همه چیز درباره کنتاکتور و کاربردهایش

با گسترش استفاده از برق در زندگی روزمره انسان ها، کنترل این انرژی حیاتی اهمیت بیشتری پیدا کرد. همه مصرف کننده های الکتریکی نیاز به کنترل جریان برق دارند. مصرف کننده های خانگی کوچک به کمک یک کلید ساده کنترل می شوند. اما در مورد کاربردهای صنعتی داستان متفاوت است!

کنتاکتور یکی از رایج ترین کلیدهای صنعتی است که در صنایع مختلف کاربرد گسترده ای دارد. قابلیت کنترل از راه دور و تحمل جریان های بزرگ از جمله دلایل استفاده فراگیر از این کلید است. به کمک این کلیدها می توان برق سه فاز را با یک ولتاژ فرمان 24 ولت (یا بیشتر) کنترل کرد.

برای آشنایی با ساختار، عملکرد، کاربرد و راهنمای خرید کنتاکتور همراه من باشید.

کنتاکتور چیست؟

یک کلید الکترومغناطیسی برای روشن و خاموش کردن تجهیزات الکتریکی است. مزیت اصلی این کلیدها، کنترل از راه دور و فرمان پذیری با یک سیگنال خارجی است. ولتاژ و جریان سیگنال فرمان کنتاکتورها عموماً بسیار کمتر از ولتاژ تغذیه بار است. به عنوان مثال برای کنترل یک موتور سه فاز می توان از کنتاکتوری با ولتاژ فرمان 24 ولت استفاده کرد. اندازه جمع و جور و نصب راحت از دیگر مشخصات بارز contactor است.

مصرف کننده های الکتریکی تنوع بالایی دارند و رفتار آن ها در مواجهه با انرژی الکتریکی متفاوت است. از این رو انواع گوناگونی از تجهیزات کنترلی توسعه داده شده و به بازار معرفی شده است. به عنوان مثال رله نیز مانند کنتاکتورها قابلیت کنترل از راه دور را دارد. اما تفاوت کنتاکتور و رله در رنج جریان و سرعت کلیدزنی آن ها است.

کنتاکتورها در انواع بسیار گوناگون برای کاربردهای مختلف عرضه می شوند. برخی تفاوت های اساسی نمونه های مختلف این کلیدها عبارتند از:

• تفاوت در جریان یا توان نامی
• تفاوت در سیستم ولتاژی بار (تکفاز، سه فاز یا DC)
• تفاوت در نوع و بزرگی ولتاژ بوبین
• تفاوت در کلاس کاری (نوع کاربری)

contactor رنج وسیع جریان چند آمپر تا هزاران آمپر را پوشش می دهند. ولتاژ بوبین آن ها نیز در رنج 12 تا 230 ولت متغیر است. ابعاد آن ها نیز بسیار متنوع است و متناسب با ولتاژ و جریان قابل کنترل تغییر می کند.

چرا استفاده از کنتاکتور ضروری است؟

قبل از بررسی ساختار داخلی و عملکرد کنتاکتورها، به بیان ضرورت استفاده از آن ها می پردازیم. به بیان ساده تا کنون هیچ جایگزینی برای راه اندازی بارهای الکتریکی توان بالا معرفی نشده است که قابلیت های contactor را داشته باشد. اگرچه راه اندازی موتور سه فاز با استفاده از درایو فرکانس متغیر و سافت استارتر نیز انجام می شود اما برای سایر مصرف کننده ها گزینه ای غیر از کنتاکتور وجود ندارد!

استفاده از CONTACTOR به چند دلیل ضروری است:

• تنها راهکار در دسترس برای کنترل بارهای جریان بالا
• قابلیت کنترل از راه دور
• افزایش ایمنی سیستم و پرسنل به دلیل سیگنال فرمان با ولتاژ و جریان کوچک
• امکان پیاده سازی اتوماسیون صنعتی

در محیط های صنعتی از پی ال سی به منظور کنترل عملیات و اجرای فرآیندها استفاده می شود. خروجی های پی ال سی را نمی توان به صورت مستقیم به مصرف کننده متصل کرد. در این کاربردها پی ال سی نقش مدار فرمان کنتاکتور را بازی می کند. لازم به ذکر است خروجی پی ال سی از طریق یک رله به بوبین CONTACTOR متصل می شود.

