کنتاکتور و کاربردهای آن

کنتاکتور و کاربردهای آن

پیشرفت تکنولوژی سبب ایجاد تغییر گسترده در تجهیزات برق صنعتی شده است. انواع مختلفی از این تجهیزات برای کاربردهای متفاوت عرضه شده است. یکی از تجهیزاتی که از گذشته تا به امروز همواره نقش مهمی در صنایع مختلف بازی کرده است، کنتاکتور است.

این کلیدهای الکترومکانیکی کاربردهای گسترده ای دارند. تا آنجا که موضوع وظیفه کنتاکتور در تابلو برق مورد بررسی قرار گرفته است. ترکیب این کلیدها با کلید اتوماتیک یا کلید مینیاتوری به منظور راه اندازی موتور الکتریکی به روش مستقیم بسیار مرسوم است. علاوه بر این کاربردهای گسترده دیگری نیز دارند. با من همراه باشید تا این کلیدهای پرکاربرد را بیشتر بررسی کنیم.

کنتاکتور چیست؟

به بیان ساده کنتاکتور یک کلید الکترومکانیکی است که برای قطع و وصل مدار الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد. کنتاکتورها را می توان به کمک یک سیگنال الکتریکی که سیگنال فرمان نامیده می شود از راه دور کنترل کرد. معمولاً ولتاژ کنترلی در سطح بسیار پایین تری نسبت به ولتاژ تغذیه بار قرار دارد. به عنوان مثال، با یک سیگنال فرمان 24 ولتی می توان یک موتور الکتریکی 220 ولتی را کنترل می کرد.

عملکرد این کلید مشابه رله است اما تفاوت های زیادی دارند. مهمترین تفاوت کنتاکتور و رله در رنج جریان آن ها است. این کلیدها دارای یک تیغه اصلی و در برخی موارد چند تیغه کمکی هستند. تیغه اصلی به طور معمول در وضعیت باز (Normally open) قرار دارد. با اعمال ولتاژ به سیم پیچ فرمان، مسیر بسته و توان عملیاتی بار تامین می شود.

کنتاکتورها انواع مختلفی دارند. هر کدام از آن ها ویژگی ها، قابلیت ها و کاربردهای خاصی دارند. بازه جریانی وسیع چند آمپر تا هزاران آمپر توسط این کلیدها پوشش داده می شود.

تاریخچه کنتاکتور

در طول تاریخ کنتاکتورها دستخوش تغییرات گسترده ای شده اند. نسل های متفاوتی از این کلیدها به بازار عرضه شده و مورد استفاده گسترده در صنایع مختلف قرار گرفته است. در ادامه به بررسی سه نسل مهم این کلیدها خواهیم پرداخت.

سوئیچ تیغه چاقویی

این سوئیچ در اواخر دهه 1800 میلادی مورد استفاده قرار می گرفت. احتمالاً این اولین کنتاکتوری بوده که برای کنترل (راه اندازی یا توقف) موتورهای الکتریکی استفاده شده است. این سوئیچ یک اهرم برای پایین کشیدن سوئیچ یا بالا بردن آن داشت. تیغه های چاقویی به صورت دستی کنترل می شدند.

اساسی ترین ایراد این سوئیچ، فرسوده شدن سریع کنتاکت ها بود. ولتاژ بالای بار سبب ایجاد قوس الکتریکی در زمان قطع کنتاکت می شود. جابجایی دستی کنتاکت سبب طولانی شدن زمان قطع مدار می شود. افزایش زمان قطع سبب طولانیتر شدن زمان قوس الکتریکی ایجاد شده و در نتیجه فرسودگی سریع کنتاکت ها میشد.

کارکرد این سوئیچ ها در جریان های بالا منجر به نگرانی های جدی ایمنی شد. علیرغم پیشرفت های مکانیکی، سوئیچ تیغه چاقویی به دلیل مشکلات و خطرات مربوط به عملکرد، و عمر کوتاه کنتاکت ها از چرخه استفاده خارج شد.

کنترل کننده دستی

با توجه به خطرات بالقوه سوئیچ تیغه چاقویی، مهندسان نسل جدیدی از کنتاکتور را طراحی کردند که به نسبت سوئیچ تیغه چاقویی مزایای زیادی داشت. از این دستگاه بعنوان کنترل کننده دستی یاد می شد. ویژگی های اصلی این کنترل کننده عبارت بودند از:

• کارکرد ایمن
• وجود محفظه عایق بر روی کنتاکت ها
• اندازه فیزیکی کوچکتر
• جایگزینی کنتاکت های تکی با دوتایی

همانطور که از نام آنها پیداست، کنتاکت های دوتایی می توانند مدار را در دو مسیر به طور همزمان باز کنند. بنابراین، حتی در فضای کوچکتر، به شما امکان می دهد با جریان بیشتری کار کنید. سوئیچ چاقویی و کنترل کننده دستی از راه دور کار نمی کنند و بطور فیزیکی به کنترلر متصل میشوند.

هنگامی که کنتاکتور دستی توسط اپراتور فعال شود، مصرف کننده روشن می شود. کنتاکتورهای دستی خیلی زود جایگزین سوئیچ های تیغه چاقویی شدند. امروزه نیز انواع مختلفی از این کلیدها مورد استفاده قرار می گیرد.

کنتاکتور مغناطیسی

تحقیقات مهندسان برای یافتن تجهیزات کلیدزنی استاندارد، منجر به معرفی کنتاکتورهای مغناطیسی شد. این تجهیزات بدون نیاز به دخالت انسان و به صورت الکترومکانیکی عمل می کنند. قابلیت کنترل از راه دور این تجهیزات به عملکرد ایمن تر آن ها کمک کرده و خطرات کار با برق برای انسانی را به حداقل رسانده است. کنتاکتورهای مغناطیسی به صورت گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند.

