کنتاکتورهای خازنی به طور اختصاصی برای کنترل بارهای خازنی طراحی شده اند. هدف از به کارگیری آن ها، کنترل جریان هجومی بالایی است که در لحظه اتصال اولیه خازن به منبع رخ می دهد. در صورت کنترل نشدن این جریان هجومی مشکلاتی از قبیل قطع بریکرها، تحریک سیستم های حفاظتی و سوختن فیوزها ایجاد می شود. کنتاکتورهای خازنی در مدارهای تصحیح ضریب توان به کار می روند.
در ادامه ساختار و عملکرد کنتاکتور خازنی را باهم بررسی می کنیم.
کنتاکتورخازنی چیست؟
در یک تعریف کلی، کنتاکتور یک کلید الکترو مکانیکی است که قابلیت کنترل جریان بارهای الکتریکی را از راه دور فراهم می کند. در لحظه اول اتصال خازن به منبع تغذیه، بارهای خازنی همانند یک اتصال کوتاه عمل می کنند و در زمانی کوتاه یک جریان هجومی بزرگ از مدار عبور می کند.
به منظور کنترل این شرایط، پیشگیری از آسیب های احتمالی و نظارت بر روشن و خاموش شدن بارهای خازنی ؛ از کنتاکتور خازنی استفاده می شود. این کنتاکتورها نقش بسیار مهمی در مدار های تصحیح ضریب توان و هم چنین سایر سیستم هایی که دارای بار خازنی هستند، دارند.
کنتاکتور خازنی از نظر ساختار داخلی، با کنتاکتور استاندارد مشابه است. اما برخی ویژگی های اضافه شده در آن ها موجب شده توانایی کنترل جریان هجومی زیاد بارهای خازنی را داشته باشند. برای کنترل جریان هجومی راه اندازی بار خازنی، از تیغه های کمکی استفاده می شود.
ابتدا تیغه های کمکی خازن را تا حد کمی شارژ می کنند؛ سپس جریان خازن از طریق تیغه های اصلی تامین می شود.
ساختار کنتاکتور خازنی
کنتاکتور خازنی به طور کلی از نظر ساختار مشابه کنتاکتور استاندارد است. اما خصوصیات دیگری نیز در ساختمان آن ها وجود دارد. این خصوصیات شامل یک شبکه میرایی با هدف کاهش سرعت افزایش جریان هجومی و ویژگی های خاموش کننده قوس، برای جلوگیری از تشکیل قوس الکتریکی می باشد.
کنتاکت ها، سیم پیچ، شبکه میرایی و مکانیزم کنترل جرقه اجزای اصلی کنتاکتور خازنی هستند.
کنتاکت های اصلی( تیغه های اصلی )
مسیر اصلی عبور جریان در کنتاکتور، تیغه ها هستند که معمولا از مس یا آلیاژ نقره ساخته می شوند. تیغه ها برای کنترل جریان و ولتاژهای بالا طراحی شده اند. برای کاهش اصطکاک و هدایت بهتر جریان؛ معمولا تیغه ها را با روکشی از طلا یا نقره می پوشانند.
هر کنتاکتور دو تیغه ثابت و متحرک دارد. تیغه متحرک با اعمال سیگنال فرمان، جابه جا شده و به تیغه ثابت می چسبد و مسیر جریان را برقرار می کند.
مکانیزم الکترو مغناطیسی کنتاکتور
برای تغییر حالت بار متصل به کنتاکتور، به کمک سیگنال فرمان نیاز داریم. به این صورت که با اعمال سیگنال فرمان؛ جریان از سیم پیچ عبور می کند و یک میدان میغناطیسی در آن ایجاد می شود. میدان مغناطیسی، هسته سیم پیچ را جابه جا و در نتیجه کنتاکت متحرک (متصل به هسته سیم پیچ) به تیغه ثابت متصل می شود.
این فرآیند مدار را بسته و جریان بار را تامین می کند. با قطع شدن سیگنال فرمان تیغه ها به حالت اولیه بر می گردند. به کمک این مکانیزم می توان وضعیت کنتاکتور خازنی را از راه دور کنترل کرد. نکته حائز اهمیت این است که ولتاژ فرمان درمقایسه با ولتاژ بار بسیار کمتر است. به طور مثال برای کنترل بار 220 ولتی، به یک سیگنال کنترلی تنها 24 ولت نیاز دارد.