ساختار داخلی

کنتاکتورها در انواع بسیار گوناگونی عرضه می شوند. تنوع بالای مصرف کننده های الکتریکی سبب تنوع در تولید این کلیدها شده است. اما با وجود تنوع بالای نمونه های موجود و تولید کنندگان، ساختار داخلی و عملکرد همه نمونه های CONTACTOR یکسان است.

به صورت کلی ساختار داخلی این کلیدها متشکل از بخش های زیر است:

• تیغه ها
• مکانیزم الکترومغناطیسی
• جرقه گیر
• بدنه یا محفظه

در ادامه به بیان جزئیات بیشتر در مورد هر بخش خواهیم پرداخت.

تیغه ها یا کنتاکت ها

تیغه کنتاکتور با نام های کنتاکت یا پلاتین نیز شناخته می شود و در دو گروه اصلی و کمکی دسته بندی می شود. تیغه اصلی مسیر عبور جریان بار است. اجزای این بخش شامل فنر نگهدارنده، تیغه ثابت و تیغه متحرک می شود. بخش ثابت تیغه به بدنه، و تیغه متحرک به هسته سیم پیچ الکترومغناطیسی متصل شده است.

تیغه های کمکی به منظور پیاده سازی مدار فرمان مورد استفاده قرار می گیرند. تعداد تیغه کمکی در نمونه های مختلف متفاوت است. برخی نمونه ها تیغه کمکی ندارند و برخی دیگر دارای یک یا چند تیغه کمکی هستند.

مکانیزم الکترومغناطیسی

نیرو محرکه لازم جهت تغییر وضعیت تیغه های CONTACTOR توسط این بخش تامین می شود. این بخش شامل یک سیم پیچ و هسته الکترومغناطیسی است که به تیغه متحرک متصل است. سیم پیچ و کنتاکت ها با یک محفظه داخلی جداگانه محافظت می شوند.

بوبین ها انواع مختلفی دارند. علاوه بر رنج ولتاژ، نوع ولتاژ کاری آن ها نیز متفاوت است. برخی از نوع AC یا DC هستند و برخی دیگر با هر دو ولتاژ AC و DC فعال می شوند. رنج ولتاژ بوبین نیز بین 12 تا 230 ولت متغیر است. عدم توجه به رنج و ولتاژ بوبین سبب آسیب دیدن بوبین می شود. خرابی بوبین از جمله رایج ترین خرابی های کنتاکتور است.

محفظه یا قاب محافظ

حفاظت از بخش های داخلی تجهیزات مختلف در برابر چالش های آب و هوایی، ورود گرد و غبار و سایر ناخالصی های موجود در محیط صنعتی ضروری است. از سوی دیگر بخش های حامل جریان نیز به منظور حفاظت و ایمنی پرسنل باید عایق باشند. همه این چالش ها به کمک محفظه contactor برطرف می شوند. محفظه از مواد عایقی همچون پلی کربنات، باکلیت و پلاستیک های ترموست ساخته می شود.

جرقه گیر

قطع و وصل جریان الکتریکی با تغییر وضعیت تیغه اصلی انجام می شود. قطع ولتاژ بوبین و جدا شدن بخش های ثابت و متحرک تیغه سبب ایجاد جرقه های الکتریکی بزرگ می شود. این جرقه ها به بخش های داخلی آسیب وارد می کنند.

برای کنترل این جرقه ها، بخشی به نام جرقه گیر در ساختار CONTACTOR تعبیه شده است. جرقه گیر در ساختار انواع بریکر از جمله کلید مینیاتوری، کلید اتوماتیک  و کلید حرارتی نیز وجود دارد.

 

عملکرد کنتاکتور

تیغه اصلی کنتاکتور از دو دبخش ثابت و متحرک تشکیل شده است. هسته سیم پیچ نیز دارای دو بخش است. بخش متحرک تیغه به هسته متحرک و بخش ثابت تیغه به هسته ثابت متصل است. فرآیند کار CONTACTOR با ارسال سیگنال فرمان به سیم پیچ آغاز می شود. در حالت عادی و قبل از برقدار شدن بوبین، تیغه متحرک به وسیله فنر نگهدارنده از تیغه ثابت دور نگهداشته می شود.

