از الزامات یک سیستم الکتریکی، کنترل جریان به صورت مطمئن می باشد. در جریان های بالا این امر از اهمیت بیشتری برخوردار است. کنتاکتور تک فاز کلیدی الکترومکانیکی است که جریان برق را در مدار تک فاز کنترل می کند. کنتاکتورهای تکفاز را می توان به طور کلی به عنوان شکل اصلاح شده یک رله الکتریکی در نظر گرفت، زیرا مدل های معمولی کنتاکتورها در کاربردهای سه فاز استفاده می شوند. با این حال، بر خلاف رله، کنتاکتورهای 3 پل و کنتاکتورهای تک پل به راحتی می توانند بارهای بالاتر را تحمل کنند و بنابراین به مدارهایی با ظرفیت های بالاتر و کمتر متصل می شوند.
برای کنترل جریان، کنتاکتورها تجهیزات مطمئنی هستند و کاربردهای متنوعی دارند. کنترل مدارات روشنایی، موتورهای الکتریکی و کنترل سیستمهای گرمایشی در کاربردهای مسکونی، صنعتی و تجاری، نمونه هایی از کاربرد کنتاکتور تکفاز هستند. در این نوشتار با کنتاکتورهای تک فاز بیشتر آشنا می شوید.
کنتاکتور تک فاز چیست؟
همانطورکه بیان شد کنتاکتور تک فاز در واقع یک کلید الکترومکانیکی است که جریان برق را در مدار کنترل می کند. کنتاکتور، این کار را با کنترل کارکرد عناصر مختلف مدار الکتریکی انجام می دهد. این کلید توسط سیگنال الکتریکی ای که به آن سیگنال فرمان می گویند، قابل کنترل است. معمولا ولتاژ سیگنال فرمان در مقایسه با ولتاژ تغذیه بار مقدار بسیار کمتری دارد.
به عنوان نمونه، یک موتورالکتریکی با ولتاژ 220 ولت را می توان با سیگنال فرمانی 24 ولت کنترل کرد. این امر، افزایش ایمنی در فضای کاری را به دنبال دارد. همچنین این امکان را فراهم می کند که تجهیزات توسط کنترل کننده های صنعتی همچون PLC کنترل شوند. همانطور که از نام این کنتاکتورها پیداست، این کنتاکتورها برای به کار رفتن در سیستم ها تکفاز ساخته شده اند.
از ویژگی های قابل توجه این کنتاکتورها میتوان به صدای کم ، عدم نیاز به تعمیر و نگهداری منظم، آمپراژ مناسب و کیفیت بالای آنها اشاره کرد. این کلیدها بسیار متنوع هستند. دسته بندی این کلیدها عموما با توجه به ماکزیمم ولتاژ و جریان قابل تحملشان انجام می گیرد. عملکرد اصلی کنتاکتور تک فاز در واقع کنترل جریان سیستم است، اما اضافه بر آن توانایی های دیگری نیز دارد که از آن جمله می توان به محافظت از سیستم در برابر نوسانات ولتاژ و اضافه بار اشاره کرد.
ساختار داخلی کنتاکتور
کنتاکتور یک سیم پیچ الکترو مغناطیسی دارد که تیغه های هدایت جریان را باز و بسته می کند. جنس این تیغه ها (کنتاکت ها) رساناست و برای بارهای با جریان بالا ساخته شده است. سیگنال فرمان با آهنربایی کردن سیم پیچ موجب اتصال تیغه های کنتاکتور میشود. به دنبال اتصال تیغه ها، جریان برقرار شده و مصرف کننده روشن خواهد شد.
در مقاله ” کنتاکتور چیست “ می توانید اطلاعات کامل تری را در این زمینه کسب کنید.
حال میخواهیم با اجزای اصلی کنتاکتور آشنا شویم:
سیم پیچ الکترومغناطیسی
کنتاکتورها به عنوان کلیدهای الکترومکانیکی ای شناخته می شوند که میتوان آنها را از راه دور کنترل کرد. این قابلیت توسط سیم پیچ الکترومغناطیسی که در واقع مدار فرمان کنتاکتور می باشد، در کنتاکتور ایجاد شده است. حلقه های سیم مسی که دور یک هسته مغناطیسی پیچیده شده اند، سیم پیچ کنتاکتور تکفاز را بوجود می آورند. با اعمال ولتاژ تغذیه و عبور جریان از این سیم پیچ، میدان مغناطیسی در اطراف آن ایجاد میگردد که باعث بوجود آمدن خاصیت آهنربایی در سیم پیچ میشود. هسته سیم پیچ در اثر نیروی این آهنربا جا به جا میشود.
به دنبال جابه جایی هسته سیم پیچ ،تیغهی متحرک که به آن متصل است نیز جا به جا شده و به کنتاکت ثابت متصل میشود. این اتصال باعث برقراری جریان در کنتاکتور می شود.
