کنتاکتور چیست و چه کاربردهایی دارد؟

کنتاکتور از جمله تجهیزات بسیار پرکاربرد کنترلی است که به صورت گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. قابلیت کنترل از راه دور و همچنین کنترل ولتاژهای بزرگ با سیگنال های فرمان سطح پایین تر، از جمله آیتم هایی است که استفاده از آن را فراگیر کرده است. در این مقاله به سوالات پایه ای در مورد این تجهیزات پاسخ خواهیم داد. کنتاکتور چیست؟ فرآیند عملکرد آن چگونه است؟ و چه تفاوتی بین رله و کنتاکتور وجود دارد؟ از جمله سوالاتی است که در این مقاله به آن پاسخ خواهیم داد. با من همراه باشید …

کنتاکتور چیست؟

کنتاکتور یک کلید الکترومکانیکی است که برای روشن و خاموش کردن تجهیزات الکتریکی از آن استفاده می‌شود. مزیت اصلی این کلیدها، قابلیت کنترل و فرمان پذیری با یک سیگنال خارجی است. ولتاژ مورد نیاز برای سیگنال فرمان کنتاکتور عموماً بسیار کمتر از ولتاژ تغذیه بار است. به عنوان مثال برای کنترل یک موتور الکتریکی با ولتاژ ۲۲۰ ولت، می توان از کنتاکتوری با ولتاژ فرمان 24 ولت استفاده کرد.

کنتاکتورها اندازه جمع و جوری دارند و نصب آن ها راحت است. پس از اعمال ولتاژ به سیم پیچ فرمان، کنتاکتور روشن و توان عملیاتی بار تامین می شود. از جمله کاربردهای اصلی کنتاکتورها می توان به کنترل موتورهای الکتریکی اشاره کرد. با این وجود کاربردهای دیگری نیز دارند.

انواع مختلف کنتاکتور گستره وسیعی از جریان های چند آمپر تا هزاران آمپر، و ولتاژ 24 VDC تا هزاران ولت را پوشش می دهند. برخی از انواع کنتاکتور توانایی کنترل جریان های بیش از 5000 آمپر و توان بیش از 100 کیلو وات را دارند.  ابعاد آن ها نیز بسیار متنوع است و متناسب با ولتاژ و جریان قابل کنترل تغییر می کند.

لزوم استفاده از کنتاکتور

عموما در محیط های صنعتی از plc برای کنترل عملیات استفاده می شود. اما کنترل عملکرد موتورها توسط PLC و به کمک کنتاکتور امکانپذیر است. شاید برای شما هم این سوال پیش آمده باشد که دلیل عدم اتصال مستقیم موتور به PLC چیست؟

در پاسخ به این سوال می توان دو دلیل مهم را یادآور شد. اول اینکه ولتاژ خروجی PLC ها محدود است. خروجی این کنترل کننده ها روی ولتاژهای محدود و خاصی مثل 24 ولت DC تنظیم شده است. این در حالی است که موتورها اغلب از نوع سه فاز هستند و با ولتاژ بالا کار می کنند.

دلیل دوم آسیب پذیر بودن کارت های PLC در برابر نوسانات برق است. در صورت اتصال مستقیم موتور به PLC شاهد نوسانات متنوعی در بار و در نتیجه آسیب دیدن کنترل کننده های صنعتی خواهیم بود. راه عبور از این چالش ها استفاده از کنتاکتور و اتصال غیر مستقیم PLC به بار است. در این حالت خروجی PLC به عنوان سیگنال فرمان کنتاکتور عمل کرده و وضعیت بار را تحت فرمان می گیرد.

ساختار کنتاکتور

تولید کنندگان مختلفی در سراسر دنیا اقدام به تولید کنتاکتور می کنند. از سوی دیگر کاربردهای کنتاکتور نیز متنوع است و هر کاربرد الزامات ویژه ای را می طلبد. به عنوان مثال کنتاکتور خازنی طراحی متفاوتی با کنتاکتور استاندارد دارد. با این وجود می توان به صورت کلی ساختار آن را متشکل از بخش های اصلی زیر دانست:

تیغه ها (کنتاکت ها): این بخش از کنتاکتور مسیر عبور جریان بار است. اجزای این بخش شامل فنرنگهدارنده، تیغه ثابت و تیغه متحرک می شود. تیغه متحرک به هسته سیم پیچ الکترومغناطیسی متصل است. برخی از کنتاکتورها دارای چند تیغه کمکی نیز هستند. تیغه های کمکی به منظور انجام عملیات کنترلی مورد استفاده قرار می گیرند و جریان بار از آن ها عبور نمی کند.