عبور سیگنال فرمان از سیم پیچ سبب تشکیل میدان مغناطیسی و در نتیجه ایجاد آهنربای الکتریکی می شود. نیروی جاذبه آهنربای الکتریکی بر نیروی فنر غلبه کرده و بخش متحرک هسته را جابجا می کند. حرکت هسته تا رسیدن تیغه متحرک به تیغه ثابت ادامه پیدا می کند. با اتصال تیغه ها به یکدیگر، مسیر جریان بسته شده و بار روشن می شود.

با قطع ولتاژ بوبین، خاصیت آهنربایی سیم پیچ از بین رفته و کنتاکت متحرک به مکان اولیه خود بر می گردد. نیروی لازم جهت بازگشت تیغه متحرک توسط فنر تامین می شود. باز شدن تیغه ها منجر به ایجاد جرقه می شود. جرقه به مکانیزم کنترل جرقه هدایت شده و در آنجا خنثی می شود.

مروری بر تاریخچه 

contactor از دیرباز در صنایع مختلف برای کنترل بار مورد استفاده قرار می گرفته اند. در این بازه زمانی نسبتا طولانی، نسل های مختلفی از CONTACTOR طراحی شده و مورد استفاده قرار گرفته است. در ادامه به معرفی سه نسل اصلی این کلیدهای پرکاربر خواهیم پرداخت.

تیغه چاقویی

در اواخر دهه 1800 میلادی از این سوئیچ ها برای کنترل بار استفاده می شد. تیغه چاقویی اولین کلیدی بود که جهت کنترل (راه اندازی یا توقف) موتورهای الکتریکی مورد استفاده قرار گرفت. در این سوئیچ از یک اهرم دستی برای تغییر وضعیت کلید استفاده می شد.

ایراد اساسی این سوئیچ، فرسوده شدن سریع کنتاکت ها است. کنترل بار با ولتاژ بالا سبب ایجاد یک قوس الکتریکی در زمان قطع کنتاکت ها می شود. جابجایی دستی کنتاکت زمان قطع مدار را طولانی می کند. افزایش زمان قطع، افزایش زمان قوس الکتریکی و در نتیجه فرسودگی سریع کنتاکت ها را به همراه دارد.

از سوی دیگر خوردگی کنتاکت در اثر جرقه، آن را در برابر رطوبت و کثیفی آسیب پذیر می کند. با بزرگتر شدن اندازه موتورها، جریان مصرفی آن ها بزرگتر می شود. کنترل دستی سوئیچ در جریان های بالا، نگرانی های جدی در حوزه ایمنی به وجود آورد. سوئیچ تیغه چاقویی به دلیل مشکلات مربوط به عملکرد، و عمر کوتاه کنتاکت ها خیلی زود از چرخه استفاده خارج شد.

ویدیوی زیر نمونه ای از تیغه چاقویی در حال استفاده در صنعت را نشان می دهد:

نمونه عملکرد تیغه چاقویی

کنترل کننده دستی

خطرات بالقوه تیغه چاقویی، مهندسان را به سمت طراحی یک کلید جدید سوق داد. این دستگاه که به نام کنترل کننده دستی شناخته می شود، در مقایسه با تیغه چاقویی مزایای زیر را داشت:

• کارکرد ایمن
• عایق شدن کنتاکت ها
• ابعاد کوچکتر

کنترل کننده دستی نیز همانند تیغه چاقویی قابلیت کنترل از راه دور ندارد و به صورت فیزیکی به کنترلر وصل می شود. کنتاکتور دستی خیلی زود جایگزین تیغه چاقویی شد. انواع مختلفی از این کنتاکتورها هنوز هم در حال استفاده هستند.

کنتاکتور مغناطیسی

contactor مغناطیسی، جدیدترین نسل کنتاکتور است. این تجهیزات با نیروی الکترومغناطیسی و بدون دخالت انسان مسیر جریان را کنترل می کنند. کنترل از راه دور این تجهیزات، عملکرد ایمن و کاهش خطرات بالقوه تماس اپراتور با کنتاکتور را به همراه دارد. contactor مغناطیسی به صورت گسترده در صنایع مختلف استفاده می شوند.

