وجود دارند که با قطع و وصل شدن هسته، قطع و وصل می شوند و به صورت کلید عمل می نمایند. در داخل کنتاکتور برق دو عدد فنر موجود است که هنگام قطع بودن بوبین کنتاکتور، وظیفه برگرداندن قسمت متحرک به حالت عادی را بر عهده دارند.
ساختمان کنتاکتور و بررسی نمای ظاهری کنتاکتور
بر روی ساختمان کنتاکتور تعدادی پیچ وجود دارد که در قسمت ورودی با حروف R1 و S1 و T1 و در قسمت خروجی یا پایینی با حروف R2 و S2 و T2 نمایش داده شده اند و جهت اتصال سیم های ورودی و خروجی به کار می روند. همچنین یک کنتاکت باز و یک کنتاکت بسته بر رو و یا بغل کنتاکتور جهت استفاده در مدار فرمان قرار گرفته است. در آمپرهای بالاتر از ۳۲ آمپر، معمولا تعداد کنتاکت های فرمان دو عدد هستند. یک زائده نیز در بالای کنتاکتور وجود دارد که با قطع و وصل کنتاکتور جابجا می شود. این قطعه به قسمت متحرک بوبین وصل است و نشان دهنده قطع یا وصل بودن کنتاکتور برق است.
مفهوم علایم و شماره های روی کنتاکتور
A1 و A2: ورودی بوبین کنتاکتور / قسمت فرمان دهنده سیم پیچ
+ و – : علامت + که همان ورودی A1 است، ورودی مثبت بوبین و علامت – نشانگر ورودی A2 یا همان ورودی منفی بوبین می باشند که A1فاز و A2 نول می باشد.
L1 و L2 و L3 یا پیچ های شماره ۱ و ۳ و ۵: ورودی سه فاز
T1 و T2 و T3 یا پیچ های شماره ۲ و ۴ و ۶: خروجی سه فاز
حروف L و T مربوط به استاندارد IEC بوده و در استاندارد VDE ورودی ها را با حروف R و S و T و خروجی ها را نیز با حروف U و V و W علامت گذاری می کنند.
این اعداد تک رقمی نشان دهنده کنتاکت های اصلی کنتاکتور می باشند که برای بخش قدرت به کار می روند.
NO: کنتاکت های Normally Open، کنتاکت هایی که قبل از عملکرد، باز هستند.
NC: کنتاکت های Normally Close، کنتاکت هایی که قبل از عملکرد، بسته هستند.
اعداد دو رقمی کنار پیچ های NO و NC:
اعداد دو رقمی، نشانگر کنتاکت های کمکی کنتاکتور بوده و در قسمت فرمان به کار می روند.
- هرگاه رقم دوم عدد دو رقمی ای که در کنار پیچ ها نوشته شده، اعداد ۱ و ۲ بودند، تمامی آنها نشان دهنده کنتاکت های باز یا همان NC ها هستند. مانند: ۲۱، ۲۲، ۳۱، ۳۲، ۴۱ و ۴۲
- هرگاه رقم دوم عدد دو رقمی ای که در کنار پیچ ها نوشته شده، اعداد ۳ و ۴ بودند، تمامی آنها نشان دهنده کنتاکت های باز یا همان NO ها هستند. مانند: ۱۳، ۱۴، ۲۳، ۲۴، ۳۳ و ۳۴
* ممکن است تمام اعداد ذکر شده همزمان بر روی یک کنتاکتور وجود نداشته باشند.
مزیت های استفاده از کنتاکتور نسبت به کلید
- قابلیت قطع و وصل در دفعات زیاد
- امکان کنترل مصرف کننده از راه دور و از چندین محل و برای مراحل مختلف کار مصرف کننده
- توانایی اتوماتیک کردن مدار فرمان با استفاده از کنتاکتورها
- عمر مکانیکی بیشتر نسبت به کلیدها (در کنتاکتور به علت عدم ساییدگی کنتاکت ها روی یکدیگر در هنگام قطع و وصل، شاهد استهلاک کمتری خواهیم بود)
- بالا رفتن سرعت قطع و وصل با طراحی مدار فرمان مناسب
- با استفاده از کنتاکتور، پس از رفتن برق و وصل مجدد آن، جهت راه اندازی نیاز به استارت می باشد در صورتی که با استفاده از کلید، خطرات ناشی از وصل ناگهانی وجود دارد.
- حفاظت دستگاه ها توسط کنتاکتور، مناسب تر و مطمئن تر است و از لحاظ اقتصادی به صرفه تر است.
- قابل اتصال به پی ال سی (PLC) است.