از مشخصات بارز انواع کنتاکتور میتوان موارد زیر را نام برد؛

• ولتاژ عملکرد (Rated Voltage): این عامل، بیانگر ولتاژ کاری دستگاه است. برای مثال، یک کنتاکتور سه فاز برای ولتاژ 220 ولت یا 38p ولت طراحی می شود.
• جریان نامی (Rated Current): این قابلیت حداکثر توانایی کنتاکتور در کنترل جریانات را نشان می دهد. جریان نامی به طور معمول در واحد آمپر (A) مشخص می ‌شود.
• تعداد پل ‌ها (Number of Poles): این پارامتر معرف تعداد پله (کانتاکت) محصول است. برای مثال، یک کنتاکتور سه فاز معمولاً دارای سه پله است.
• قدرت قطع (Breaking Capacity): قدرت قطع به معنای حداکثر جریان و ولتاژی است، که دستگاه می تواند قطع کند. این قابلیت برای محافظت از کنتاکتور و بار مورد استفاده مهم است.
• نوع کنتاکت (Type of Contact): نوع کنتاکت در انواع کنتاکتور ها متفاوت است. این ویژگی نشان می ‌دهد، که کنتاکتور از نوع تماس مستقیم (AC) یا تماس غیرمستقیم (DC) است. همچنین، شامل تماس ‌های خاصی مانند؛ تماس‌ های نرمالی بسته (Normally Closed – NC) و تماس‌ های نرمالی باز (Normally Open – NO) هستند.
• قابلیت‌ های حفاظتی (Protective Features): برخی از مدل های این تجهیز مجهز به قابلیت ‌های حفاظتی مانند حفاظت در برابر اضافه بار (Overload Protection)، حفاظت در برابر کوتاه‌ مدت (Short Circuit Protection) و حفاظت در برابر جریان نامناسب (Undercurrent Protection) می باشند.

کنتاکتورها را می‌توان با توجه‌ به معیارهای متفاوتی در انواع مختلفی دسته‌بندی کرد که هر یک از آنها نیز ویژگی‌ها، قابلیت‌ها و کاربردهای منحصر به فرد خود را دارند. در ادامه به معرفی برخی از رایج‌ترین انواع کنتاکتور خواهیم پرداخت:

1. کنتاکتور AC: این نوع از contactor برای استفاده با منابع تغذیه DC استفاده می‌شود. کنتاکتور AC از ورق‌های فولادی سیلیکونی ساخته شده است و دارای یک حلقه اتصال کوتاه در انتهای هسته استاتیک است که این موضوع به از بین بردن لرزش و نویز آهنربای الکتریکی کمک می‌کند. موضوع قابل توجه دیگری که درباره کنتاکتور AC وجود دارد این است که این نوع از contactorها دارای جریان راه‌اندازی بالا با حداکثر فرکانس 600 بار در ساعت است.

2. کنتاکتور DC: کنتاکتورهای DC که جهت استفاده با منابع تغذیه DC طراحی شده‌اند، یکی دیگر از انواع مختلف کنتاکتور هستند. کنتاکتور DC از فولاد نرم ساخته شده است و برخلاف کنتاکتورهای AC نیازی به حلقه اتصال کوتاه ندارد و می‌تواند جریان راه‌اندازی بالا با حداکثر فرکانس 1200 بار در ساعت داشته باشد.

3. کنتاکتورهای مغناطیسی: سومین کنتاکتور پرکاربرد در صنعت را می‌توان کنتاکتورهای مغناطیسی دانست. این نوع از کنتاکتورها را می‌توان جدیدترین و البته پیشرفته‌ترین طراحی در میان نمونه‌های موجود دانست که به دلیل ویژگی‌هایی که دارد به طور معمول در صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد. ویژگی قابل توجه کنتاکتورهای مغناطیسی این است که نیازی به دخالت انسان ندارد و کاملاً به‌صورت الکترومکانیکی عمل می‌کند. بدین ترتیب کار کردن با آنها برای کارکنان ایمن‌تر و راحت‌تر خواهد بود.

ساختار داخلی

اجرای فرآیند مورد انتظار تجهیزات الکتریکی، به وسیله ساختار داخلی آن ها امکانپذیر می شود. اجرای صحیحی فرآیند از جمله پارامترهای مهمی است که در طراحی این تجهیزات مورد توجه قرار می گیرد. آشنایی با ساختار داخلی به درک بهتر عملکرد تجهیزات کمک می کند.

در منابع مختلف عناوین متفاوتی برای بخش های داخلی کنتاکتورها ذکر شده است. براساس عملکرد می توان ساختار داخلی این کلیدها را شامل بخش های زیر دانست:

سیم پیچ یا آهنربای الکتریکی

این بخش را می‌توان مهم‌ترین قسمت یک کنتاکتور دانست. سیم پیچ یا الکترومغناطیس وظیفه فراهم کردن نیرو محرکه موردنیاز برای بستن کانتکت‌ها را برعهده دارد. این قسمت جریان خارجی را دریافت کرده و مثل یک آهنربا الکترومغناطیسی رفتار می‌کند.

یکی از رایج ترین خرابی های کنتاکتور، سوختن بوبین است. بوبین ها قطعات قابل تعویض هستند. جالب است بدانید حتی در برخی کاربردها بوبین قبل از استفاده در مدار تعویض می شود. هدف از این کار هماهنگی ولتاژ بوبین با ولتاژ مدار فرمان است.

تیغه ها (کنتاکت ها)

وظیفه حمل جریان مصرف بار بر عهده کنتاکت یا تیغه اصلی است. این بخش از ساختار داخلی با نام پلاتین کنتاکتور نیز شناخته می شود. است. این بخش شامل فنرهای تماسی، کنتاکت های کمکی و کنتاکت های اصلی است که هر کدام نقش متفاوتی دارند. تیغه اصلی مسیر عبور جریان بار است. کنتاکت های کمکی به منظور پیاده سازی فرآیندهای کنترلی مورد استفاده قرار می گیرند برخی از رایج‌ترین آنها عبارتند از: کانتکت فنری، کانتکت جانبی و کانتکت برق.

عموما تولیدکنندگان تعدادی تیغه کمکی برای کنتاکتورها در نظر می گیرند. به عنوان مثال کنتاکتور 400 آمپر دارای دو تیغه باز و دو تیغه بسته است. در حالی که کنتاکتور 80 آمپر یک تیغه کمکی باز و یک تیغه بسته دارد. لازم به ذکر است تعداد این تیغه با استفاده از تجهیزات جانبی کنتاکتور قابل افزایش است.