انواع contactor

تنوع بارهای الکتریکی و لزوم کنترل ایمن آن ها سبب عرضه انواع مختلفی از کنتاکتور شده است. این کلیدهای الکترومغناطیسی را به روش های مختلف می توان دسته بندی کرد. ساده ترین روش دسته بندی براساس نوع ولتاژ بار است:

•  DC
•  AC

مهمترین تفاوت کنتاکتور AC و DC در ساختار بوبین و تیغه اصلی آن ها است. لازم به ذکر است نمونه های AC نیز انواع مختلفی دارند که شامل نمونه های سه فاز و کنتاکتور تکفاز می شود.

در یک دسته بندی کلی تر contactor ها براساس نوع کاربردشان دسته بندی می شوند. به منظور سهولت انتخاب و استفاده انجمن IEC اقدام به استانداردسازی کاربردهای کنتاکتور کرده است. بر این اساس متناسب با نوع کاربرد یک کد IEC به هر دستگاه اختصاص داده می شود. به عنوان مثال کد AC-3 ویژه کاربردهای موتوری است.

در مقاله آشنایی با کاربرد انواع کنتاکتور AC به تشریح کدگذاری IEC پرداخته ایم.

کاربردهای کنتاکتور

contactor کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف دارد. کنترل موتور، تجهیزات روشنایی، هیترها و … از جمله این کاربردهاست. contactor را براساس نوع کاربرد در کلاس های متفاوتی دسته بندی می کنند. در ادامه برخی از وظایف کنتاکتور در تابلو برق را معرفی می کنیم.

کنترل هیتر برقی

هیتر الکتریکی در سیستم های گرمایشی، اجاق برقی، کوره و برخی تجهیزات دیگر استفاده می شوند. هیترها از نوع بار مقاومتی هستند و رفتار آن ها نسبتا خطی است. افزایش ولتاژ شبکه به میزان 10 درصد، جریان کاری هیترها را به همین نسبت افزایش می دهد. جریان راه اندازی هیتر تا 1.4 برابر جریان نامی دستگاه می رسد.

برای این قبیل بارها از کنتاکتور سری AC-1  استفاده می شود. لازم به ذکر است کنتاکتورهای موتوری نیز برای این قبیل بارها در جریان بیش از مقدار نامی شان قابل استفاده اند.

تجهیزات روشنایی

تجهیزات روشنایی صنعتی انواع مختلفی دارند. لامپ های رشته ای، لامپ فلورسنت و پروژکتورهای LED در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. تنوع تجهیزات سبب تفاوت در جریان راه اندازی آن ها شده است. کنترل تجهیزات روشنایی با کنتاکتور کلاس AC-5a انجام می شود.

کنترل ترانسفورماتور ولتاژ پایین

شروع به کار یک ترانسفورماتور ولتاژ پایین، با یک پیک جریان به بزرگی 15 تا 20 برابر جریان نامی همراه است. اندازه این جریان به آرایش سیم پیچ ها و خواص هسته ترانسفورماتور وابستگی زیادی دارد. برای این کاربردها از کنتاکتورهای کلاس AC-6A استفاده می شود.

کنترل بارهای خازنی

روشن شدن بار خازنی با فرآیند شارژ گذرا همراه است که جریان شارژ را به مقدار بالایی می رساند. این وضعیت منجر به تغییرات فرکانسی و افزایش فرکانس تا هزاران هرتز می شود. به دلیل این حالات خاص، راه اندازی بارهای خازنی با الزامات شدیدی همراه است. برای کنترل این بارها از کنتاکتور خازنی استفاده می شود.

کنترل موتور

موتورهای القایی و آسنکرون از جمله پرکاربردترین موتورهای AC هستند. در زمان راه اندازی موتور القایی مقاومت متصل به مدار روتور، جریان راه اندازی را محدود می کند. سنگین تر شدن بارها، زمان راه اندازی موتور را بیشتر می کند. کنترل موتور القایی با کنتاکتورهای کلاس AC-2 انجام می شود.

