کنتاکتور چیست و چگونه کار می کند؟ کنتاکتورها (به فرانسوی Contacteur) یا کلیدهای مغناطیسی مهمترین جزء مدارات و از وسایل پرمصرف در تابلوهای برق می‌باشند که در راه اندازی موتورهای الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. کنتاکتورها بوبین ها در واقع نوعی رله هستند که با عبور جریان از بین آن ها و ایجاد خاصیت مغناطیسی، تیغه‌ها را جذب و عمل سوئیچ‌زنی را انجام می‌دهند.
کنتاکتور با بهره گیری از عملکردی مشابه عملکرد رله های کمکی، در آمپراژ بالا به کار برده می شود سرعت قطع و وصل کنتاکتور نسبت به رله کمکی کم است. برخلاف دژنکتورها، نمی‌توان از کنتاکتورها برای قطع جریان در اثر اتصال کوتاه استفاده کرد. (کنتاکتور در صورت اتصال کوتاه، مدار را قطع نخواهد کرد.) این کلیدها در انواع ابعاد گوناگون و با ظرفیت‌های بسیار متنوع یافت می‌شوند.
این نوع از کلیدها در اتوماسیون نیز کاربرد دارند موارد استفاده کنتاکتورها امروزه در ماشین‌های صنعتی بسیار زیاد بوده و برای راه‌اندازی و کنترل اکثر ماشین‌ها از کنتاکتور استفاده میشود. در صنعت نمی‌توان از این کلیدها صرف نظر کرد. در یک بیان ساده تر میتوان گفت کنتاکتورها کلیدهایی می‌باشند که میتوان از راه دور و به طریق الکترونیکی برای کنترل بارهای مختلف الکتریکی اعم از الکتروموتورها، بانکهای خازنی، مدارات روشنایی، گرمکن‌های الکتریکی و سایر تجهیزات الکتریکی از آن ها استفاده کرد.
ساختمان کنتاکتورها
یک کنتاکتور دارای سه بخش اصلی است:
- بوبین
- هوزینگ
- کنتاکتها
بوبین :
کنتاکتور از دو هسته به شکل E یا U که یکی ثابت و دیگری متحرک است و در میان هسته ثابت یک بوبین یا سیم پیچ قراردارد تشکیل شده است. وقتی بوبین به برق وصل میشود با استفاده از خاصیت مغناطیسی، نیروی کشش فنر را خنثی میکند و هسته فوقانی را به هسته تحتانی متصل کرده و باعث میشود که تعدادی کنتاکت عایق شده از یکدیگر به ترمینال های ورودی و خروجی کلید متصل شوند و یا باعث باز شدن کلیدهای بسته کنتاکتور گردد. در صورتی که مدار تغذیه بوبین کنتاکتور قطع شود، در اثر نیروی فنری که داخل کلید قرار دارد هسته متحرک دوباره به حالت اول باز می‌گردد.
- در کنتاکتور بوبین طوری طراحی شده است که در برابر عوامل جوی و نیروهای مکانیکی مقاوم باشد.
- کنتاکتورها هم برای جریان های مستقیم و هم برای جریان‌های متناوب ساخته می‌شوند. تفاوت این دو کنتاکتور در این است که در کنتاکتورهای AC از یک حلقه اتصال کوتاه برای جلوگیری از لرزش حاصل از فرکانس برق استفاده میشود. نیروی کششی یک بوبین الکتریکی متناسب با مجذور جریان عبوری از آن و در نتیجه متناسب با مجذور اندکسیون مغناطیسی است. تعداد دفعاتی که این نیرو ماکزیمم و صفر می‌گردد به اندازه ی دو برابر فرکانس شبکه خواهد بود. در نتیجه، در لحظاتی که مقدار نیروی کششی بیشتر از نیروی مقاوم فنرهای کنتاکتور باشد، هسته کنتاکتور جذب میشود و در لحظاتی که مقدار نیروی کششی کمتر از مقدار نیروی فنرها شود، هسته متحرک نیز آزاد شده و به محل اول خود باز می‌گردد. بدین ترتیب در هسته متحرک لرزش و صدا ایجاد خواهد شد. این نوسانات را میتوان به وسیله یک حلقه بسته در سطح قطب‌های جاسازی شده که حدود نصف تا دو سوم سطح هر قطب را پوشانده است از بین برد و لرزش را برطرف کرد. عمل این حلقه آن است که مانند سیم‌پیچ ثانویه ترانسفورماتوری که در حالت اتصال کوتاه قرار گرفته است، از آن جریان القایی عبور میکند و باعث ایجاد فوران مغناطیسی فرعی در مدار هسته میشود. این فوران فرعی با فوران اصلی اختلاف فاز دارد و در زمانی که نیروی کششی حاصل از فوران اصلی صفر باشد، نیروی کششی حاصل از فوران اصلی ماکزیمم خواهد بود و در حالتی که نیروی حاصل از فوران ماکزیمم باشد، این نیرو صفر خواهد بود و چون جمع این دو نیرو به هسته متحرک اثر میکند نیروی کششی در هر لحظه از نیروی مقاومت فنر بیشتر خواهد بود.