محفظه

دومین بخش تشکیل‌دهنده یک کنتاکتور، محفظه است که به عنوان عایق و محافظ عمل کرده و ایمنی contactor را به شکل قابل توجهی افزایش می‌دهد. بدین ترتیب پرسنل می‌توانند با تماس مستقیم از وسیله استفاده کنند.این بخش وظیفه حفاظت از تیغه ها و بوبین در برابر اتصال کوتاه را بر عهده دارد. علاوه بر این از تماس پرسنل با مسیر عبور جریان جلوگیری می کند.

محفظه از مواد مختلفی مانند پلی کربنات، پلی استر، باکالیت، پلاستیک های ترموست و غیره ساخته می شود. بطور کلی، قاب کنتاکتور دارای یک محفظه اضافی است که از دستگاه در برابر ورود رطوبت، گرد و غبار و … محافظت کند.

کنتاکتور چگونه کار می کند؟

عملکرد این کلیدها با برقراری ولتاژ فرمان یا تغذیه آغاز می شود. اعمال این ولتاژ به دو سر سیم پیچ، سبب عبور جریان و ایجاد یک میدان مغناطیسی در اطراف سیم پیچ می شود. در حالت عادی تیغه متحرک توسط فنرها در وضعیت باز نگه داشته می شود. نیروی آهنربای الکتریکی ایجاد شده در اثر برق دار شدن سیم پیچ، از نیروی نگهدارنده فنرها قوی تر است.

این نیروی قوی سبب جابجایی هسته سیم پیچ می شود. تیغه متحرک کنتاکتور به هسته سیم پیچ متصل است و در نتیجه همزمان با هسته جابجا می شود. جابجایی کنتاکت متحرک تا رسیدن به کنتاکت ثابت ادامه پیدا می کند. اتصال تیغه ها به یکدیگر، مسیر جریان بار را بسته و سبب روشن شدن بار می شود.

در زمان قطع مدار، عکس فرآیند بالا اتفاق می افتد. با قطع ولتاژ فرمان از دو سر بوبین، خاصیت آهنربایی سیم پیچ از بین می رود. از بین رفتن آهنربا نیروی نگهدارنده آن را به صفر میرساند. در این وضعیت نیروی فنرهای نگهدارنده تیغه متحرک را به مکان اولیه خود باز می گرداند.

کاربردهای کنتاکتور

کنتاکتورها در بسیاری از سیستم‌ها و تجهیزات الکتریکی و صنعتی به کار می‌روند. مهم‌ترین کاربردهای آن‌ها عبارت‌اند از:

• کنترل موتورهای الکتریکی: کنتاکتورها برای راه اندازی، توقف و تغییر جهت چرخش موتورهای الکتریکی با قدرت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• مدیریت بارهای سنگین: برای بارهای بزرگ مانند دستگاه‌های صنعتی و تجهیزات برقی، کنتاکتورها کمک می‌کنند تا از مدارهای کنترلی جدا شوند و بارهای سنگین را مدیریت کنند.
• کنترل سیستم‌های روشنایی: در سیستم‌های روشنایی بزرگ و پیچیده، کنتاکتورها برای کنترل روشن و خاموش شدن لامپ‌ها و چراغ‌ها به کار می‌روند.
• کنترل سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی: کنتاکتورها در سیستم‌های تهویه مطبوع و گرمایش از قبیل بویلرها، چیلرها و فن‌کویل‌ها برای کنترل جریان برق استفاده می‌شوند.
• مدارهای حفاظت: در سیستم‌های حفاظتی، کنتاکتورها می‌توانند برای قطع مدارها در صورت بروز مشکلات یا شرایط اضطراری به کار روند.
• کنترل مدارهای فرمان: کنتاکتورها به عنوان عناصر اصلی در مدارهای فرمان PLCها و سیستم‌های اتوماسیون صنعتی به کار می‌روند.

کنتاکتورها براساس نوع کاربرد در کلاسهای کاربری مختلف دسته بندی میشوند. از جمله مهمترین کاربردهای کنتاکتور در صنایع مختلف میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

سیستم های گرمایش برقی (هیتر)

سیستم های گرمایش الکتریکی کاربرد زیادی در صنایع مختلف دارند. از جمله این کاربردها می توان به منابع گرمایش داخلی، اجاق برقی، تهویه مطبوع و برخی تجهیزات دیگر اشاره کرد. افزایش ولتاژ شبکه به میزان 10 درصد، سبب افزایش جریان کاری مقاومت به همین نسبت میشود.

جریان راه اندازی هیتر الکتریکی می تواند به 1.4 برابر جریان نامی دستگاه برسد. برای این نوع بارها از کنتاکتور سری AC-1 استفاده می شود.

تجهیزات روشنایی

روشن شدن یک لامپ، جریان ضربه ای بزرگی تولید میکند که حدود 15 برابر جریان نامی لامپ است. با توجه به تفاوتهای تجهیزات روشنایی، جریان ضربه ای و زمان شروع آنها نیز متفاوت است. استفاده از کنتاکتور برای این قبیل بارها بهترین گزینه است.

بار القایی ولتاژ پایین

رایجترین نمونه های این بارها، ترانسفورماتورها هستند. ترانسفورماتور ولتاژ پایین، در لحظه شروع به کار یک پیک جریانی به بزرگی 15 تا 20 برابر جریان نامی ترانسفورماتور ایجاد میشود. میزان دقیق این جریان به آرایش سیم پیچ ها و خواص هسته ترانسفورماتور بستگی دارد.

بارهای خازنی

در هنگام روشن شدن بار خازنی، فرآیند شارژ گذرا اتفاق می‌افتد و جریان شارژ به مقدار بالایی می رسد. این حالت سبب تغییرات فرکانسی شدید و وارد آمدن تنش شدید به شبکه می شود. از این رو راه اندازی بارهای خازنی با الزامات شدیدی همراه است. نمونه خاصی از کنتاکتورها برای راه اندازی بانک خازنی طراحی شده است که کنتاکتور خازنی نام دارد. این کلیدها در کلاس استاندارد AC-6B عرضه می شوند.