تیغه ها یا کنتاکت ها
وظیفه کنتاکتها عبور جریان بار است. کنتاکتور دارای یک کنتاکت ثابت و یک کنتاکت متحرک است. کنتاکت ثابت، همانطور که از نامش مشخص است همواره در جای خود ثابت است. اما کنتاکت متحرک به وسیله سیم پیچ الکترومغناطیسی جابه جا می شود. جنس این تیغه ها از مواد با رسانایی بالا مثل آلیاژهای مس یا نقره می باشد و به این ترتیب می توانند جریان بالای بار را تحمل کنند.
در کنتاکتور تکفاز امکان دارد که به غیر از کنتاکت های اصلی چند کنتاکت کمکی نیز وجود داشته باشد که در انجام عملیات کنترلی مختلف به کار می روند. به عنوان نمونه یکی از کاربردهای این کنتاکت های کمکی ارسال سیگنال به کنتاکتور و گزارش وضعیت آن می باشد.
مکانیزم جرقه گیر کنتاکتور تکفاز
با باز شدن تیغه های کنتاکتور،جرقه هایی بوجود می آید که بزرگی آنها به جریان عبوری از کنتاکتور وابسته است. در صورتی که این جرقه ها تیغه های کنتاکتور را بیش از حد گرم کنند، ممکن است در اثر این حرارت بالا تیغه ها به هم جوش بخورند. به علاوه گرمای ایجاد شده میتواند برای قسمتهای دیگر کنتاکتور نیز آسیبهایی را به دنبال داشته باشد. به همین دلیل مکانیزمی در ساختار کنتاکتور لحاظ شده است تا این آسیب ها را به حداقل برساند. به این منظور در طراحی کنتاکتور از چند تیغه مسی موازی با ساختاری خاص استفاده می شود.
محفظه یا قاب محافظ
قسمت های داخلی کنتاکتور توسط یک قاب عایق در برگرفته شده است. جنس این قاب از پلاستیک یا باکلیت است. این قاب برای عایق بندی الکتریکی اجزای داخلی کنتاکتور به کار رفته است. این محفظه همچنین در محافظت از کنتاکتور در مقابل عواملی همچون نوسانات دمایی، گرد و غبار و رطوبت نقش موثری دارد.
مکانیزم حفاظت در برابر اضافه بار
قابلیت حفاظت در مقابل اضافه بار در بعضی از کنتاکتورهای تکفاز لحاظ شده است. این قابلیت توسط یک نوار بیمتال که شامل دو فلز با ضریب انبساط حرارتی متفاوت است ایجاد شده است. به دنبال اضافه بار، جریان عبوری از کنتاکتور افزایش می یابد. این افزایش جریان موجب می شود که تیغه ها گرم شوند. با توجه به تفاوت ضریب انبساط حرارتی دو فلز به کار رفته در نوار بیمتال، تیغه پس از گرم شدن حالت خمیده پیدا می کند. در نتیجه اتصال بین کنتاکت ها قطع و مسیر عبور جریان باز می شود. این فرآیند که شامل گرم شدن بیمتال و در نتیجه باز شدن تیغه می باشد، یک فرآیند تاخیری است.
تفاوت کنتاتور تکفاز و سه فاز
طراحی متفاوت مدار کنترل، اصلی ترین تفاوت بین کنتاکتور سه فاز و تک فاز است. در ادامه تفاوت های کنتاکتور تکفاز و سه فاز را بیشتر بررسی می کنیم.
سیستم الکتریکی مناسب کنتاکتور تکفاز وسه فاز
طراحی کنتاکتور تکفاز به منظور کنترل مدارات با ولتاژ AC تک فاز (عموما تا ولتاژ 240 ولت)، صورت گرفته است. اما کنتاکتورهای سه فاز، مدارات AC سه فاز (با ولتاژ 208 تا 480ولت) را کنترل می کنند.
ساختار داخلی و ابعاد
با وجود اینکه اساس کار هر دو کنتاکتور مبتنی بر اصول اولیه الکترومغناطیس است، ولی هر کدام ساختار داخلی مختص به خود را دارد که با هم متفاوت هستند. از آنجا که کنتاکتورهای سه فاز برای کنترل بارهایی با ولتاژ و جریان بالا ساخته شده اند، دارای طراحی پیچیده تر و ابعاد بزرگتری در مقایسه با کنتاکتورهای تکفاز هستند.
تعداد پل
طراحی کنتاکتورهای تک فاز به دو شکل تک پل و دو پل انجام می شود. کنتاکتورهای تکفاز تک پل، برای کنترل فاز و نوع دوپل آن برای کنترل فاز و نول به کار می روند. در مقابل طراحی کنتاکتورهای سه فاز به صورت سه پل و چهار پل می باشد. کنتاکتور سه فاز سه پل، برای کنترل سه فاز و نوع چهار پل آن برای کنترل سه فاز و نول کاربرد دارد.