اجزاء مختلف کنتاکتور
تمام کنتاکتورها دارای سه بخش اصلی تیغه (کنتاکت یا contact)، بوبین (سیم پیچ یا رله) و قاب عایق (محفظه یا frame) می باشند و به همراه این موارد دارای یک سری لوازم جانبی مانند کنتاکت های کمکی و غیره هستند؛ که به تفصیل هریک خواهیم پرداخت.
- تیغه: تیغه های کنتاکتور به دو نوع قدرت و فرمان تقسیم می شوند؛ تیغه های قدرت یا همان کنتاکت های اصلی، که جریان بخش قدرت از آنها عبور می کند و تیغه های فرمان یا همان کنتاکت های فرمان، که برای بخش فرمان استفاده می شوند. کنتاکت های فرمان به دو صورت در حالت عادی باز (Normally Open یا NO) و در حالت عادی بسته (Normally Close یا NC) بر روی بدنه کنتاکتور قرار دارند. این تیغه ها بعد از هربار تحریک سیم پیچ، به حالت عکس خود تغییر وضعیت می دهند.
- بوبین کنتاکتور: کویل یا بوبین یا سیم پیچ، یک هسته مغناطیسی سیم پیچی شده است که وظیفه ی باز و بسته شدن کنتاکت ها را با ایجاد نیروی مغناطیسی لازم برای اتصال فیزیکی تیغه های هادی بر عهده دارد.
- محفظه عایقی: عایق بندی کنتاکت ها بوسیله ی مواد عایق مانند باکالیت (Bakelite) و نایلون انجام می شود. این عایق بندی به عنوان ایزوله و همچنین قاب محافظ و نگهدارنده جهت حفاظت کاربر در برابر برق گرفتگی و نیز ایجاد محفظه ای جهت حفاظت از غبار، چربی، آب و گرد و خاکی که ممکن است در هوا موجود باشد، می باشد.
انواع کنتاکتور AC بر اساس تیپ
تیپ های مختلف کنتاکتور AC و انواع کاربرد آنها برای مصرف کننده های مجاز طبق استاندارد بین المللی IEC / EN 61095 مطابق آیتم های زیر می باشد:
- کنتاکتور AC1: بار اهمی، بار غیر اندیکتیو یا اندیکتیویته ضعیف، گرمکن برقی با ضریب توان ۹۵%
- کنتاکتور AC2: برای راه اندازی موتورهای آسنکرون روتور سیم پیچی بدون ترمز و جریان مخالف، جریان راه اندازی بستگی به مقاومت مدار روتور دارد.
- کنتاکتور AC3: برای راه اندازی موتورهای قفس سنجابی یا خاموش کردن موتور در حین کار به کار می روند، بدین معنی که در برابر جریان پیوسته بالا مقاوم هستند. برای مثال بالابرها، آسانسور ها و غیره
- کنتاکتور AC4: برای روشن خاموش کردن های متناوب موتورهای قفس سنجابی، توانایی قطع کردن جریان های زیاد راه اندازی مانند جریان وصل کردن یا قطع کردن در حین کار را دارند. مثال: جرثقیل
- کنتاکتور AC5: برای راه اندازی موتور آسنکرون روتور قفسه ای با به کار بردن ترمز جریان مخالف تغییر جهت گردش الکتروموتور روتور قفسه ای با تعداد دفعات قطع و وصل زمانی اندک
تعویض لامپ تخلیه الکتریکی کنتاکتور AC5-a
- کنتاکتور AC5-b: تعویض لامپهای رشته ای
- کنتاکتور AC6-a: سوئیچینگ ترانسفورماتورها
- کنتاکتور AC6-b: تعویض بانک های خازنی
- کنتاکتور AC7-a: بارهای کمی القایی در لوازم خانگی: مثال: میکسر، مخلوط کن
- کنتاکتور AC7-b: بارهای الکتریکی برای لوازم خانگی: نمونه ها: فن ها
- کنتاکتور AC8-a: کنترل موتور کمپرسور مبرد هرمتیک با تنظیم مجدد بار اضافی دستی
- کنتاکتور AC8-b: کنترل موتور کمپرسور مبرد هرمتیک با بارگیری مجدد اتوماتیک
- کنتاکتور AC11: کنتاکتور کمکی فرمان بدون داشتن کنتاکت قدرت، بوبین مغناطیسی، استفاده فقط در مدار فرمان
- کنتاکتور AC12: کنترل بارهای مقاومتی و بارهای حالت جامد با جداسازی اپتوکوپلر
- کنتاکتور AC13: کنترل بارهای حالت جامد با جداسازی ترانسفورماتور