 

کاربردهای رله

سیستم‌ کنترل روشنایی

راه‌اندازی فن کم‌ مصرف و آژیر و آلارم و مدار فرمان

رله تکنیک برای مناطق کنترلی

واسط بین پی‌ال‌سی‌ها و کنتاکتورها

 

کاربردهای کنتاکتور

توانایی کنترل از راه دور چند نقطه به صورت هم‌زمان

طراحی شخصی‌سازی‌شده برای مدار فرمان‌های اتوماتیک

امنیت بالاتر نسبت به کلیدهای دستی

طول عمر و قدرت بالاتر نسبت به کلیدهای دستی

سرعت بالا در قطع و اتصال مجدد

 

رله و کنتاکتور چه شباهت‌هایی دارند؟

رله و کنتاکتور ابزارهای برق صنعتی بسیار مهمی هستند که برای مدیریت و کنترل جریان‌های الکترونیکی در صنایع مختلف به کار برده می‌شوند.

اولین مورد از شباهت بین رله و کنتاکتور این است که هر دو برای کنترل بارهای الکتریکی در مدارهای الکتریکی مختلف استفاده می‌شود‌‌. بار الکتریکی عبوری از مدار را می‌توان بوسیله کنتاکتور و رله کنترل کرد‌.

کنتاکتور و رله بر اساس اصول الکترومغناطیسی عمل می‌کنند و قابلیت وصل و قطع کردن جریان‌های الکتریکی را دارند.

رله و کنتاکتور می‌توانند به صورت ماژولار طراحی شوند؛ به این معنی که بر اساس نیازهای مختلف کاربران قابل تعویض و ترکیب باشند‌.

کنتاکتور و رله می‌توانند بارهای الکتریکی را به صورت خودکار کنترل کنند و به طوری برنامه‌ریزی شوند که بر اساس سیگنال‌های ورودی کار کنند.

کاربرد و گستره کار هر دو بالا است و در انواع بسیار زیادی از مدارهای کنترلی از جمله صنعتی و تجاری استفاده شوند.

هر دو در انواع و اندازه‌های گوناگون ساخته می‌شوند و قابلیت انطباق با نیازهای مختلف را دارند.

کنتاکتور و رله تاثیر بسیار زیادی در عملکرد صحیح اتصالات الکتریکی و بهبود عملکرد در صنایع مختلف را دارند.

 

تفاوت‌ رله و کنتاکتور

کنتاکتور دستگاهی برای قطع و وصل کردن مکرر مدارهای الکتریکی در شرایط عادی است. معمولاً یک کنتاکتور از چند کنتاکت کمکی متفاوت تشکیل شده است که این کنتاکت‌ها توانایی کنترل کردن هم‌زمان چند مدار را دارند.  از طرف دیگر رله دستگاهی که کنتاکتورها به کمک آن، در یک مدار مشخص با تغییر کردن شرایط در همان مدار یا چند مدار مرتبط کار می‌کنند

۶ تفاوت رله و کنتاکتور :

 

کاربرد

اولین مورد مهم فرق رله با کنتاکتور در این است که کنتاکتورها برای تحمل بارهای الکتریکی بزرگ‌تر ساخته و در ماشین‌آلات سنگین و یا موتورها، کمپرسور‌ها و سیستم‌های روشنایی بزرگ استفاده می‌شوند. کنتاکتورها به گونه‌ای طراحی می‌شوند که توانایی تحمل جریان‌های بالا را داشته باشند و در محیط‌های صنعتی مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهند.

برخلاف کنتاکتورها رله‌ها معمولاً برای جریان‌های الکتریکی کم‌تر و هم‌چنین کاربردهای مختلفی مثل لوازم‌خانگی، سیستم‌ اتوماسیون و یا تابلوهای کنترل مورد استفاده قرار می‌گیرند. رله‌ها کاربردهای بیشتری نسبت به کنتاکتورها دارند.

کنتاکتورها به دلیل توانایی تحمل ظرفیت بالا، در تنظیمات صنعتی استفاده می‌شوند و رله‌ها در سیستم‌هایی مانند کنترل کاربرد امکان استفاده گسترده‌تری دارند.

ظرفیت جریان

اصلی‌ترین و مهم‌ترین فرق کنتاکتور و رله تفاوت در ظرفیت جریان است. برای مثال، کنتاکتورها جریان‌های بالا مانند ۱۵ آمپر و بیشتر از آن را تحمل می‌کنند و رله‌های جریان‌های کم‌تری مانند ۱۵ آمپر و زیر آن را پشتیبانی می‌کنند.

سرعت سوئیچینگ

یکی دیگر از تفاوت‌هایی میان رله‌ها و کنتاکتورها در ظرفیت سوئیچینگ آن‌هاست. سوئیچینگ برای تداوم و کنترل تداوم بین دو نقطه در مدارهای الکتریکی است. مکانیسم سوئیچینگ این دو وسیله با هم تفاوت دارد به این صورت که در کنتاکتورها مکانیسم سوئیچینگ برای کنترل کردن جریان‌های بسیار بالا و کم کردن اثرات قوس الکتریکی طراحی شده است و برعکس آن، رله‌ها مکانیسم سوئیچینگ فشرده‌تری دارند که برای جریان‌های کمتر کاربرد دارد.

 

طول عمر

معمولاً رله‌ها به دلیل این‌که ظرفیت تحمل جریان الکتریکی و اندازه کوچک‌تری دارند، عمر کوتاه‌تری نیز نسبت به کنتاکتورها دارند.

کنتاکت‌هایی که در رله‌ها استفاده می‌شوند زودتر از کنتاکتورها قدیمی و فرسوده می‌شوند و دوام رله‌ها را کم‌تر می‌کنند. کنتاکت‌هایی که در کنتاکتورها استفاده می‌شوند بدلیل اینکه باید جریان‌های بالاتری را عبوردهند ازمواد مقاوم‌تری ساخته می‌شوند هرچند که عوامل زیادی ممکن است برطول عمر و دوام کنتاکت‌ها تاثیر داشته باشند اما بطور کلی مقاومت و طول عمر کنتاکتورها بیشتر از رله‌هاست

‌.