- در کنتاکتورهای جریان متناوب هستهالکترومغناطیسی از آهن نرم چند لایه تشکیل شده است تا جریان گردابی را کاهش دهد. در DC، جریان گردابی وجود ندارد و هسته از فولاد سخت تشکیل شده است.
- ولتاژ تغذیه بوبین متفاوت است و از 24 تا 380 ولت ساخته میشود. در اکثر کشورهای صنعتی برای حفاظت بیشتر، تغذیه بوبین کنتاکتور را زیر 65 ولت انتخاب میکنند و یا برای تغذیه مدار فرمان از ترانسفورماتور مجزا کننده استفاده میکنند.
هوزینگ:
هوزینگ کنتاکتورهای الکتریکی معمولاً از مواد عایق مانند پلاستیک فشرده مقاوم به حرارت، Bakelite, Nylon6 یا ترکیبی از هر دو ساخته شده است. این محفظه ها برای محافظت از اجزای داخلی کنتاکتور در برابر عوامل محیطی مانند گرد و غبار، رطوبت و نوسانات دما طراحی شده اند. این محفظه همچنین برای جلوگیری از برق گرفتگی و اطمینان از عملکرد ایمن کنتاکتور، طراحی شده است. علاوه بر این، محفظه ممکن است دارای ویژگی هایی مانند ترمینالهایی برای نصب آسان و اتصال به سایر اجزای الکتریکی باشد. برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد در کاربردهای مختلف صنعتی و تجاری، انتخاب یک کنتاکتور با یک محفظه بادوام و با طراحی خوب بسیار مهم است.
کنتاکت ها:
وظیفه ی اصلی تیغه‌های قدرت هدایت جریان الکتریکی از خود پس از هر بار تحریک شدن بوبین است. هر کنتاکتور معمولاً دارای 3 کنتاکت اصلی برای مدار قدرت و تعدادی کنتاکت اضافی برای به کار گیری در مدارات فرمان است. کنتاکتهای اضافی در دو حالت Normally Close و Normally Open وجود دارند. کنتاکتهای NO در حالت عادی باز و کنتاکتهای NC در حالت عادی بسته‌اند.
“در موقع عملکردن کلید، کلیدهای باز بسته می شوند و کلیدهای بسته باز خواهند شد.“
- تیغه‌های کمکی، از نوع تیغه‌های فرمان محسوب شده و در بالای بدنه کنتاکتور یا در بعضی از مدل‌های آن در کنار بدنه کنتاکتور نصب می‌شوند و بدین ترتیب با هر بار تحریک شدن بوبین کنتاکتور، تیغه‌های کمکی نیز تغییر وضعیت می‌دهند.
- برای حفاظت بار از رله حرارتی یا بی‌متال استفاده میشود. این نوع رله‌ها در برخی از انواع کنتاکتور از قبل تعبیه شده‌اند و در انواع دیگر به صورت اختیاری بر روی کنتاکتور بسته می‌شوند. اگر بار بسته شده به کنتاکتور جریانی بیش از حد مجاز از شبکه بکشد رله حرارتی یا بی‌متال عمل میکند و مدار را قطع خواهد کرد.
- معمولاً کنتاکتهای اصلی را با اعداد 1 تا 3 و یا L1,L2,L3 نمایش می‌دهند. کنتاکتهای فرعی را با دو رقم مشخص میکنند. که رقم اول بیانگر شماره کنتاکت فرعی است و رقم دوم مشخص کننده NO یا NC بود کنتاکت است. اگر رقم دوم 1 یا 2 بود کنتاکت از نوع NC و اگر از رقم دوم 3 یا 4 بود کنتاکت از نوع NO خواهد بود.
- کنتاکتهای فرمان ضعیف بوده و فقط قادر به تحمل جریان‌های مدار فرمان می‌باشند.
جنس تیغه های کنتاکتور:
این مواد باید در برابر فشار مکانیکی، ساییدگی و آرک مقاومت کنند. هدایت الکتریکی تیغه‌های کنتاکتور تا حد امکان بالا است، زیرا جریان کامل بار از کنتاکتها عبور میکند. برای کاربردها جریان پایین، این کنتاکتها از اکسید کادمیوم نقره و نیکل نقره ساخته شده و برای کاربردهای جریان بالا و جریان DC، از اکسید قلع نقره ساخته شده‌اند.