موتورهای آسنکرون به صورت مستقیم راه اندازی می شوند. جریان راه اندازی موتور آسنکرون 4 تا 8 برابر جریان نامی است. جریان بی باری IO موتور کمتر از جریان نامی است. کنتاکتور مورد استفاده برای راه اندازی و کنترل موتور آسنکرون، در کلاس کاری AC-3 دسته بندی می شود.  در جریان های پاییین استفاده از contactor یکی از رایج ترین روش های راه اندازی موتور الکتریکی است.

راهنمای انتخاب کنتاکتور

در بخش های قبل به بررسی ساختار، عملکرد و کاربردهای کنتاکتور پرداختیم. هرجا یک مصرف کننده توان بالای الکتریکی داشته باشید، تنها راهکار کنترل آن استفاده از CONTACTOR است. عملکرد مطمئن و قابلیت اعتماد کنتاکتورها در سایه استفاده از نمونه مناسب حاصل می شود. با در نظر گرفتن برخی پارامترهای عملیاتی می توان از انتخاب گزینه مناسب اطمینان حاصل کرد.

مهمترین پارامترهای اثر گذار بر انتخاب CONTACTOR عبارتند از:

• نوع و بزرگی ولتاژ بار
• جریان نامی
• مشخصات بوبین
• نوع بار یا کاربری کنتاکتور
• برند تجهیزات

در برخی منابع تعداد تیغه کمکی نیز به عنوان یک پارامتر بیان شده است. اما تیغه کمکی به عنوان یکی از لوازم جانبی به کنتاکتور متصل می شود و می توان ترکیب های مختلف آن را مورد استفاده قرار داد. یکی دیگر از لوازم جانبی پرکاربرد این کلیدها سرج پروتکتور است.

جزئیات بیشتر در مورد پارامترهای کلیدی انتخاب را در راهنمای انتخاب کنتاکتور ببینید.

تولید کنندگان مختلفی در سراسر دنیا اقدام به تولید CONTACTOR می کنند. در ادامه به معرفی 4 نمونه از محبوبترین برندهای بازار ایران خواهیم پرداخت.

کنتاکتور زیمنس

عملکرد صحیح کنتاکتورها بر نحوه و کیفیت اجرای فرآیندها تاثیر مستقیم دارد. از سوی دیگر تنها پارامتری که می تواند خیال ما را از صحت عملکرد مدار راحت کند، استفاده از محصولات مطمئن و با کیفیت است. کیفیت بالای محصولات زیمنس در همه رده ها بر کسی پوشیده نیست. کنتاکتور زیمنس از جمله نمونه های محبوب بازار است که با عملکرد مطمئن و پایداری بالا در طول زمان استفاده شناخته می شود.

این تجهیزات با مواد بسیار باکیفیت ساخته شده و طراحی استانداردی دارند. تنوع بالا و تولید محصولات متناسب با کاربردهای مختلف صنعتی از دیگر شاخصه های محصولات زیمنس است. کنتاکتورهای زیمنس در هماهنگی کامل با سایر محصولات از جمله کلید اتوماتیک زیمنس و کلید حرارتی زیمنس عرضه می شود. این هماهنگی سبب کاهش فضای مورد نیاز برای تابلو برق و تسهیل فرآیند سیم کشی می شود.

کنتاکتورهای زیمنس در گروه محصولات SIRIUS و زیر دسته SIRIUS CONTROL قرار دارند. نمونه های سه فاز این کلیدها بیشترین سهم از تولیدات این محصول را به خود اختصاص داده اند. این کلیدهای الکترومغناطیسی با توجه به نوع کاربرد، توان و ابعاد، به سه دسته کلی تقسیم می شوند:

• کنتاکتورهای قدرت زیمنس با پیش کد 3RT
• کنتاکتورهای کنترل و یا فرمان با پیش کد 3RH
• کنتاکتورهای خازنی با پیش کد 3RT26

تفاوت عملکرد و الزامات بارهای مختلف سبب دسته بندی کنتاکتورها در گروه های مختلف شده است. به بیان دیگر هدف از این دسته بندی، تخصصی تر کردن کنتاکتورها متناسب با کاربرد مورد انتظار آن ها است.