مکانیزم کنترل جرقه
هنگام جداشدن تیغه ها از هم؛ به دلیل جریان زیادی که از آن ها عبور می کند، جرقه الکتریکی بزرگی ایجاد می شود. صدمات ناشی از این جرقه های بزرگ، کاهش عمر تیغه ها و یا حتی در بدترین حالت جوش خوردن تیغه ها به یکدیگر است.
به کمک مکانیزم جرقه گیر میتوان این شرایط را کنترل کرد و از ایجاد جرقه یا قوس الکتریکی جلوگیری کرد. این بخش از تعدادی صفحه موازی مسی که شکل خاصی دارند تشکیل شده است.
شبکه میرایی
این قسمت تنها در ساختار کنتاکتور خازنی وجود دارد. کاهش سرعت افزایش جریان هجومی به کمک شبکه میرایی انجام می شود. این شبکه می تواند یک مقاومت سری با کنتاکت ها یا ترکیبی از یک مقاومت و یک دیود باشد.
وظیفه مقاومت این است که جریان هجومی را محدود کند؛ در صورتی که دیود به تسهیل اتلاف انرژی ذخیره شده خازن در هنگام باز شدن کنتاکتور کمک می کند.
خازن و تامین بار راکتیو
معمولا بارهایی که در شبکه وجود دارند از نوع سلفی یا القایی اند. این بارها اغلب توان راکتیو مصرف می کنند. بیشتر تجهیزات به کار گرفته شده در صنایع مختلف، از موتور الکتریکی استفاده می کنند؛ پس باید توان راکتیو مورد نیاز آن ها تامین شود. تامین توان راکتیو از شبکه جریمه های سنگینی به همراه دارد.
استفاده از بانک خازنی راه حلی است که برای برطرف کردن این مشکل پیشنهاد می شود. از خازن ها به صورت تکی یا گروهی( بانک خازنی ) برای تامین توان راکتیو استفاده می شود.
جریان هجومی در لحظه راه اندازی
اتصال بین یک خازن با منبع تغذیه، باعث ایجاد جریانی مانند یک اتصال کوتاه می شود. در نتیجه این رخداد، جریان هجومی بزرگی از مدار عبور می کند که می تواند به بریکرها، کنتاکتورها و سایر تجهیزات موجود در مدار صدمه بزند. برای کنترل این جریان هجومی بزرگ از کنتاکتور خازنی استفاده می کنند.
این کنتاکتورها یک شبکه میرایی داخلی دارند. کار این شبکه کاهش سرعت افزایش جریان هجومی در مدار است. کنترل این جریان به جلوگیری از ایجاد قوس الکتریکی و افزایش طول عمر کنتاکتور کمک می کند. این شبکه می تواند از یک مقاومت سری یا ترکیبی از یک مقاومت و یک دیود تشکیل شود.
کنتاکتور خازنی چگونه کار می کند؟
در عملکرد این کنتاکتورها مواردی لحاظ شده که دلیل آن خصوصیات منحصر به فرد بارهای خازنی است. با اعمال سیگنال فرمان به سیم پیچ کنتاکتور، یک میدان مغناطیسی به وجود می آید. این میدان تیغه متحرک را جا به جا کرده و در نهایت مدار بسته و جریان از آن عبور می کند.
یک خازن در زمان اتصال اولیه به منبع تغذیه مانند یک اتصال کوتاه عمل می کند. این شرایط جریان هجومی بالایی را به وجود می آورد که تا زمان شارژ شدن خازن ادامه دارد. کنتاکتورهای خازنی میتوانند این جریان هجومی بالا را کنترل کنند. عدم کنترل این جریان آسیب به کنتاکتورهای استاندارد و قطع کننده های مدار را به دنبال دارد.
شبکه میرایی که در کنتاکتور خازنی وجود دارد، سبب کاهش سرعت جریان هجومی در مدار می شود. این شبکه به کمک سیم های مقاومت بالا با کنتاکت های اصلی به شکل موازی بسته شده اند.
