برق , مهندسی 112 بازدید

در آموزش‌های پیشین مجله فرادرس با برخی تجهیزات حفاظتی در سیستم‌های الکتریکی از قبیل فیوز و رله آشنا شدیم. در این آموزش، مطالبی را درباره کنتاکتور و ساختار و انواع آن بیان می‌کنیم.

کنتاکتور چیست؟

«کنتاکتور» (Contactor) یک وسیله کنترلی الکترومکانیکی است که برای ایجاد یا قطع ارتباط بین بار و منبع تغذیه استفاده می‌شود. استفاده از کنتاکتور شبیه به رله است. اما دستگاه مورد استفاده برای کاربردهایی با جریان بالاتر به عنوان کنتاکتور و دستگاه مورد استفاده در موارد جریان پایین‌تر به عنوان رله شناخته می‌شود.

کنتاکتور بر اساس کاربرد و بار متصل به تعداد کنتاکت‌های مختلفی دارد. به طور کلی، این کنتاکت‌ها در دو حالت «معمولاً باز» (Normally Open) یا NO و «معمولاً بسته» (Normally Closed) یا NC قرار می‌گیرند. متداول‌ترین کاربرد کنتاکتور در استارتر است که برای روشن و خاموش کردن تجهیزاتی مانند موتور، ترانسفورماتور و غیره به کار می‌رود.

کنتاکتور، مشابه رله، یک سوئیچ کنترل شده الکتریکی است که برای قطع و وصل مدار قدرت استفاده می‌شود، با این تفاوت که محدوده اندازه جریان در کنتاکتور بالاتر است. کنتاکتور توسط یک مدار (فرمان) کنترل می‌شود که سطح انرژی بسیار کمتری نسبت به مدار سوئیچینگ (قدرت) دارد.

یک کنتاکتور

کنتاکتور مغناطیسی یک سوئیچ است که به صورت مغناطیسی عمل می‌کند و در صورت لزوم مدار الکتریکی را بسته یا باز می‌کند. جزئیات بیشتر این نوع کنتاکتور را در ادامه بیان خواهیم کرد.

ساختار کنتاکتور

یک کنتاکتور دارای سه بخش اصلی است:

  • بوبین یا الکترومگنت
  • محفظه یا قاب
  • کنتاکت‌ها

سیم‌پیچ یا الکترومگنت

سیم‌پیچ روی هسته الکترومغناطیسی پیچیده شده و به عنوان یک الکترومگنت یا آهنربای الکتریکی رفتار می‌کند. سیم‌پیچ عموماً دارای دو بخش است: یکی بخش ثابت و دیگر بخش متحرک. یک فنر بین هر دو قسمت وصل شده است. از این رو، ساختار آن به گونه‌ای است که قابلیت بازگشت فنر وجود دارد. میله‌ای به قسمت متحرک وصل می‌شود. این میله به عنوان آرمیچر یا بوبین نیز شناخته می‌شود. هنگامی که نیروی بوبین بیشتر از نیروی فنر باشد، هر دو کنتاکت به هم متصل می‌شوند و هنگامی که نیروی فنر بیشتر از نیروی بوبین است، کنتاکت‌ها یکدیگر جدا می‌شوند.

مقدار بسیار کمی از جریان از طریق منبع تغذیه یا مدار کنترل خارجی در پیچه جریان می‌یابد تا هسته الکترومغناطیس را تحریک کند. برای کاربردهای AC، هسته الکترومغناطیسی از آهن نرم چند لایه تشکیل شده است تا جریان گردابی را کاهش دهد. در کاربردهای DC، جریان گردابی وجود ندارد و هسته از فولاد سخت تشکیل شده است.

محفظه یا بدنه

محفظه برای محافظت از قسمت‌های داخلی کنتاکتور استفاده می‌شود. محفظه از پلاستیک، نایلون 6، سرامیک یا باکالیت ساخته شده است. آهنربا و کنتاکت‌ها در محفظه قرار می‌گیرند و از آن‌ها محافظت می‌شود. در واقع، محفظه برای عایق کردن کنتاکت‌ها و محافظت از آن‌ها در برابر گرد و غبار، روغن، شرایط بد جوّی و خطرات ناشی از انفجار استفاده می‌شود و از تماس مستقیم کنتاکت برق‌دار جلوگیری می‌کند.