 نوع کنتاکت‌ها

کنتاکتورها به دلیل اینکه باید جریان بالاتری را کنترل کنند و عبور بدهند باید کنتاکت‌های قوی‌تر و مستحکم‌تری داشته باشند‌ مثلا، کنتاکت‌هایی که در ساخت کنتاکتورها بکار می‌روند معمولاً کنتاکت‌های برق سه فاز هستند وعلاوه بر این ممکن است کنتاکت‌های داخلی کمکی نیز وجود داشته باشند اما رله‌ها فقط دارای دو کنتاکت‌ بازو بسته هستند.

 نصب و سیم‌کشی

کنتاکتورها به دلیل جریان‌های بالاتر، نیاز به سیم‌کشی و اتصالات قوی‌تر و حجیم‌تر دارند. همچنین، این کلید‌ها ممکن است به پایه‌های محکم‌تری برای نصب نیاز داشته باشند. اما رله‌ها به دلیل جریان‌های پایین‌تر، به سیم‌کشی و اتصالات ظریف‌تر و کوچک‌تر نیاز دارند. همچنین، رله‌ها معمولاً برای نصب به پایه‌های ساده‌ای احتیاج دارند

تشخیص خطا و اضافه بار

رله‌ها توانایی تشخیص خطا و اضافه بار در سیستم‌های قدرتی و صنعتی را دارند. آن‌ها ناهنجاری‌های موجود در دستگاه را شناسایی کرده و کمک می‌کنند تا بتوان نقاط معیوب را شناسایی و حذف کرد؛ درصورتی که کنتاکتورها این توانایی را ندارند

عیب‌یابی

کنتاکتورها بطور کلی ویژگی عیب‌یابی را ندارند اما رله‌ها می‌توانند ویژگی عیب‌یابی نیزداشته باشند و مجهز به چراغ‌ها یا فلگ‌های کوچکی باشند که موقعیت رله‌ها را نشان می‌دهند.

کنتاکتور و رله هر دو از اجزای کلیدی در مدارهای الکتریکی هستند، به دلیل شباهت‌های عملکردی تا حدی با یکدیگر همپوشانی دارند. با این حال، تفاوت‌های ظریفی در نحوه عیب‌یابی این دو وجود دارد

چه زمانی از کنتاکتور و چه زمانی از رله استفاده کنیم؟

در هنگام خرید کنتاکتور یا رله باید موارد گوناگونی را در نظر داشته باشید تا بتوانید متناسب با نیازتان بهترین انتخاب را داشته باشید. توجه به اندازه و نیاز، شرایط‌ محیطی، وضعیت نصب و… باید مورد توجه قرار بگیرد. اگر به وسیله‌ای برای کار با جریان‌های بالای الکتریکی مثل کار با موتورهای بزرگ، ماشین‌آلات سنگین و… نیاز دارید باید یک کنتاکتور تهیه کنید و اگر کار با سیستم‌های اتوماسیون، مدارهای کم‌مصرف و سیستم‌های کنترل مورد نظر شماست، رله انتخاب مناسبی برای شما محسوب می‌شود

از کنتاکتور در موارد زیر استفاده می‌شود:

کنترل جریان‌های بالا (بالاتر از ۱۵ آمپر)

کاربردهایی که نیاز به سوئیچینگ سریع ندارند

نیاز به طول عمر بالا

نیاز به کنتاکت‌های قدرتی

فضای کافی برای نصب

از رله در موارد زیر استفاده می‌شود:

کنترل جریان‌های کم تا متوسط (کمتر از ۱۵ آمپر)

کاربردهایی که نیاز به سوئیچینگ سریع دارند

نیاز به تنوع در نوع کنتاکت‌ها

محدودیت فضا برای نصب

 

راه اندازی موتور با کنتاکتور

موتورهای القایی سه فاز پرکاربردترین نوع موتورهای AC در صنعت هستند. هنگامی که موتور القایی راه اندازی می شود مقاومت متصل به مدار موتور، جریان راه اندازی را محدود می کند. هر چقدر بار سنگین تر باشد، زمان راه اندازی آن بیشتر می شود. کنترل موتور القایی از کنتاکتور کلاس AC-3 استفاده می شود.

در توان های پایین راه اندازی مستقیم موتور سه فاز بسیار رایج است. در این روش از یک کنتاکتور در کنار یک بریکر (مانند کلید حرارتی) استفاده می شود. جریان هجومی و تکانهای شدید مکانیک چالشهایی است که در برخورد با موتور الکتریکی باید حل شوند. رنج توان موتور الکتریکی و در نتیجه روش های راه اندازی موتور الکتریکی بسیار متنوع است.

در کاربردهای توان بالایی که موتور بعد از شروع به کار با سرعت ثابت کار می کند، استفاده از سافت استارتر توصیه می شود. اما اگر به کنترل عملکرد موتور الکتریکی نیاز دارید، درایو یا اینورتر تنها گزینه در دسترس شماست.

پلاک خوانی کنتاکتور

بر روی کنتاکتورها مانند سایر تجهیزات الکتریکی یک برگه اطلاعات نصب می شود که پلاک نامیده می شود. پلاک حاوی اطلاعات زیادی از جمله نام تولید کننده، سری ساخت و کد فنی محصول است. علاوه بر این تاریخ تولید و برخی اطلاعات دیگر نیز ممکن است روی آن درج شوند. پلاک کنتاکتورها متناسب با شرکت تولید کننده متفاوت است.

در هنگام پلاک خوانی کنتاکتور پارامترهای کلیدی زیر را بیابید:

نوع و سطح ولتاژ بار

جریان نامی

نوع بار یا کلاس کاری

ولتاژ بوبین

توان نامی

طول عمر مکانیکی

در واقع همه پارامترهای کاری مهم را می توانید روی پلاک پیدا کنید.

طول عمر کنتاکتور

یکی از ویژگی های مهم برای تعیین انواع کنتاکتور، طول عمر کنتاکتور است. بطور کلی طول عمر یک کنتاکتور به تعداد دفعات قطع و وصل آن بستگی دارد که این کلید پس از این تعداد قطع و وصل، به علت فرسودگی یا سائیدگی دیگر قابل استفاده نخواهد بود. طول عمر کلیدهای مختلف متفاوت است به عنوان مثال برای کلیدهای اهرمی و کلیدهای حفاظتی حدود ۱۰^۳ بار و برای کنتاکتور تا حدود ۱۰^۸ بار است. این تعداد برای حالتی است که از کنتاکت های کلید جریانی عبور نکند.

