تعداد زیاد بارهای القایی (موتور) موجود در کارخانه ها سبب افت ضریب توان می شود. برای جبران ضریب توان استفاده از بانک خازنی الزامی است. اما بارهای خازنی رفتار متفاوتی در لحظه راه اندازی دارند. به منظور غلبه بر چالش های راه اندازی بانک خازنی از کنتاکتور خازنی استفاده می شود.
کنتاکتور یک کلید الکترومکانیکی پر مصرف به ویژه در جریان های بالا است. تنوع بارها و رفتار متفاوت آن ها در لحظه راه اندازی سبب عرضه انواع مختلفی از کنتاکتور شده است. اتصال بانک خازنی به مدار سبب کشیده شدن جریان هجومی زیادی از شبکه می شود. کنترل نشدن این جریان هجومی مشکلاتی از قبیل قطع بریکرها، تحریک سیستم های حفاظتی و سوختن فیوز را به همراه دارد.
استفاده از کنتاکتورهای خازنی در مدار تصحیح ضریب توان، چالش های شروع به کار خازن را برطرف می کند. در ادامه به بررسی ساختار و عملکرد کنتاکتور خازنی خواهیم پرداخت. با من همراه باشید.
کنتاکتور خازنی چیست؟
کنتاکتور یک کلید الکترومغناطیسی است که قابلیت کنترل جریان الکتریکی از راه دور را دارد. عملکرد کنتاکتور مشابه رله است. یعنی با اتصال سیگنال فرمان مسیر جریان بسته می شود. اما مهمترین تفاوت کنتاکتور و رله در رنج جریان عملیاتی و سرعت عمل آن ها است. کنتاکتور در جریان های بزرگ استفاده می شود و سرعت کلیدزنی آن پایین است.
بارهای مختلف به ویژه در لحظه راه اندازی رفتار متفاوتی دارند. به عنوان مثال موتورها تا 10 برابر جریان نامی را در لحظه راه اندازی از مدار می کشند. برای غلبه بر چالش های راه اندازی موتور سه فاز، از سافت استارتر و درایو فرکانس متغیر استفاده می شود.
بانک خازنی نیز در لحظه اول اتصال مدار، مانند اتصال کوتاه عمل می کند و در زمانی کوتاه جریان هجومی بزرگی 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 ساختاری مشابه با کنتاکتور استاندارد دارد. اما جهت کنترل جریان هجومی خازن ها، برخی ویژگی ها به آن اضافه شده است
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
ساختار کلی کنتاکتورهای خازنی 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 است. اجزای اصلی کنتاکتور خازنی عبارتند از:
- کنتاکت ها
- سیم پیچ یا بوبین
- شبکه میرایی
- مکانیزم کنترل جرقه
هر کدام از این بخش ها وظیفه متفاوتی دارند که در ادامه به آن اشاره خواهیم کرد.
کنتاکت های اصلی( تیغه های اصلی )
مسیر اصلی عبور جریان در کنتاکتور، تیغه ها هستند و بسته به رنج جریان عبوری از مواد مختلفی ساخته می شوند. تیغه کنتاکتور به گونه ای طراحی می شود که تحمل جریان و ولتاژهای بالا را داشته باشد. برای کاهش اصطکاک و هدایت بهتر جریان؛ گاهی اوقات تیغه ها را با روکشی از طلا یا نقره می پوشانند.
تیغه کنتاکتور به دو بخش ثابت و متحرک تقسیم می شود. تیغه متحرک به هسته مغناطیسی بوبین متصل است.
مکانیزم الکترو مغناطیسی کنتاکتور
تغییر وضعیت کنتاکتور، به کمک سیگنال فرمان انجام می شود. با اعمال سیگنال فرمان؛ جریان از سیم پیچ عبور کرده و یک میدان مغناطیسی در آن ایجاد می شود. میدان مغناطیسی، هسته سیم پیچ را جا به جا و در نتیجه کنتاکت متحرک (متصل به هسته سیم پیچ) به تیغه ثابت متصل می شود.
بسته شدن تیغه به معنای برقراری مسیر جریان است. با قطع سیگنال فرمان تیغه ها به حالت اولیه باز می گردند. این مکانیزم امکان کنترل وضعیت کنتاکتور خازنی را از راه دور را فراهم می کند. ولتاژ فرمان درمقایسه با ولتاژ بار بسیار کمتر است. به طور مثال کنترل موتور سه فاز، با یک سیگنال کنترلی 24 ولت ممکن می شود.
مکانیزم کنترل جرقه
در زمان جداشدن تیغه ها جرقه الکتریکی بزرگی ایجاد می شود. این جرقه ها منجر به کاهش عمر تیغه ها و یا حتی در بدترین حالت جوش خوردن تیغه ها به یکدیگر می شود. مکانیزم جرقه گیر این شرایط را کنترل و از ایجاد جرقه یا قوس الکتریکی جلوگیری می کند. این بخش از تعدادی صفحه موازی مسی با هندسه خاص تشکیل شده است.
شبکه میرایی
این قسمت تنها در ساختار کنتاکتور خازنی وجود دارد. وظیفه این شبکه، کاهش سرعت افزایش جریان هجومی است. شبکه میرایی از یک مقاومت سری با کنتاکت ها یا ترکیبی از یک مقاومت و یک دیود ساخته می شود.