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

مکانیزم الکترومغناطیسی: نیرو محرکه لازم جهت تغییر وضعیت تیغه های کنتاکتور 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.

جرقه گیر: تغییر وضعیت کنتاکتر اصلی سبب ایجاد جرقه های بزرگ الکتریکی می شود. این جرقه ها می توانند به بخش های داخلی کنتاکتور آسیب وارد کنند. برای کنترل این جرقه ها در داخل کنتاکتورها بخشی به نام جرقه گیر تعبیه می شود. عملکرد این بخش مانند جرقه گیر مورد استفاده در بریکرها از جمله کلید اتوماتیک است.

کنترل جریان با کنتاکتور

عملکرد کنتاکتور با ارسال سیگنال فرمان به سیم پیچ آغاز می شود. عبور سیگنال فرمان از سیم پیچ سبب ایجاد میدان مغناطیسی و در نتیجه یک آهنربای الکتریکی می شود. تیغه متحرک به کمک یک فنر نگهدارنده از تیغه ثابت دور نگهداشته می شود. نیروی جاذبه آهنربای الکتریکی بر نیروی فنر غلبه کرده و تیغه متحرک 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 دو سر 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.

تاریخچه کنتاکتور

کنتاکتورها از دیرباز در صنایع مختلف برای کنترل بار مورد استفاده قرار می گرفته اند. در این بازه زمانی نسبتا طولانی، نسل های مختلفی از کنتاکتور طراحی و مورد استفاده قرار گرفته اند. سه نسل اصلی کنتاکتورها را می توان به ترتیب زیر مورد بررسی قرار داد.

سوئیچ های تیغه چاقویی

در اواخر دهه 1800 میلادی از این سوئیچ ها در مدار استفاده می شد. تیغه چاقویی اولین کنتاکتوری 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 طولانی تر شدن زمان قوس الکتریکی و در نتیجه فرسودگی سریع کنتاکت ها را به همراه دارد.

از سوی دیگر خوردگی ایجاد شده در کنتاکت ناشی از 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 را به همراه داشت. سوئیچ تیغه چاقویی به دلیل مشکلات مربوط به عملکرد، و عمر کوتاه کنتاکت ها خیلی زود از چرخه استفاده خارج شد.

کنترل کننده دستی

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

• کارکرد ایمن
• عایق شدن کنتاکت ها
• ابعاد کوچکتر

کنترل کننده دستی نیز همانند سوئیچ تیغه چاقویی قابلیت کنترل از راه دور را ندارد و به صورت فیزیکی به کنترلر وصل می شود.

کنتاکتور دستی خیلی زود جایگزین سوئیچ تیغه چاقویی شد. انواع مختلفی از این کنتاکتورها در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرد.

کنتاکتور مغناطیسی

کنتاکتورهای مغناطیسی، جدیدترین نسل کنتاکتور هستند. این تجهیزات به صورت الکترومکانیکی و بدون نیاز به دخالت انسان مسیر جریان را کنترل می کنند. کنترل از راه دور این تجهیزات، عملکرد ایمن آن ها را به دنبال داشته و خطرات بالقوه تماس اپراتور با کنتاکتور را به حداقل رسانده است. کنتاکتورهای مغناطیسی به صورت گسترده در صنایع مختلف در حال استفاده هستند.

طول عمر تیغه ها

“عمر کنتاکت ها” یا تیغه ها از جمله مهمترین پارامترهای عملکردی کنتاکتور است. این پارامتر نقش مستقیمی در طول عمر این تجهیزات دارد. روشن و خاموش شدن بار، تیغه ها را باز و بسته کرده و یک قوس الکتریکی بین تیغه ثابت و متحرک ایجاد می کند. ادامه تولید این قوس ها سبب ایجاد گرما شده و به تیغه ها آسیب می رساند.

قوس‌ الکتریکی سبب ایجاد حفره‌، علائم سوختگی و در نهایت سیاه شدن کنتاکت‌ها می شود. زمانی که کنتاکت ها تا حد زیادی فرسوده شد، لازم است تعویض شوند.