چنانچه از کنتاکت ها جریان عبور کند، با توجه به مقدار جریان، عمر مکانیکی کنتاکت های کلید به علت گرم شدن و جرقه کاهش پیدا می کند. مثلاً برای کنتاکتوری که جریان کار نامی آن در ولتاژ ۲۲۰ ولت برابر ۹ آمپر و عمر مکانیکی آن ۳ میلیون بار باشد، در جریان ۳، ۵، ۱۶، ۲۰ آمپر به ترتیب طول عمر آن ۱×۱۰^۵ ، ۳×۱۰^۵ ، ۵×۱۰^۵ ،  ۵×۱۰^۵ بار خواهد بود.

انواع کنتاکتور را با توجه به طول عمر مکانیکی کلیدهای مختلف با حروف لاتین از A تا F نیز نشان می دهند و اصطلاحاً کلاس کلید می نامند. A=10³ ، B=10⁴ ، C=10⁵ ، D=10⁶ ، E=10⁷ ، F=10⁸.  اعداد توان دار، تعداد قطع و وصل را بیان می کنند. ممکن است بعد از حروف نیز یک عدد به عنوان ضریب نوشته شود. مثلاً D₃ بیانگر طول عمر ۱۰^۶×۳ بار باشد. کنتاکتور سری D و F از کنتاکتورهای پرکاربرد در ایران است.

نکات مهم در انتخاب کنتاکتور

کنتاکتورها عموماً دارای یک تابلوی کنترل هستند، که شامل دکمه‌ ها و نشانگرهای مختلفی برای کنترل و مانیتورینگ سیستم ها می باشد.

از مدل های مختلف میتوان به موارد زیر اشاره کرد؛

کنتاکتور های تک فاز: این نوع دستگاه ها برای کنترل بار های تک فاز استفاده می ‌شود. آن ‌ها دارای یک سیم کنترل و یک سیم تغذیه هستند و معمولاً در سیستم‌ های خانگی و کوچک نصب می گردند.

کنتاکتور های سه فاز: انواع کنتاکتور سه فاز برای کنترل بار های سه فاز به کار می رود. این محصول دارای سه سیم کنترل و سه سیم تغذیه هستند و در سیستم‌ های صنعتی و بزرگ کاربرد دارند.

کنتاکتور های تماس مستقیم (AC Contactor): این دسته از محصولات برای کنترل و تنظیم بار های AC (جریان متناوب) استفاده می‌ گردد. آن ‌ها قادر به کنترل جریان ‌های بزرگ هستند.

کنتاکتور های تماس غیرمستقیم (DC Contactor): این نوع محصولات محافظتی برای کنترل بار های DC (جریان مستقیم) استفاده می ‌شوند. آن‌ها با جریان‌ های بزرگ و ولتاژ‌ های بالا سازگار می باشند.

کنتاکتور های قدرت بالا: کنتاکتور قدرت برای کنترل بار هایی با قدرت بالا و جریان ‌های بزرگ به کار می روند. این دسته از محصولات دارای قابلیت‌ های خاصی مانند؛ حفاظت در برابر اضافه بار، کنترل دما و سیستم ‌های تبرید هستند.

کنتاکتور های مینیاتوری: انواع کنتاکتور سری مینیاتوری در ابعاد کوچک با قدرت کمتری عرضه می ‌شوند. این نوع محصولان مناسب استفاده در فضا های کاری محدود هستند.

عوامل زیادی در انتخاب کنتاکتور مؤثر هستند. اولین مرحله برای انتخاب کنتاکتور این است که نیازسنجی کرده و تمامی ابعاد پروژه خود را مورد بررسی قرار دهید. این کار سبب می‌شود تا اشراف بیشتری روی نیازهای پروژه داشته باشید. کنتاکتورها در اندازه، ظرفیت و ولتاژهای متفاوتی وجود دارند. برای انتخاب کنتاکتور، عوامل زیر را مورد بررسی قرار دهید:

ارزیابی ظرفیت بار: ولتاژ نامی کنتاکتور باید با حداکثر ولتاژ مدار کنترل شده برابر باشد. به همین ترتیب، اطمینان حاصل کنید که جریان نامی بالاتر است. برای نگهداری تجهیزات با فرکانس بالا، مانند موتورها، یک کنتاکتور با درجه بالاتر انتخاب کنید تا از عملکرد کارآمد و افزایش عمر کنتاکتور اطمینان حاصل کنید.

انتخاب اندازه صحیح: اندازه کنتاکتور باید با پروژه شما منطبق باشد. رایج‌ترین اشتباه هنگام انتخاب کنتاکتور برای یک پروژه بزرگ، کوچک‌ شدن بیش از حد کنتاکتور است. انتخاب کنتاکتور با اندازه مناسب به شما کمک می‌کند تا با حداکثر بهره‌وری کار را انجام دهید.

درک ولتاژ سیم‌پیچ یا بوبین: ولتاژ سیم‌پیچ مورد نیاز موجب حرکت کنتاکت‌ها شده و باعث می‌شوند تا کنتاکت‌ها بسته شوند. برای اهداف ایمنی، هر چه ولتاژ سیم‌پیچ کمتر باشد، بهتر است. با این حال؛ ولتاژ سیم‌پیچ باید با ولتاژ شبکه ورودی مطابقت داشته باشد.

پیکربندی: کنتاکتور از کنتاکت‌های همیشه باز و همیشه بسته تشکیل شده است. بین کنتاکت‌های همیشه باز یا همیشه بسته، بر اساس نیازهای سیستم و مدار الکتریکی بهترین گزینه را انتخاب کنید.

محیط مناسب: محیطی که کنتاکتور در آن نصب می‌شود را در نظر بگیرد. اگر محیط خیلی کوچک است، حتماً کنتاکت متناسب با آن را انتخاب کنید. برای محافظت از کنتاکتور حتماً برای آن پوشش محافظ را قرار دهید تا در برابر گردوغبار، رطوبت و سایر عوامل خارجی آسیب نبیند و محافظت داشته باشد.