مشخصات نامی کنتاکتورها:
جریان‌های نامی (Ie) :
کنتاکتهای متحرک با فشار بر روی کنتاکتهای ثابت اتصال پیدا میکنند. و سطح کنتاکتها نیز کاملاً صاف نیست. لذا سطح تماس تیغه‌ها کوچک خواهد بود. بنابراین مقاومت الکتریکی در سطح تماس بالا خواهد بود. عبور جریان باعث گرم شدن کنتاکتها و کاهش هدایت الکتریکی و در پی آن افزایش گرما خواهد شد. هر چه زمان عبور جریان بیشتر باشد، تیغه ها بیشتر گرم می‌شوند. با توجه به زمان لازم برای وصل بودن کنتاکتورها، جریان‌های زیر تعریف می‌شوند:
الف) جریان دائمی (Ith2) :
جریانی است که در شرایط کار عادی، در زمانی نامحدود و بدون قطع‌شدن از کنتاکتها عبور کرده، به آن صدمه ای وارد نکند.( لزومی به تعمیر و سرویس کنتاکتور نیز نباید احساس شود.) این جریان نباید حرارت غیرمجاز تولید کند.
ب) جریان هفتگی(Ith1 ):
جریانی است که در شرایط نرمال و با هفته‌ای یکبار اتصال می تواند بدون ایجاد مشکل از کنتاکتها عبور کرده و تغییری در خصوصیات کنتاکتور به وجود نیاورد.
ج) جریان شیفتی (هشت ساعتی) (Ith)
جریانی است که می‌تواند در شرایط کار نرمال و با یکبار اتصال در هر هشت ساعت (یک شیفت کاری) از کنتاکتها بگذرد و تغییری در خصوصیات کنتاکتور به وجود نیاورد.
د) جریان کار نامی (Ie )
جریانی است که شرط استفاده از کنتاکتور را در رابطه با نوع و مقدار ولتاژ بار بیان میکند. مثلاً اگر این جریان به طور دائم از کنتاکتور عبور نماید، مقدار Ie برابر با Ithخواهد بود. (Ie = Ith)
جریان اتصال کوتاه ضربه‌ای:
در مدار فرمان و قدرت کنتاکتور باید از وسایل حفاظتی مانند کلید یا فیوز استفاده نمود تا در صورت اتصال کوتاه بلافاصله مدار قطع شود. چون در فاصله زمانی اتصال کوتاه تا قطع مدار توسط وسایل حفاظتی از کنتاکتهای کنتاکتور نیز جریان خیلی زیادی عبور میکند، لذا باید کنتاکتها تحمل این جریان را در این زمان کوتاه داشته باشند و به یکدیگر جوش نخورده یا تغییر فرم ندهند. همچنین مقدار مؤثر جریان اتصال کوتاه که کلید برای مدت یک ثانیه قادر به تحمل آن است، جریان یک‌ثانیه‌ای یا جریان نامی زمان کم نام دارد و با (Is) مشخص می‌گردد.
جریان نامی زمان کم (جریان 1 ثانیه):
مقدار موثر جریانی است که کنتاکتور برای مدت زمان یک ثانیه در حالت اتصال کوتاه می‌تواند بدون صدمه دیدن تحمل کند. (Iths)
جریان حرارتی:
معمولاً به غیر از جریان نامی، جریان دیگری نیز درون کنتاکتورها برقرار میشود. که به جریان حرارتی موسوم است. جریان حرارتی حداکثر جریانی است که در اثر عبور آن کنتاکتور صدمه می‌بیند.
ولتاژهای نامی:
الف) ولتاژ کار نامی (Ue):
مقدار ولتاژی است که تیغه‌ها می‌توانند با جریان کار نامی Ie در این ولتاژ مورد استفاده قرار گیرند. این ولتاژ، توانایی قطع و وصل، نوع و محل استفاده کنتاکتور را مشخص میکند.
ب) ولتاژ عایق نامی (Ui):
استحکام عایقی بین عضوهای اتصالی را مشخص میکند.
ج) ولتاژ تغذیه نامی (UC):
ولتاژی است که باید به بوبین کنتاکتور اتصال یابد و معمولاً مقدار آن روی بوبین کنتاکتور نوشته میشود.
- ولتاژ کنتاکتورهای صنعتی از ۲۲۰ ولت تا ۶۶۰ ولت است و کنتاکتهای اصلی آن‌ها برای جریان 9 تا 2750 آمپر(مجهز به رادیاتورهای خفه‌کننده جرقه در موقع قطع و وصل) ساخته می‌شوند.