مسیر جریان خازن در لحظه شروع به کار از طریق سیم های مقاومت بالا و مقاومتی که با آن ها سری شده است کامل می شود. این مقاومت ها به همراه خازن تشکیل یک مدار RC سری می دهند که در لحظه شروع به کار مقاومت آن بیشتر از مقاومت خازن اولیه است. طبق قانون اهم با افزایش مقاومت مصرف کننده می توان جریان عبوری از مدار را کاهش می داد. با شارژ شدن خازن و رسیدن به جریان نامی مدار، شبکه میرایی بای پس شده و مسیر جریان از طریق کنتاکت های اصلی بسته می شود.
جرقه های بزرگ ایجاد شده در زمان قطع اتصال تیغه ها، توسط مکانیزم کنترل جرقه، مدیریت می شوند.
کنتاکتورهای خازنی به طور اختصاصی برای تغییر حالت ( خاموش و روشن ) بارهای خازنی طراحی شده اند. در هر سیتمی که خازن وجود داشته باشد، مانند مدار های تصحیح ضریب توان، کنتاکتورهای خازنی به کار می روند.
کنتاکتورهای سوئیچینگ خازنی این توانایی را دارند که مدار را بدون آسیب جریان هجومی بالایی که در لحظه اتصال خازن به مدار ایجاد می شود، کنترل کنند و سوئیچینگ مطمئن بار خازنی را فراهم کنند. روشن و خاموش کردن خازن ها برای حفظ ضریب توان مورد نظر در صنایع مختلف بسیار متداول است.
کنتاکتور خازنی را می توان به کمک PLC و دیگر سایر سیستم های فرمان کنترل کرد. هنگام راه اندازی این کنتاکتورها مدار فرمان سیگنال لازم را تولید می کند؛ در نتیجه دریافت سیگنال فرمان خازن به شبکه متصل می شود.
نکات مهم در استفاده از کنتاکتور سوئیچینگ خازن
توجه به برخی نکات ضروری هنگام انتخاب و استفاده از کنتاکتور خازنی موجب افزایش ایمنی وعملکرد پایدار سیستم می شود. در مرحله اول انتخاب کنتاکتور خازنی باید نیازهای خاص پروژه در نظر گرفته شود. عواملی مانند درجه بندی ولتاژ و جریان کنتاکتور و اندازه و نوع بار خازنی که توسط کنتاکتور کنترل می شود، در این انتخاب نقش دارد.
در گام بعدی توجه به شرایط محیطی علی الخصوص دمای محل نصب کنتاکتور بسیار ضروری است. زیرا عوامل محیطی می توانند روی عملکرد کنتاکتور تاثیر گذار باشند. در برخی موارد ممکن است برای اطمینان از ایمنی مدار و عملکرد سیستم، استفاده از خنک کننده ها یا سایر اقدامات حفاظتی ضروری باشد.
آخرین نکته مورد توجه در هنگام استفاده از این کنتاکتورها، نصب و نگهداری مناسب آن هاست. دقت در نصب و نگهداری کنتاکتور از این رو حائز اهمیت است که عملکرد طولانی مدت و قابلیت اطمینان مدار به آن بستگی دارد.
برای نگهداری از کنتاکتور مراحل بازرسی و تست های دوره ای و هم چنین تمیزکردن و روغن کاری کنتاکت ها و سایر اجزا باید طی شود.
انوع کنتاکتور خازنی
از جمله شرکت های پیشرو در زمینه تولید انواع کنتاکتور می توان به زیمنس، اشنایدر و ABB اشاره کرد. این کمپانی های خوشنام انواع مختلفی از کنتاکتورها را با کاربردهای متنوع به بازار عرضه کرده اند.
کنتاکتور خازنی زیمنس با طراحی یکپارچه به بازار عرضه شده است و رنج گسترده ای را پوشش می دهد.
کنتاکتور خازنی اشنایدر رنج توانی 12.5 تا 63 کیلووار را پوشش می دهد. سیگنال فرمان این کنتاکتورها بین 24 ولت dc تا 400 ولت ac متنوع است.
جمع بندی
بارهای خازنی کاربرد وسیعی در صنایع مختلف از جمله تجهیزات اصلاح ضریب توان دارند. خازن ها در لحظه شروع به کار مانند اتصال کوتاه عمل می کنند و باعث عبور جریان هجومی بزرگی از مدار می شوند. برای جلوگیری از آسیب دیدن خازن و سایر اجزای مدار، از کنتاکتور خازنی استفاده می شود. این کنتاکتور می تواند جریان هجومی بارهای خازنی را کنترل کند.