ویژگی‌های الکتریکی: یکی از مهم‌ترین فاکتورها برای راهنمای خرید کنتاکتور توجه به ویژگی‌های الکتریکی است. برای انتخاب کنتاکتور نیاز به بررسی جزئیات جریان، توان و ولتاژ ذکر شده موتور دارید.

منبع تغذیه: اکثر صنایع از منبع تغذیه 3 فاز 400-100 ولت استفاده می‌کنند، در حالی که در صنایع سنگین از منبع تغذیه 690 ولت استفاده می‌شود. جریان نامی کنتاکتور بسته به ولتاژ متفاوت است، بنابراین هنگام انتخاب کنتاکتور مهم است که مطمئن شوید، منبع تغذیه با نوع کنتاکتور تطابق دارد.

درجه حفاظت یا IP: قبل از خرید کنتاکتور، حتماً به درجه حفاظت یا IP توجه کنید. در صورتی که قرار است کنتاکتور در شرایط سخت محیطی نصب شود، حتماً بررسی کنید که درجه حفاظت کافی را داشته باشد.

سرج پروتکتور یا جرقه گیر کنتاکتور

کنتاکتورها به صورت گسترده در صنایع مختلف و حتی ساختمان های مسکونی مورد استفاده قرار می گیرند. سرج پروتکتور کنتاکتور یکی از تجهیزات حفاظتی است که در کنار کنتاکتور باید نصب شود. این کلیدهای الکترومکانیکی از راه دور و به کمک یک سیگنال راه انداز کنترل می شوند. مکانیزم فرمان کنتاکتور شامل یک سیم پیچ الکترومغناطیسی است. در لحظه قطع سیگنال فعال ساز و براساس قانون لنز، یک نیرو محرکه مغناطیسی معکوس در دو سر سیم پیچ ایجاد می شود.

نتیجه این حالت، تحمیل یک ولتاژ معکوس بزرگ به مدار است. این ولتاژ می تواند آسیب های جدی به ویژه برای قطعات و تجهیزات الکترونیکی از جمله plc به همراه داشته باشد. به منظور حفاظت از مدار در برابر این وضعیت از سرج پروتکتور استفاده می شود.

 

سرج ناشی از عملیات کنتاکتور

همانطور که در بخش قبل به آن اشاره کردیم، یکی از منابع اصلی ایجاد سرج داخلی در مدار، تغییر وضعیت یا عملیات کنتاکتور است تغییر وضعیت کنتاکتور در اثر اعمال سیگنال فرمان به سیم پیچ اتفاق میافتد. رسیدن سیگنال فرمان به بخش الکترومغناطیسی کنتاکتور سبب ایجاد آهنربای الکتریکی و وصل شدن کنتاکت ها می شود.

کلیه قوانین حاکم بر مدارات الکترومغناطیسی، بر مکانیزم فرمان کنتاکتور حاکم است. طبق قانون لنز، میدان مغناطیسیِ در حال کاهش، جریانی را در جهت معکوس به مدار القا می‌کند. در نتیجه این جریان، یک پتانسیل منفی روی سیم پیچ ایجاد می‌شود که نیروی ضد محرکه الکتریکی (Back EMF) یا ولتاژ بازگشتی (Flyback Voltage) نامیده می‌شود.

پدیده EMF برگشتی زمانی در مدارهای القایی رخ می دهد، که جریان عبوری از یک سیم پیچ به طور ناگهانی قطع شود یا تغییر کند. فروپاشی میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان عبوری از سیم پیچ سبب ایجاد این ولتاژ می شود. برای مقابله با این ولتاژ ناخواسته از سرج پروتکتور کنتاکتور استفاده می شود.

اثرات ولتاژ بازگشتی روی مدار

در بخش قبل اشاره کردیم که نیروی الکترومغناطیسی معکوس، سبب ایجاد ولتاژی بزرگ با پلاریته معکوس در دو سر سیم پیچ می شود. در این وضعیت سیم پیچ تلاش می کند تا انرژی ذخیره شده را تخلیه کند. از آنجا که مقاومت فیزیکی در محل باز شدن مدار وجود ندارد، این ولتاژ به صورت یک جرقه بزرگ تخلیه می شود.

تمام انرژی این جرقه به شکل گرما در تیغه های کنتاکتور تخلیه می شود. این وضعیت به تیغه ها آسیب می رساند و طول عمر آن ها را به شدت کاهش  می دهد. تجهیزاتی مانند کلیدهای الکترومکانیکی (کنتاکتورها) و قطعات نیمه هادی مانند ترانزیستورها از این شرایط آسیب می بینند. در واقع ولتاژ فلایبک سبب ایجاد سرج الکتریکی شده و به سایر اجزای مدار آسیب می رساند. جالب است بدانید این وضعیت حتی به خروجی های plc متصل به مدار فرمان آسیب می رساند. اما با استفاده از تجهیزاتی ساده به نام سرج پروتکتور کنتاکتور می توان این آسیب ها را به حداقل رساند.

 

سرج پروتکتور یا جرقه گیر کنتاکتورنوسانات ناخواسته یا سرج از جمله چالش های مدارهای الکتریکی است که باید با آن مقابله کنیم. منابع مختلفی برای تولید سرج در مدار الکتریکی وجود دارد که یکی از آن ها تغییر وضعیت یا کلید زنی مدار است. کنتاکتور یکی از کلیدهای پرکاربرد در صنایع مختلف است. مکانیزم فرمان کنتاکتور از یک سیم پیچ الکترومغناطیسی بهره می برد که قطع ناگهانی ولتاژ دو سر آن سبب القای یک ولتاژ بزرگ با پلاریته معکوس در دوسر سیم پیچ می شود.

این ولتاژ معکوس می تواند برای تیغه های کنتاکتور و سایر تجهیزات مدار از جمله plc ها آسیب های جدی به بار بیاورد. برای حفاظت از مدار در برابر این آسیب ها می توان از سرج پروتکتور کنتاکتور استفاده کرد. این تجهیزات با نام جرقه گیر کنتاکتور نیز شناخته می شوند

سرج چیست؟

قبل از پرداختن به سرج پروتکتور کنتاکتور، مقدمه ای در مورد سرج بیان می کنیم. SURGE در لغت به معنای نوسان یا افزایش ناگهانی است. منظور از سرج در مدار الکتریکی، ایجاد یک موج گذرا روی جریان، ولتاژ یا توان است. به طور خاص در سیستم‌های قدرت، یک اضافه ولتاژ با مدت زمان کمتر از نیم سیکل در شکل موج ولتاژ ایجاد می شود. این نوسان می تواند در سیکل مثبت یا منفی اتفاق بیافتد و بنابراین ولتاژ را افزایش یا کاهش می دهد. این وضعیت در زمان کوتاهی از بین می رود.

