کنتاکتور ac ،برای روشن و خاموش کردن مدارات و موتورهای ac از راه دوراستفاده می شود. به کمک کنتاکتورها می توان عملیات کنترلی متنوعی بر روی موتورهای AC انجام داد. به عنوان مثال، راه اندازی، توقف، معکوس کردن جهت چرخش و تنظیم سرعت موتور بخشی از کاربردهای کنتاکتور ac هستند. به علاوه کنتاکتورها این قابلیت را دارند که با رلههای حرارتی و سایر وسایل حفاظتی موتورها که برای مقابله با اضافه بار یا خرابی فاز استفاده میشوند ترکیب شوند.
کنترل بارهای قدرت نظیر بخاری برقی، ماشین های روشنایی الکتریکی، دستگاه های جوش برقی، بانک های خازنی و غیره از دیگر کاربردهای کنتاکتورهای ac هستند. کنتاکتورها بر اساس تنوع نوع بار و همچنین میزان مصرف بارهای مختلف در انواع متفاوتی طراحی و تولید می شوند.
ساختار کلی انواع کنتاکتور تفاوت زیادی با یکدیگر ندارند. تفاوت اصلی آن ها در جنس تیغه ها، ضخامت تیغه ها و همچنین ابعاد فیزیکی می باشد. در این مقاله ساختار و عملکرد کنتاکتور AC را مورد بررسی قرار می دهیم. به علاوه کلاس بندی مورد استفاده برای انواع مختلف بارها، نیز بیان خواهد شد.
ساختار کنتاکتور
مهمترین اجزای ساختاری کنتاکتور شامل مکانیزم الکترومغناطیسی، کنتاکت ها و جرقه گیر اشاره کرد. هر یک از قسمت های یاد شده دارای عملکرد متفاوتی هستند که در ادامه به توضیح آن خواهیم پرداخت.
مکانیزم الکترومغناطیسی
فنر، سیم پیچ الکترومغناطیسی و هسته آهنی که به مجموع این دو بوبین کنتاکتور هم می گویند، این قسمت از کنتاکتور را تشکیل می دهند. باز و بسته شدن کنتاکت ها نتیجه عمل این بخش از کنتاکتور است.
کنتاکت ها
این قسمت در واقع بخش عملیاتی کنتاکتور و دارای دو نوع کنتاکت اصلی و کمکی است. کنتاکت اصلی یا پلاتین ها، برای قطع و وصل مدار اصلی است که خود به دو نوع کنتاکت ثابت و کنتاکت متحرک تقسیم بندی شده و جهت کنترل جریانهای بزرگ، به کار میرود. اما کنتاکت کمکی به منظور تأمین نیازهای مختلف کنترلی مدار کنترل مورد استفاده قرار می گیرد.
سیستم کنترل جرقه
جرقه های تولید شده در زمان تغییر وضعیت کنتاکت ها می توانند باعث آسیب به کنتاکت ها شوند. کنترل این جرقه ها توسط این قسمت از کنتاکتور انجام می شود. به همین دلیل عملکرد صحیح سیستم کنترل جرقه نقش بسزایی در طول عمر و پایداری عملکرد کنتاکتور دارد. در کنتاکتور های معمولی از هوا به عنوان عایق در این قسمت استفاده می شود اما در کاربردهای خاص محفظه های خلا داخل این قسمت جاسازی می شود که به این کنتاکتور ها، کنتاکتور خلا گفته می شود. طول عمر این کنتاکتور ها به مراتب بیشتر از کنتاکتور های معمولی بوده و خطرات ناشی از آرک زدن به مقدار چشمگیری کاهش می یابد.
سایر بخش های کنتاکتور
بخش های دیگری از جمله پوسته عایق، فنر، حلقه اتصال کوتاه، مکانیزم انتقال و غیره نیز در ساختار کنتاکتور وجود دارند.