کاربردهای کنتاکتور

کنتاکتورها کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف دارند. کنترل موتورها، کنترل تجهیزات روشنایی، هیترها و … از جمله این کاربردهاست. کنتاکتورها را براساس نوع کاربرد در کلاس های متفاوتی دسته بندی می کنند. در ادامه برخی از بارهای قابل کنترل توسط کنتاکتور را معرفی می کنیم.

هیترهای برقی

کنترل سیستم های گرمایشی یکی از کاربردهای اصلی کنتاکتور است. این سیستم ها شامل منابع گرمایش داخلی، اجاق برقی، تهویه مطبوع و برخی تجهیزات دیگر است. افزایش ولتاژ شبکه به میزان 10 درصد، جریان کاری هیترها را به همین نسبت افزایش می دهد. علاوه بر این جریان راه اندازی هیتر می تواند تا 1.4 برابر جریان نامی دستگاه افزایش پیدا کند. کنتاکتورهای سری AC-1 برای کنترل این بارها مناسبند.

تجهیزات روشنایی

در زمان روشن شدن لامپ، یک جریان ضربه ای بزرگ تولید می شود که می تواند به 15 برابر جریان نامی لامپ برسد. تجهیزات روشنایی انواع مختلفی دارند و بنابراین جریان ضربه ای و زمان شروع آن ها نیز متفاوت است. کنتاکتور کلاس AC-5a برای این بارها مناسب است.

بار ترانسفورماتوری ولتاژ پایین

شروع به کار یک ترانسفورماتور ولتاژ پایین، با یک پیک جریان به بزرگی 15 تا 20 برابر جریان نامی ترانسفورماتور 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.

کنتاکتور و کنترل موتور

موتورهای القایی و آسنکرون از جمله پرکاربردترین موتورهای AC در صنایع 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.

محبوب ترین کنتاکتورهای موجود در بازار

شرکت های مختلفی در سراسر دنیا اقدام به تولدی کنتاکتور می کنند. شناخته شده ترین برندهای کنتاکتور موجود در بازار ایران عبارتند از

کنتاکتور زیمنس

زیمنس یکی از تولید کنندگان پیشرو تجهیزات اتوماسیون صنعتی و فشار ضعیف است. کنتاکتور زیمنس در سری های مختلف و با تنوع بالا عرضه می شود. جریان و توان بار قابل کنترل، ولتاژ سیم پیچ (فرمان) و تغذیه بار اصلی از جمله تفاوت های سری های مختلف کنتاکتور زیمنس است. شاخصه بارز محصولات زیمنس عملکرد مطمئن و طول عمر بالای تجهیزات است.

کنتاکتور اشنایدر

در کنار کنتاکتور زیمنس، محصولات اشنایدر نیز از جمله محصولات باکیفیت و محبوب موجود در بازار ایران هستند. تنوع بسیار بالا، عملکرد مطمئن و قیمت مناسب سبب گسترش استفاده از کنتاکتور اشنایدر در کاربردهای مختلف شده است. کنتاکتور اشنایدر در انواع قدرت، فرمان و کنتاکتور خازنی عرضه می شود.

کنتاکتور هیوندای

کنتاکتور هیوندای از جمله تجهیزات فشار ضعیف آسیایی است که کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف دارد. این کنتاکتورها در سری های مختلفی عرضه می شوند. به عنوان مثال سری HGC این برند در 8 سایز (فریم) مختلف، رنج توان 9 تا 800 آمپر را پوشش می دهد. عملکرد مطمئن و فراوانی محصول در بازار ایران از جمله مزیت های این کنتاکتور نسبت به سایر برندها است.

برندهای دیگری نیز در بازار کنتاکتور وجود دارند که از آن جمله می توان به برند کره ای ls و برند ایرانی پارس فانال اشاره کرد.

جمع بندی

کنتاکتور از جمله تجهیزات پرکاربرد در اتوماسیون صنعتی است. کنترل از راه دور و فرمان پذیری از plc از جمله قابلیت های اصلی کنتاکتورها است. کنتاکتورها سطح ولتاژ کنترلی پایینی دارند که آن ها را برای استفاده در محیط های صنعتی مناسب می کند. در نظر گرفتن نوع بار و همچنین جریان مصرفی از جمله مهمترین پارامترهایی است که در انتخاب کنتاکتور باید به آن توجه کنید.