وظیفه مقاومت محدود کردن جریان هجومی است. دیود نیز به تسهیل اتلاف انرژی ذخیره شده خازن در زمان باز شدن کنتاکتور کمک می کند.
خازن و تامین بار راکتیو
بارهای سلفی یا القایی، توان راکتیو مصرف می کنند. بیشتر تجهیزات مورد استفاده در صنایع، از موتور الکتریکی استفاده می کنند؛ بنابراین تامین توان راکتیو مورد نیاز آن ها ضروری است. تامین توان راکتیو از شبکه جریمه های سنگینی برای صنایع به همراه دارد.
برای حل این مشکل استفاده از خازن پیشنهاد می شود. خازن ها به صورت تکی یا گروهی( بانک خازنی ) برای تامین توان راکتیو استفاده می شوند.
جریان هجومی راه اندازی
اتصال خازن به مدار، باعث ایجاد جریانی مانند یک اتصال کوتاه می شود. در نتیجه این رخداد، جریان هجومی بزرگی از مدار عبور می کند. این جریان بزرگ به بریکرها، کنتاکتورها و سایر تجهیزات مدار صدمه می زند. برای کنترل این جریان هجومی بزرگ از کنتاکتور خازنی استفاده می شود.
شبکه میرایی موجود در این کنتاکتور سرعت افزایش جریان هجومی در مدار را کاهش می دهد. کنترل این جریان به جلوگیری از ایجاد قوس الکتریکی و افزایش طول عمر کنتاکتور کمک می کند.
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 شده و جریان از آن عبور می کند.
خازن در زمان اتصال اولیه به منبع تغذیه، مانند اتصال کوتاه عمل می کند. این شرایط جریان هجومی بالایی را به وجود می آورد که تا زمان شارژ خازن ادامه دارد. شبکه میرایی کنتاکتور سرعت جریان هجومی مدار را کاهش می دهد. این شبکه به کمک سیم های مقاومت بالا با کنتاکت اصلی موازی می شود.
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. مقاومت و خازن تشکیل یک مدار RC سری می دهند که در لحظه شروع به کار مقاومت آن بیشتر از مقاومت اولیه خازن است.
طبق قانون اهم با افزایش مقاومت مصرف کننده، جریان عبوری از مدار کاهش پیدا می کند. 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.
کنتاکتور خازنی به طور اختصاصی برای کنترل بارهای خازنی طراحی شده است. کنتاکتورهای سوئیچینگ خازنی قادرند مدار را بدون آسیب جریان هجومی بالا کنترل و سوئیچینگ مطمئن بار خازنی را فراهم کنند. در صنایع مختلف استفاده از خازن برای تصحیح ضریب توان بسیار متداول است. کنتاکتور خازنی را می توان به کمک PLC و دیگر سیستم های فرمان کنترل کرد.
نکات مهم در استفاده از کنتاکتور خازنی
توجه به برخی نکات در زمان استفاده و همچنین انتخاب کنتاکتور خازنی موجب افزایش ایمنی و پایداری سیستم می شود. در زمان انتخاب کنتاکتور توجه به نیازهای خاص پروژه ضروری است. پارامترهای مهمی مانند ولتاژ، جریان کنتاکتور و اندازه و نوع بار خازنی باید مورد توجه قرار بگیرند.
علاوه بر این توجه به شرایط محیطی محل استفاده به ویژه دمای محل نصب کنتاکتور بسیار ضروری است. عوامل محیطی روی عملکرد کنتاکتور تاثیر نامطلوب دارند. در برخی موارد جهت اطمینان از ایمنی مدار و عملکرد سیستم، استفاده از خنک کننده یا برخی اقدامات حفاظتی ضروری است.
به منظور پایداری عملکرد مدار، نصب و نگهداری صحیح کنتاکتور ضروری است. انجام بازرسی و تست های دوره ای و هم چنین تمیزکردن و روغن کاری کنتاکت ها از جمله اقدامات مهم در نگهداری کنتاکتور است.
تولید کنندگان کنتاکتور خازنی
عموما همه شرکت هایی که در زمینه تولید کنتاکتور فعالیت می کنند، بخشی از تولید خود را به کنتاکتورهای خازنی اختصاص می دهند. رنج توان تحت پوشش، کیفیت و البته قیمت محصولات تولیدی شرکت های مختلف با هم متفاوت است.
علاوه بر این برخی از تولید کنندگان مانند LS شبکه میرایی را به عنوان یکی از تجهیزات جانبی کنتاکتور عرضه می کنند. این شبکه را می توان بر روی انواع مختلف کنتاکتور نصب کرد. اما اغلب تولید کنندگان نمونه های خاصی از کنتاکتور را تحت عنوان کنتاکتور خازنی عرضه می کنند.
سیم های شبکه میرایی به صورت فنرهایی در بیرون برخی کنتاکتورها مشهود است. از جمله برندهای معتبر موجود در بازار ایران می توان به موارد زیر اشاره کرد:
شما کدام کنتاکتور را برای استفاده در مدار انتخاب می کنید؟
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. در هنگام خرید کنتاکتور به باری که می خواهید کنترل کنید توجه کنید.