انرژی مصرفی کنتاکتورها:
بوبین هر کنتاکتوری را میتوان برای کار با ولتاژهای مختلف طراحی نمود از 12 ولت جریان مستقیم تا 15 ولت متناوب و ولتاژ های دیگر. به علت عبور جریان از بوبین کنتاکتور، کنتاکتور به صورت یک مصرف کننده مقداری توان مصرف کرده و گرم میشود. یک کنتاکتور خوب باید دارای مصرف داخلی کم باشد. برای کم کردن مصرف کنتاکتور میتوان از یک مقاومت که بعد از عملکرد کنتاکتور با بوبین سری میشود استفاده کرد. به دو سر این مقاومت تیغه‌ای از خود کنتاکتور وصل می‌گردد بعد از اینکه جریان وارد سیم‌پیچ شد، تیغه‌ای که قبلاً بسته بود باز می‌شوند و مقاومتی که سر راه بوبین قرار می‌گیرد با آن سری میشود.
شناخت مشخصات کنتاکتور:
با توجه به نوع مصرف کننده و شرایط کار، کنتاکتورها دارای قدرت و جریان عبوری مشخصی برای ولتاژهای مختلف هستند. بنابراین باید به جدول و مشخصات کنتاکتور توجه کنیم و انتخاب کنتاکتور را منطبق بر مشخصات مورد نیاز قرار داد برای اتصال مصرف کننده به شبکه باید از کلید یا کنتاکتوری استفاده کرد که کنتاکتهای آن تحمل جریان راه اندازی و جریان دائمی را داشته باشند و همچنین در صورت اتصال کوتاه، جریان لحظه‌ای زیادی که از مدار عبور میکند و یا جرقه‌ای که هنگام اتصال مدار ایجاد میشود صدمه‌ای به کنتاکتور نزند، بدین منظور و برای این که بتوانیم پس از طراحی مدار، کنتاکتور مناسب را برای اتصال مصرف کننده به شبکه انتخاب کنیم باید با مقادیر نامی مربوط به کنتاکتور آشنا شویم.
| نوع جریان | استاندارد و طبقه بندی کنتاکتور | مورد استفاده |
| AC | AC1 | باراهمی – بار غیر سلفی یا باخاصیت سلفی ضعیف – گرم کن برقی توان حدود COSΦ=0/95 |
| AC2 | برای راه اندازی موتورهای آسنکرون روتور سیم پیچی، بدون ترمز جریان مخالف، جریان راه اندازی بستگی به مقاومت مدار روتور دارد. قطعا هر پارامتر تاثیر بر قیمت کنتاکتور خواهد داشت. | |
| ‘AC2 | برای راه اندازی موتور آسنکرون روتور سیم پیچی با ترمز جریان مخالف | |
| AC3 | برای راه اندازی موتور آسنکرون روتور قفسه‌ای – هنگام قطع جریان نامی از تیغه‌های کنتاکتور عبور میکند – تحمل جریان راه اندازی 5 تا 7 برابر جریان نامی | |
| AC4 | برای راه اندازی موتور آسنکرون روتور قفسه‌ای – به کار بردن ترمز جریان مخالف – تغییر جهت گردش الکتروموتور روتور قفسه‌ای – تعداد دفعات قطع و وصل در فواصل زمانی اندک | |
| AC11 | کنتاکتور کمکی – کنتاکتور فرمان بدون داشتن کنتاکت قدرت کوپل مغناطیسی – استفاده فقط در مدار فرمان | |
| DC | DC1 | بار اهمی – بار غیر سلفی یا با خاصیت سلفی ضعیف – گرم کن برقی |
| DC2 | راه اندازی موتور شنت – قطع کردن موتور هنگام کار | |
| DC3 | برای راه اندازی موتور شنت با تعداد دفعات قطع و وصل زیاد در فواصل زمانی اندک – مدار ترنر | |
| DC4 | راه اندازی موتور سری – قطع موتور هنگام کار | |
| DC5 | راه اندازی موتور سری با تعداد دفعات قطع و وصل زیاد، در فواصل زمانی اندک – تغییر جهت گردش موتور – مدار ترنر | |
| DC11 | کنتاکتور کمکی – کنتاکتور فرمان – کوپل مغناطیسی |
زمان عملکرد کنتاکتورها:
منظور از زمان عملکرد زمانی است که پس از سپری شدن آن، کنتاکتهای کنتاکتور باز و یا بسته میشود. در کنتاکتورها و رله ها این زمان را طوری تنظیم میکنند که عمل قطع و وصل در زمان معینی به وقوع بپیوندد که این زمان ها معمولاً در حد چند میلی ثانیه است.
در ادامه بخوانید: عواقب باز بودن ثانویه ترانس جریان در مدار
عمر مکانیکی:
هر کنتاکتوری یک عمر مکانیکی دارد که بعد از سپری شدن آن فرسوده شده و از کار می‌افتد این عمر بر حسب تعداد قطع و وصل شدن‌ها بیان میشود. طول عمر مکانیکی کنتاکتورها 10 به توان هشت بار قطع و وصل می‌باشد. در حالی که این مقدار برای کلیدهای معمولی 1000 بار قطع و وصل می‌باشد.