کاربردهای کنتاکتور تکفاز
قابلبت کنترل از راه دور کنتاکتورها سبب کاربرد گسترده آن ها در بخش های مختلف صنعتی و خانگی می شود. با توجه به اینکه اغلب در محیط های صنعتی از برق سه فاز به منظور تامین انرژی استفاده می شود، کنتاکتورهای سه فاز کاربرد گسترده ای در محیط های صنعتی دارند. اما در محیط های خانگی و تجاری از نمونه های تکفاز کنتاکتور استفاده می شود. برخی از موارد کاربرد کنتاکتور تکفاز عبارتند از:
- کنترل فن ها و کمپرسورها در سیستم های تهویه مطبوع
- کنترل المنت سیستم گرمایشی و آبگرمکن های الکتریکی
- کنترل سیستم های سرمایشی مانند یخچال ها و فریزرها
- کنترل پمپ آبیاری در گلخانه و سایر مصارف
- کنترل مدارات روشنایی در واحدهای صنعتی و تجاری
- کنترل موتورهای کوچک مانند موتور درب آسانسور
- کنترل سیستم گرمایش تابشی و هیتر قرنیزها
به صورت کلی هر جا یک مصرف کننده تکفاز داشته باشیم که لازم است از راه دور کنترل شود، می توان روی استفاده از کنتاکتورهای تکفاز حساب کرد.
مزایای استفاده از کنتاکتور تک فاز
اصلی ترین مزیت کنتاکتورهای تک پل، قابلیت کنترل آن ها از راه دور است. اما این کنتاکتورها مزایای دیگری نیز دارند که سبب استفاده گسترده از آن ها می شود. در ادامه به برخی از این موارد اشاره خواهیم داشت:
- کنتاکتورهای تک فاز طراحی ساده و کارآمدی دارند که به عملکرد و کنترل آسان آن ها کمک می کند.
- کنتاکتورهای سه فاز در لحظه قطع و وصل اتصال تیغه ها صدای بلندی تولید می کنند. این صدای بلند در محیط‌های غیر صنعتی مانند اماکن مسکونی و واحد های تجاری اداری، آزار دهنده و ناخوشایند است. اما نمونه های تکفاز کنتاکتور به نسبت نمونه های سه فاز صدای به مراتب کمتری تولید می کنند.
- این کنتاکتورها حفاظت مناسبی در برابر ورود گرد و غبار به فضای داخلی دارند. میزان این حفاظت با درجه IP تعیین می شود. کنتاکتورهای مختلف ممکن است درجه IP متفاوتی داشته باشند که نشان دهنده میزان مقاومت آن ها در برابر ورود ذرات است. حفاظت مناسب کنتاکتور تکفاز، فاصله زمانی تمیزکاری و نظافت تابلو برق را طولانی‌تر می کند. به بیان دیگر عدم ورود گرد و غبار به محیط داخلی، طولانی تر شدن عمر کنتاکتورهای تک فاز را به همراه دارد و نویز آن را کاهش می دهد.
- کنتاکتورهای تکفاز ابعادی حدودی یک کلید مینیاتوری دارند. در واقع با استفاده از این کنتاکتورها به میزان زیادی در فضای تابلو صرفه جویی می شود.
- کنتاکتورهای تک پل ظرفیت بالایی دارند. این کلیدهای الکترومغناطیسی حتی در هنگام نوسانات شدید برق و عبور جریان های هجومی، فعال باقی می مانند. علاوه بر این پایداری دمایی این کنتاکتورها نیز بالاست و در دماهای بسیار بالا و پایین نیز می توانند عملمرد مطلوب داشته باشند.
- دوام و طول عمرِ این کنتاکتورها بالاست و نیازی به تعمیر و نگهداری مکرر ندارند.
نحوه سیم بندی کنتاکتور تکفاز
قسمت فرمان کنتاکتور : در این قسمت پایه های A1 و A2 برای تغذیه بوبین جهت اعمال فرمان قطع و وصل به کنتاکتور است. با اعمال ولتاژ AC یا DC به این دو پایه، کنتاکتور به حالت وصل می رود.
قسمت قدرت: ترمینال های شماره 1، 2، 3، 4 در کنتاکتور تک فاز، کنتاکت‌های قدرت آن هستند. لازم به ذکر است که پایه های 1 و 2 برای فاز و پایه های 3 و 4 برای پل دوم یا نول است. اگر کنتاکتور وصل شود پایه 1 و 2 به یک‌دیگر وصل شده و سیگنال پشت پایه 1 مستقیم به پایه 2 منتقل میشود. در نظر داشته باشید که این اتفاق برای پایه 3 و 4 هم می‌افتد.
جمع بندی
کنتاکتور تک فاز در واقع یک کلید الکترومغناطیسی است که جریان را کنترل می کند. با استفاده از این کلیدها میتوان از راه دور به سیستم دسترسی داشت و آن را کنترل کرد. کنتاکتورهای تکفاز همانطور که از نام آنها پیداست برای استفاده در مدارات تک فاز ساخته شده اند. این کنتاکتورها با توجه به حداکثر جریان قابل تحملشان دسته بندی می شوند. توانایی حفاظت در مقابل اضافه بار، در بعضی از مدلهای آن در نظر گرفته شده است.