کنتاکتور AC چگونه کار می کند؟
زمانی که کنتاکتور در وضعیت قطع قرار دارد، تیغه متحرک به کمک یک فنر در فاصله ای ایمن از کنتاکت ثابت نگه داشته می شود. این فاصله به اندازه ای است که هیچ ارتباطی بین تیغه ها برقرار نشود. عبور جریان از سیم پیچ الکترومغناطیسی، قدرت آهنربایی آن را افزایش میدهد. افزایش قدرت آهنربایی سیم پیچ تا زمانی ادامه خواهد یافت که نیروی مکش سیم پیچ بر نیروی فنر غلبه کند. درنتیجه نیروی الکترومغناطیسی، کنتاکت متحرک جذب شده و به کنتاکت ثابت وصل می شود. در این حالت، جریان بار وصل و مصرف کننده روشن می شود.
با قطع جریان سیم پیچ، کنتاکت متحرک در اثر نیروی واکنش فنر جابه جا شده و اتصال آن با کنتاکت ثابت قطع می شود. پس از قطع تماس بین دو تیغه، جرقه ایجاد می شود. در ادامه این جرقه در محفظه خاموش کننده، کنترل شده و جریان قطع میشود.
جزئیات بیشتر در این باره را می توانید در مقاله ” کنتاکتور چیست؟ ” ببینید.
پارامترهای کلیدی کنتاکت
تیغه ها را می توان مهمترین بخش یک کنتاکتور AC دانست. به صورت کلی تیغه ها به دو گروه اصلی و کمکی تقسیم می شوند. هر کنتاکتور تنها یک تیغه اصلی دارد اما تعداد تیغه های کمکی در کنتاکتورهای مختلف متفاوت است. ضمن اینکه نوع یا به عبارتی وضعیت تیغه های کمکی با تیغه اصلی متفاوت است. تیغه اصلی همیشه در حالت باز است و با وصل ولتاژ بوبین بسته می شود. تیغه های کمکی در حالت باز یا بسته موجود است. عموما تعداد آن ها زوج است و به صورت یک باز و یک بسته تعبیه می شوند.
کنتاکت های کمکی به منظور عملیات کنترلی و دریافت فیدبک از مدار مورد استفاده قرار می گیرند. با توجه به عملکرد تیغه های کمکی، استحکام و عملکرد این تیغه ها نسبت به تیغه اصلی از اهمیت چندانی برخوردار نیست. تیغه اصلی مسیر عبور جریان بار است و از اهمیت بالایی برخوردار است. هر چقدر جریان عبوری از کنتاکتور یا به عبارت دیگر جریان نامی کنتاکتور بزرگتر باشد، این اهمیت بیشتر می شود. در کاربردهای مختلف کنتاکتور Ac از تیغه های با جنس های متفاوت استفاده می شود. علاوه بر این پارامترهای دیگری نیز وجود دارد که بین نمونه های مختلف کنتاکتور تفاوت ایجاد می کند. برخی از پارامترهای کلیدی تیغه های اصلی کنتاکتور در ادامه مورد بررسی قرار گرفته است.
جزئیات بیشتر در این زمینه را در مقاله تیغه کنتاکتور و راه های افزایش طول عمر آن ببینید.
فاصله بین دو کنتاکت در حالت باز
منظور از این پارامتر، کم ترین فاصله ی بین دو کنتاکت است که در آن جریانی از تیغه ها عبور نمی کند. توانایی مدار در تحمل ولتاژ اضافی احتمالی و خاموش کردن جرقه، مقدار این فاصله را تعیین می کنند.
اور ران (over run)
پس از برقراری تماس بین کنتاکت ها، کنتاکت ثابت کمی به عقب رانده می شود. اور ران فاصله ایست که کنتاکت متحرک پس از تماس با کنتاکت ثابت و قبل از توقف کامل طی می کند. این مقدار به خوردگی الکتریکی کنتاکت در شرایط کاری وابسته است.
فشارآغازین
فشارآغازین یا اولیه، فشار مثبت وارد شده به تیغه در لحظه ی بسته شدن کنتاکتور ac است.