کنتاکتور اشنایدر

اشنایدر الکتریک از جمله تولید کننده های شناخته شده تجهیزات فشار ضعیف در سراسر دنیا است. تجهیزات فشار ضعیف اشنایدر قادر به برآوردن نیازهای صنایع مختلف هستند. تجهیزات فشار ضعیف این تولید کننده با عنوان خانواده بزرگ TeSys عرضه می شوند.

در دسته بریکرها یا تجهیزات حفاظتی، کلید اتوماتیک اشنایدر از محبوبیت زیادی در بازار برخوردار است. برای حفاظت از مدار در جریان های بزرگتر نیز کلید هوایی اشنایدر پیشنهاد می شود. در بین تجهیزات کلیدزنی نیز رله اشنایدر در کنار کنتاکتور کاربرد زیادی دارد.

کنتاکتور اشنایدر با تنوع بالا، عملکرد مطمئن و قیمت مناسب یک انتخاب ویژه برای اغلب صنایع است. این تجهیزات رنج توان گسترده ای را پوشش می دهند. علاوه ب راین رنج گسترده ولتاژ بوبین، امکان پیکره بندی های مختلف مدار فرمان را امکانپذیر می کند.

کنتاکتورهای اشنایدر در نمونه های 3 پل و 4 پل و برای سیستم های تکفاز و سه فاز عرضه می شوند. بوبین این کنتاکتورها نیز رنج گسترده ولتاژی را در انواع AC، DC و AC/DC پوشش می دهد.

کنتاکتور هیوندای

هیوندای یکی از برندهای معتبر شرقی یا آسیایی است که جای خود را در صنایع مختلف به خوبی باز کرده است. از جمله تجهیزات فشار ضعیف این برند کنتاکتورها هستند که انواع مختلفی دارند. کنتاکتور هیوندای سری HGC در بازار ایران موجود است. کلید اتوماتیک هیوندای از دیگر تجهیزات پرطرفدار این تولید کننده در بازار ایران است.

بسته به رنج جریانی که انتخاب می کنید، ابعاد کنتاکتورها تغییر می کند. سری HGC هیوندای رنج جریان 9 تا 900 آمپر را در 8 سایز مختلف پشتیبانی می کنند. همچنین ولتاژ عایقی این کنتاکتورها در جریان های 9 تا 40 آمپر، 750 ولت و در جریان های بالاتر 1000 ولت است.

کنتاکتور  ABB

کنتاکتور ABB مجموعه ای کامل برای استفاده در کاربردهای ساده و سنگین ارائه می دهد. نسل جدید این کنتاکتورها از فناوری AF بهره می برند که فرآیندها را متحول می کند. این تکنولوژی امکان بهینه سازی طراحی تجهیزات مختلف را فراهم می کند.

رنج گسترده، عملکرد مطمئن و طول عمر بالا از جمله مهمترین شاخصه های کنتاکتور آ ب ب است. از این کنتاکتورها در کنار کلید اتوماتیک ABB برای راه اندازی موتور الکتریکی و حفاظت از مدار استفاده می شود. تکنولوژی جدید AF به کار رفته در بوبین این CONTACTOR، امکان فعال شدن با رنج گسترده ولتاژ در فرکانس های مختلف را فراهم می کند.

جمع بندی

کنتاکتور ها کاربرد گسترده ای در صنایع و حتی کاربردهای خانگی دارند. کنترل از راه دور و امکان کنترل جریان های بزرگ از جمله قابلیت های اصلی این کلیدهای الکترومغناطیسی است. سطح ولتاژ کنترلی این کلیدها پایین است و برای استفاده در محیط های صنعتی مناسبند.

با انتخاب گزینه مناسب خیال شما تا حدود زیادی از عملکرد صحیح مدار راحت می شود. اما باید توجه کنید نمونه های تقلبی محصولات برندهای مختلف نیز در بازار موجود است. به منظور اطمینان از خرید محصولات اصلی و با کیفیت، انواع کنتاکتور را با ضمانت اصالت کالا و خدمات پس از فروش از پناپ کالا بخرید.