- کنتاکتور AC14: کنترل بارهای الکترومغناطیسی کوچک
- کنتاکتور AC15: کنترل بارهای الکترومغناطیسی AC
- کنتاکتور AC20: اتصال و قطع اتصال تحت شرایط بدون بار
- کنتاکتور AC21: تعویض بارهای مقاومتی، از جمله اضافه بارهای متوسط
- کنتاکتور AC22: تعویض بارهای مقاومتی و القایی مخلوط، از جمله اضافه بارهای متوسط
- کنتاکتور AC23: تعویض بارهای موتور یا سایر بارهای بسیار القایی
- کنتاکتور AC31 a , b: بارهای غیر القایی یا القایی ضعیف
- کنتاکتور AC33 a , b: بارهای موتور یا بارهای مخلوط شامل موتور، مقاومت و تا ۳۰٪ بار لامپ رشته ای
- کنتاکتور AC35 a , b: بار لامپ تخلیه گاز
- کنتاکتور AC36 a , b: بار لامپ رشته ای
- و سایر موارد
انواع کنتاکتورهای DC بر اساس تیپ
تیپ های مختلف کنتاکتور DC و انواع کاربرد آنها برای مصرف کننده های مجاز طبق استاندارد بین المللی IEC / EN 61095 به شرح زیر می باشد:
- کنتاکتور DC1: بار اهمی، بار غیر اندیکتیو یا اندیکتیویته ی ضعیف، گرمکن برقی با ضریب توان ۹۵%
- کنتاکتور DC2: برای راه اندازی موتور شنت، قطع کردن موتور هنگام کار
- کنتاکتور DC3: برای راه اندازی موتور شنت با تعداد دفعات قطع و وصل زیاد در فواصل زمانی اندک، مدار ترمز
- کنتاکتور DC4: راه اندازی موتور سری ، قطع موتور هنگام کار
- کنتاکتور DC5: راه اندازی موتور سری با تعداد دفعات قطع و وصل زمانی اندک تغییر جهت گردش موتور و ترمز
تعویض لامپ های رشته ای کنتاکتور DC6
- کنتاکتور DC11: کنتاکتور کمکی فرمان بدون داشتن کنتاکت قدرت، بوبین مغناطیسی، استفاده فقط در مدار فرمان
- کنتاکتور DC12: کنترل بارهای مقاومتی و بارهای حالت جامد با جداسازی اپتوکوپلر
- کنتاکتور DC13: کنترل الکترومغناطیس DC
- کنتاکتور DC14: کنترل بارهای الکترومغناطیسی DC با مقاومت های اقتصادی در مدار
- کنتاکتور DC20: اتصال و قطع اتصال تحت شرایط بدون بار
- کنتاکتور DC21: تعویض بارهای مقاومتی، از جمله اضافه بارهای متوسط
- کنتاکتور DC22: تعویض بارهای مقاومتی و القایی مخلوط، از جمله اضافه بارهای متوسط (به عنوان مثال موتورهای شنت)
- کنتاکتور DC23: تعویض بارهای بسیار القایی (یعنی موتورهای سری)
* کنتاکتورهای نوع a: محافظت از مدارات، بدون جریان مقاومت در کوتاه مدت
* کنتاکتورهای نوع b: محافظت از مدارات، با جریان مقاومت در کوتاه مدت
لوازم جانبی کنتاکتور
از تجهیزات جانبی کنتاکتور می توان به تیغه ها یا کنتاکت های کمکی نصب از رو و نصب از بغل، تایمر الکترونیکی و پنوماتیکی، اینترلاک مکانیکی، نویز گیر، قفل الکترومکانیکی یا لچ و پلاتین ها اشاره کرد:
- کنتاکت کمکی
این کنتاکت ها به منظور افزایش تعداد کنتاکت های فرمان به صورت نصب از بغل و یا نصب از رو و در ترکیب های مختلف باز و بسته (NO و NC) موجود هستند. حداکثر ۴ کنتاکت به صورت “۴ کنتاکت باز” یا “۴ کنتاکت بسته” یا “۱ کنتاکت باز/ ۳ کنتاکت بسته” و غیره می توان بر روی کنتاکتورها نصب نمود. این تیغه ها نیز به مانند تیغه های اصلی کنتاکتور، با هربار تحریک بوبین تغییر وضعیت می دهند.
- تایمر الکترونیکی و پنوماتیکی
تایمرهای متصل به کنتاکتور به دو گروه پنوماتیکی (Penomatic Timing Module) و الکترونیکی (Electronic Timing Module) تقسیم می شوند، که خود تایمرهای الکترونیکی نیز به دو دسته نصب از روبرو و نصب بر روی بوبین تقسیم می شوند.