فشار پایانی
به فشاری که در آخرین نقطه بسته شدن به تیغه وارد میشود، فشار پایانی اطلاق می شود. عوامل متعددی مانند افزایش دما و ذوب شدن کنتاکت، تأثیر قابل توجهی در تعیین میزان این فشار دارند.
جنس کنتاکت ها
در تولید کنتاکت ها مواد مختلفی از مواد مختلفی استفاده می شود که هر یک دارای ویژگیهای متفاوتی هستند. در ادامه به بررسی اجمالی این مواد می پردازیم:
| جنس کنتاکت | ویژگی ها | کاربردها |
| AgNi+Au | – خاصیت ضد خوردگی در هوا به علت پوشش طلا – در مقایسه با بسیاری از مواد، به دلیل مقاومت کمتر کنتاکت،در بارهای کوچک پایدارتر است. – گذردهی بسیار خوب الکتریکی و گرمایی | – برای بارهای کوچک با توان 10 میلی وات تا 1.5 وات – برای بارهای متوسط با توان 2.4وات تا 60وات |
| AgPd | – در برابر خوردگی و حرارت زیاد در دمای اتاق مقاوم است. – مقاومت کنتاکت کم است و پایداری خوبی دارد. – هزینه بالا | – برای بارهای کوچک با توان 10میلی وات تا 1.5 وات – برای بارهای متوسط با توان 2.4وات تا 60وات |
| AgNi | – ماده استاندارد به کار رفته در تیغه اغلب کنتاکتورها – گذردهی گرمایی و الکتریکی خوب – در مقابل فرسایش مقاوم است. – در مقابل جوش خوردن کنتاکت مقاوم است. – به راحتی به شکل سولفید تولید می شود. | – بارهای مقاومتی و القایی کوچک – معمولا در جریان های نامی پایین تر از 12 آمپر – معمولا ماکزیمم جریان لحظه ای قابل تحمل پایین تر از 25 آمپر |
| AgCdO | – بارهای بزرگ AC – گذردهی گرمایی و الکتریکی خوب – در مقابل فرسایش مقاومت خوبی دارد. – در مقابل قفل شدن مقاومت خوبی دارد. – به راحتی به شکل سولفید تولید می شود. | – در بارهای مقاومتی، موتور و بار القایی به کار می رود. – به طور معمول جریان نامی پایین تر از 30 آمپر – به طور معمول ماکزیمم جریان لحظه ای قابل تحمل پایین تر از 50 آمپر |
| AgSnO2 | – در مقابل قفل شدن مقاومت بالایی دارد. – در مقایسه با مواد بالا جریان DC کمتری می تواند از آن عبور کند. – به راحتی به شکل سولفید تولید می شود. | – بارهای خازنی ، بارهای القایی و لامپ ها – جریان لحظه ای بسیار زیاد (بیش از 120 آمپر) |
| AgSnO2 با اکسیدهای دیگر | – در مقابل قفل شدن مقاومت بالایی دارد. – در مقایسه با مواد بالا جریان DC کمتری می تواند از آن عبور کند. – به راحتی به شکل سولفید تولید می شود. | – بارهای القایی، بارهای خازنی ولامپ ها – جریان لحظه ای بسیار زیاد (بیش از 120 آمپر) |
آهنربای الکتریکی و نحوه کار آن در کنتاکتور AC
از لایه های سیلیکونی در ساخت آهنربای الکتریکی کنتاکتور استفاده شده است. هسته آهنی آهنربای الکتریکی شامل یک بخش ثابت و یک بخش متحرک است. در زمان روشن شدن سیم پیچ کنتاکتور و در اثر نیروی الکترومغناطیسی، قسمت متحرک هسته جابه جا شده و با قسمت ثابت تماس پیدا می کند.