این نوسانات گذرا، سبب افزایش ناگهانی ولتاژ یا اختلال در شکل موج می شوند وممکن است به تجهیزات الکترونیکی آسیب وارد کنند و یا حتی آن ها را به کلی از بین ببرند. سرج می تواند تا دامنه های ده ها هزار ولت برسد. این نوسانات به طور کلی در بازه های زمانی میکرو ثانیه اتفاق می افتند.

تجهیزات الکتریکی برای کار در یک ولتاژ نامی مشخص مانند 240 ولت AC طراحی شده اند. اغلب تجهیزات قابلیت تحمل تغییرات جزئی در ولتاژ اسمی استاندارد خود را دارند. با این حال، نوسانات بزرگ می‌تواند تقریباً به همه تجهیزات آسیب برساند. با استفاده از سرج پروتکتور کنتاکتور می توان مدار را در برابر بخشی از این نوسانات محافظت کرد. دلایل مختلفی برای ایجاد سرج در مدار وجود دارد. در یک دسته بندی کلی منابع تولید سرج را می توان به دو گروه داخلی و خارجی تقسیم کرد.

منابع خارجی ایجاد سرج

قابل تشخیص ترین منبع موج های تولید شده در خارج از تاسیسات، صاعقه است. اگرچه رعد و برق در مناطق خاصی تا حدودی نادر است، اما آسیبی که به تاسیسات وارد کند می تواند فاجعه بار باشد. سایر منابع خارجی این نوسانات ناخواسته شامل سوئیچینگ شبکه برق و بانک خازن می شود.

منابع داخلی سرج

روشن و خاموش شدن و عملکرد برخی از بارهای الکتریکی – به صورت خواسته یا ناخواسته- می تواند منبعی برای ایجاد سرج در سیستم الکتریکی باشد. این نوسانات به مراتب بیشتر از سرج با منبع خارجی رخ می‌دهند. روشن و خاموش شدن تجهیزات به عنوان بخشی از عملیات روزانه رخ می دهد.

منابع سوئیچینگ و ایجاد سرج در شبکه عبارتند از:

عملیات کنتاکتور، رله و بریکر

سوئیچینگ بانک ها و بارهای خازن (مانند اصلاح ضریب توان)

تخلیه دستگاه های القایی (موتور، ترانسفورماتور و …)

شروع و توقف بارها

خطای زمین

رفع خطا یا وقفه

بازیابی سیستم برق (در صورت قطعی)

سستی اتصالات

کوپلینگ مغناطیسی و القایی

از دیگر منابع داخلی ایجاد سرج در شبکه می توان به تخلیه الکتریسیته ساکن اشاره کرد.

کاربرد جرقه گیر کنتاکتور

سرج پروتکتور از جمله تجهیزاتی است که علاوه بر کنتاکتور، از سایر تجهیزات مدار نیز حفاظت می کند. در استفاده از جرقه گیرها باید به سیستم ولتاژی سیم پیچ کنتاکتور و  اطمینان از اینکه کنتاکتور به جرقه گیر نیاز دارد یا نه توجه کرد

سرج پروتکتورها در انواع مختلف و با قابلیت های متفاوت مورد استفاده قرار میگیرند. از جمله میتوان به این موارد اشاره کرد:

دیود هرزگرد کنتاکتور

ساختار دیودی – زنری

وریستور کنتاکتور

جرقه گیر با دیود TVS

استفاده از ترکیب RC

تفاوت کنتاکتور و بریکر

Contactor و  بریکر دو نمونه پرکاربرد از تجهیزات فشار ضعیف هستند. همه مدارهای برق صنعتی از این تجهیزات استفاده می کنند. کنتاکتورها به منظور سوئیچینگ مورد استفاده قرار می گیرند اما بریکرها نقش حفاظتی دارند. علاوه بر این موارد زیر را می توان در بیان تفاوت آن ها خاطر نشان کرد:

کنتاکتور در جریان و ولتاژ متوسط و ضعیف کار می کند ولی بریکر ها در جریان و ولتاژ های متوسط و بالا نیز کار می کنند.

کنتاکتور در شرایط عادی و بریکر در زمان وقوع خطا عمل می کند

برخی بریکرها امکان وصل خودکار و قطع اتوماتیک را در زمان بروز خطا دارند. اما قطع و وصل کنتاکتور حتما به سیگنال فرمان بوبین نیاز دارد.

کنتاکتور برای قطع و وصل قسمت ثابت و متحرک تیغه، از مکانیزم الکترومغناطیسی تغذیه بوبین استفاده می کند. اما در بریکر این فرآیند توسط تریپ یونیت انجام می شود. تریپ یونیت کلید اتوماتیک در انواع حرارتی – مغناطیسی و الکترونیکی عرضه می شود.

در کنتاکتور هیچ مکانیزمی برای اندازه گیری جریان یا ولتاژ عبوری وجود ندارد اما در بریکر تجهیزات اندازه گیری جریان و یا تشخیص تغییرات مقدار جریان وجود دارد.

جمع بندی

کنتاکتور از جمله تجهیزات بسیار پرکاربرد اتوماسیون صنعتی ست. امکان کنترل از راه دور و همچنین فرمانپذیری از plc از جمله قابلیت های اصلی این تجهیزاتست. ویژگی دیگر کنتاکتورها که آنها را برای استفاده در محیط صنعتی مناسب میکند، سطح پایین ولتاژ کنترلی است. رنج گسترده جریان و عملکرد مطمئن این تجهیزات خیال شما را از عملکرد صحیح و پایدار مدار راحت می کند. این کلیدهای الکترومغناطیسی در کاربردهای مسکونی و تجاری نیز به وفور مورد استفاده قرار میگیرند.