تایمر های پنوماتیک جزو ساده ترین تایمرهای متصل به کنتاکتور هستند. تایمرهای پنوماتیکی کنتاکتور به صورت کنتاکت کمکی و از روبروی کنتاکتور نصب می شوند و مکانیکی هستند و نیاز به تغذیه الکتریکی جهت شروع به کار کردن ندارند (منبع تغذیه ندارند) و به محض عمل کردن کنتاکتور فعال می شوند. این تایمرها به دو صورت تاخیر در وصل (On Delay) و تاخیر در قطع (Off Delay) وجود دارند. در نوع On Delay با وصل شدن کنتاکتور تایمر فعال شده و پس از گذشت زمان تعیین شده کنتاکتور قطع می شود، ولی در تایمر OFF DELAY با برق دار شدن بوبین کنتاکتور، تایمر به میزان مدت زمان تعیین شده قطع می ماند و پس از اتمام زمان تعیین شده کنتاکتور وصل می گردد.
تایمرهای الکترونیکی نیز با عملکردی مشابه تایمرهای پنوماتیکی، روی کنتاکتور نصب می شوند.
- اینترلاک مکانیکی
وجود قابلیت اینترلاک مکانیکی در کنتاکتور سبب می شود دو کنتاکتور همزمان با هم کار نکنند و هنگامی که یکی از کنتاکتورها وصل است کنتاکتور دیگر قطع بماند. در اصل برای ترتیب صحیح کلیدزنی در مدارات قدرت و پیشگیری از حوادث مخرب به کار می رود.
- نویزگیر
به علت وجود خاصیت سلفی در بوبین موجود در کنتاکتور، با قطع و وصل کنتاکتورها، نویز (پارازیت، خش خش) در سیستم خواهیم داشت که برای رفع این مشکل از قطعه ای به نام نویزگیر استفاده می کنیم. نویزگیر به صورت موازی با بوبین قرار می گیرد. برای رفع نویزها، از یک مدار RC (مدار RC متشکل از یک مقاومت و یک خازن سری با هم است) استفاده می کنند. این مدار را به همراه یک واریستور (Varistor) به کار می برند و گاهی نیز هر دوی این مدارات را در یک مجموعه می بندند. واریستور قطعه ای است که اگر ولتاژ از یک حد مشخصی بیشتر شود، مقاومت آن کاهش پیدا کرده و با ایجاد مسیر عبور جریان، باعث تثبیت ولتاژ بوبین در یک حد مشخص می گردد.
واریستور ولتاژ زیاد ایجاد شده در دو سر سیم پیج بوبین در هنگام قطع را در یک محدوده مشخص نگه می دارد و مدار RC نیز تغییرات ولتاژی را خنثی و کم می کند. بدین ترتیب نویز کاهش پیدا می کند.
- قفل الکترومکانیکی یا لچ
از آنجا که کنتاکتور بعد از قطع شدن، توسط نیروی فنر داخلی خودش، به حالت اول برمی گردد و به اصطلاح یک کلید برگشت پذیر است، این وصل باقی ماندن بوبین کنتاکتور در ساعات طولانی و به مرور زمان باعث ایجاد مشکلاتی از قبیل مصرف انرژی بیشتر، ایجاد حرارت در محل کنتاکتور، کاهش عمر بوبین، خرابی و استهلاک قسمت های دیگر، قطع و وصل های کوتاه و آسیب زننده در افت ولتاژهای لحظه ای و … می شود.
برای رفع مشکل وصل باقی ماندن بوبین کنتاکتور، قطعه ای با نام قفل مکانیکی (Mechanical latching block) ساخته شده است، که کنتاکتور را به یک کلید قابل قطع و وصل با پالس تبدیل می کند و توسط آن می توان با ارسال یک فرمان الکتریکی، قفل را آزاد کرد و به دنبال آن کنتاکتور را به حالت قطع برگرداند و از اتلاف انرژی ها و آسیب های بعدی جلوگیری کرد.
- پلاتین کنتاکتور
پلاتین در کنتاکتور نقش بسیار مهمی دارد و از دو بخش تشکیل شده است که به دو بخش ثابت و متحرک تقسیم می شود. بخش ثابت از ۶ قطعه پلاتین و بخش متحرک از ۳ قطعه پلاتین تشکیل می گردد. پلاتین ها در کنتاکتور ها قابل تعویض هستند.
لازم به ذکر است که آلیاژ پلاتین ها را طوری می سازند که در عین رسانایی بالا در عبور جریان برق، دارای پوسته مستحکمی باشد که تحمل ضربات زیادی که در اثر قطع و وصل به وجود می آید را داشته باشد و آسیبی نبیند.
اجزاء داخلی کنتاکتور
محفظه / قاب عایقی
- بدنه / پایه کنتاکتور
- قاب سیم پیچ
- حامل و پوشش کنتاکت ها
- مغناطیس ثابت / آهنربا
- حلقه اتصال کوتاه / حلقه نگهدارنده هسته آهنی ثابت
- کنتاکت ثابت
- کنتاکت متحرک
- پیچ ترمینال
- سیم پیچ / بوبین
- فنر کنتاکتور
- صفحه فلزی انتهایی / پوشش فوقانی