هنگامی که سیم پیچ خاموش می شود، نیروی فنر باعث بازگشت قسمت متحرک به مکان اولیه اش می شود. به این ترتیب آهنربای الکتریکی موجب تبدیل انرژی الکترومغناطیسی به انرژی مکانیکی می شود. این قسمت از کنتاکتور AC از سیم پیچ استفاده میکند تا یک میدان مغناطیسی ایجاد کند. این میدان مغناطیسی باعث جذب آرمیچر شده و قطعات مکانیکی را هدایت میکند تا اقدامات مورد انتظار را انجام دهند.
بارهای قابل کنترل با کنتاکتور AC و کاربردهایی از آن
تجهیزات الکتریکی، ویژگی های متفاوتی دارند. توجه به تفاوت هایی که در خواص بار و تغییرات جریان وجود دارد، در فرآیند روشن و خاموش شدن بار بسیار مهم است. با توجه به وجود این تفاوت ها، برای کنترل بارهای مختلف نیازمند بهره گیری از کنتاکتورهایی با ویژگی های متفاوت هستیم. در این قسمت از مقاله، رایج ترین بارهایی که می توانند توسط کنتاکتور کنترل شوند را معرفی می کنیم. همچنین برای انتخاب کنتاکتور مناسب هر بار، نکات مهمی را بیان خواهیم کرد.
سیستم های گرمایش برقی (هیتر)
اساس کار هیترهای الکتریکی استفاده از سیم هایی با مقاومت بالا برای تولید گرماست. جریان راه اندازی این سیم ها ممکن است تا 1.4 برابر جریان نامی برسد. به دنبال افزایش ولتاژ شبکه ،به همان نسبت جریان عبوری از مقاومت نیز افزایش پیدا می کند. جالب است بدانید، تجهیزات گرمایش الکتریکی کاربردهای متنوعی دارند که از آن جمله می توان به اجاق برقی، تهویه مطبوع و منابع گرمایش داخلی اشاره کرد. هنگام انتخاب کنتاکتور مناسب برای هیتر الکتریکی،توصیه می شود در انتخاب جریان نامی به نکاتی که در بالا اشاره شد توجه کنید.
بار ترانسفورماتوری ولتاژ پایین
در زمان شروع به کار ترانسفورماتور ولتاژ پایین، در یک زمان کوتاه، پیک جریانی با مقداری 15 تا 20 برابر جریان نامی تولید می شود. آرایش سیم پیچ و خواص هسته ترانسفورماتور، مقدار دقیق این جریان را تعیین می کنند.
برای نمونه، ترانسفورماتوری در دستگاه جوش برقی استفاده می شود که با اتصال کوتاه شدن سیم پیچ ثانویه آن از طریق الکترود، عملیات جوش انجام می شود. در زمان کار دستگاه جوش برقی، جریان ناگهانی بزرگی ایجاد می شود که باعث تحمیل فشار زیادی به سیم پیچ اولیه می شود.
در این حالت، باید شرایط کاری ترانسفورماتور و پارامترهای خاص آن مشخص شوند. برخی از پارامترهایی که در این مثال باید مورد توجه قرار گیرند، جریان نامی خروجی ترانسفورماتور، جریان اتصال کوتاه و فرکانس جوش درهنگام کوتاه شدن الکترود هستند. برای کاربردهایی از این دست ،کنتاکتورهای AC کلاس AC-6A قابل استفاده هستند.
تجهیزات روشنایی
در زمان روشن شدن لامپ رشته ای، جریان ضربه ای تولید شده حدودا 15 برابر جریان نامی لامپ است. جریان ضربه ای و زمان شروع برای تجهیزات روشنایی مختلف، متفاوت است.
بارهای روشنایی ضریب توانشان برابر 1 نیست. در اینطور بارها معمولا، کنتاکتور AC کلاس AC-5a به کار می رود. همچنین در صورت افزایش ولتاژ مجاز، جریان افزایش می یابد. در این حالت ها، کنتاکتور های کلاس AC-5b به کار می روند.
بارهای خازنی
در هنگام روشن شدن بار خازنی در اثر شارژ گذرایی که اتفاق می افتد، جریان شارژ بزرگی ایجاد می شود. در این شرایط، فرکانس تغییراتی خواهد داشت و امکان دارد فرکانس تا هزاران هرتز افزایش یابد. در نتیجه برای شروع به کار این بارها توجه به فاکتورهای مختلفی ضروری است.
در واقع می خواهیم بارهای خازنی را با رعایت ملاحظات اقتصادی و جلوگیری از جوش خوردن کنتاکت ها در نقاط اتصال، کنترل کنیم. برای این کار بارهای القایی یا مقاومت اضافی، به صورت سری با خازن ها و شاخه های مدار، به مدار افزوده می شود. افزودن این تجهیزات باعث محدود شدن جریان راه اندازی و کاهش تاثیر آن بر شبکه اصلی می شود. به منظور کنترل بار خازنی، کنتاکتور AC کلاس AC-6B به کار می رود. این کنتاکتورها از نوع کنتاکتور خازنی هستند.
کنترل موتور با کنتاکتور AC
از جمله پرکاربردترین بارها در صنعت می توان به موتورهای ولتاژ پایین اشاره کرد. پرکاربردترین موتورهای AC موتور آسنکرون و موتورهای القایی روتور زخمی هستند. در طراحی موتور القایی روتور زخمی برای محدود کردن جریان راه اندازی، مقاومتی به مدار روتور متصل شده است. باید توجه داشت که برای بارهای متفاوت زمان راه اندازی تغییر می کند. زمان راه اندازی برای بارهای سنگین تر بیشتر است. در کنترل موتور القایی،کنتاکتور AC کلاس AC-2 به کار می رود.
راه اندازی موتورهای آسنکرون به صورت مستقیم است. بعد از کاهش جریان راه اندازی، جریان به مقدار پایداری می رسد. در موتور آسنکرون جریان راه اندازی IA موتور، 4 تا 8 برابر جریان نامی موتور و جریان بی باری IO موتور (0.95 ~ 0.2) جریان نامی می باشد. تحت بار نرمال زمان شروع TA از 10 ثانیه کمتر است. در حالیکه امکان دارد، این زمان تحت بار سنگین به بیش از 10 ثانیه افزایش پیدا کند.
جهت راه اندازی و کنترل موتور آسنکرون از کنتاکتور AC کلاس AC-3 استفاده می شود.
هنگامی که موتور آسنکرون در حال استارت و ترمز اتصال معکوس نرمال، عملکرد معکوس یا اینچ همزمان فعالیت می کند، جریان اتصال و قطع آن با جریان راهاندازی موتور برابر است. به عبارت دیگر، در این شرایط خاص، جریان الکتریکی که در هنگام استارت و توقف سریع (ترمز) موتور رخ میدهد، با جریانی که در هنگام راهاندازی موتور تولید میشود، برابر است. کنتاکتورهای کلاس AC-4 الزامات سخت گیرانه تری نسبت به کلاس AC-3 دارند. به همین دلیل برای کنترل این موتورها،کنتاکتورهای کلاس AC-4 به کار می روند.
جمع بندی
در این مقاله با قسمت های اصلی کنتاکتور AC و نحوه عمل آن آشنا شدیم. جنس تیغه ها ی کنتاکتور،یکی از فاکتورهای مهم در انتخاب کنتاکتور مناسب برای کاربرد های مختلف است. تیغه ها ی کنتاکتور از آلیاژهای مختلفی ساخته شده که هر یک را برای کار در شرایط متفاوتی مناسب کرده است. در انتخاب یک کنتاکتور مناسب با توجه به نوع باری که می خواهد به کنتاکتور متصل شود،باید موارد مختلفی را مد نظر داشته باشیم.برای استفاده راحت تر و در راستای استاندارد سازی، کنتاکتورهای AC را در کلاس های کاری متفاوتی دستهبندی کردهاند.برای انتخاب یک کنتاکتور مناسب برای شرایط مورد نظر ضروریست به فاکتورهای مختلفی مانند جریان راه اندازی و نوع بار توجه کنیم.