کنتاکت‌ها

کنتاکت تنها بخشی است که کل جریان بار از آن عبور می‌کند و از این رو، یک بخش بسیار مهم در کنتاکتورها است. کنتاکت‌ها را می‌توان به کنتاکت قدرت، کنتاکت کمکی و فنر کنتاکت تجزیه کرد. دو نوع کنتاکت قدرت وجود دارد: کنتاکت ثابت و کنتاکت متحرک.

ماده مورد استفاده برای ساخت کنتاکت‌هااز مقاومت قوس پایدار و مقاومت در برابر جوش بالایی برخوردار است. این مواد باید در برابر فشار مکانیکی، ساییدگی و قوس مقاومت کنند. مقاومت این ماده تا حد ممکن کم 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.

آرمیچر یا بوبین آهنربای الکتریکی به کنتاکت متحرک متصل می‌شود. از این رو، کنتاکت متحرک با عمل آهنربا حرکت کرده و با کنتاکت ثابت قطع و وصل می‌شود.

ساختار کنتاکتور
ساختار کنتاکتور

عملکرد کنتاکتور

یک میدان الکترومغناطیسی هنگام انرژی‌دار شدن سیم‌پیچ الکترومغناطیسی تولید می‌شود. همان‌طور که در ساختار کنتاکتور مشاهده کردیم، کنتاکت متحرک کنتاکتور به بوبین (میله فلزی) آهنربا متصل می‌شود. هنگامی که میدان الکترومغناطیسی تولید می‌شود، به بوبین نیرو وارد شده و به سمت کنتاکت ثابت جابه‌جا می‌شود. نیروی تولید شده توسط سیم‌پیچ بیشتر از نیروی فنر است. تا زمانی که انرژی سیم‌پیچ تخلیه نشود، هر دو کنتاکت در این موقعیت باقی می‌مانند.

پس از تخلیه انرژی سیم‌پیچ، نیروی الکترومغناطیسی صفر است و بوبین به دلیل نیروی فنر به عقب و حالت نرمال (موقعیت OFF) بر می‌گردد. کنتاکتورها برای عملکرد قطع و وصل سریع طراحی شده‌اند.

ورودی سیم‌پیچ کنتاکتور می‌تواند AC یا DC باشد یا در برخی موارد از سیم‌پیچ یونیورسال (هم AC و هم DC) به عنوان سیم‌پیچ الکترومغناطیسی استفاده می‌شود. برق کمی در کنتاکت‌ها تلف می‌شود و از یک مدار اکونایزر برای کاهش این اتلاف استفاده می‌شود.

در حین اتصال و قطع کنتاکت‌ها، یک قوس بین آن‌ها ایجاد می‌شود. این قوس ممکن است باعث کاهش عمر کنتاکتور شود، زیرا دمای کنتاکت‌ها در این حالت افزایش می‌یابد. در اثر قوس، گازهای مضر مانند مونوکسید تولید می‌شود. از این رو، روشهای مختلفی برای کنترل و انقراض قوس ها استفاده می شود.

کنتاکتورها بر اساس جریان و ولتاژ‌ بار، محدوده کنترل ولتاژ و کاربردی که در موارد مختلف دارند، انتخاب می‌شوند. اگر می‌خواهید باز یا بسته بودن کنتاکت‌ها را بررسی کنید، می‌توانید با کمک اهم‌متر این کار را انجام دهید. اهم‌متر را بین کنتاکت‌های ورودی و خروجی متصل کنید، اگر مقدار نشان داده شده بینهایت است، کنتاکت‌ها بازند و اگر صفر باشد، کنتاکت‌ها بسته‌اند.

عملکرد کنتاکتور
عملکرد کنتاکتور

انواع کنتاکتور

در این بخش، با انواع کنتاکتورها آشنا می‌شویم.

سوئیچ تیغه چاقویی

کنتاکتورهای تیغه چاقویی قدیمی‌ترین نوع کنتاکتورها هستند که برای خاموش و روشن کردن موتورهای برقی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این کنتاکتورها از نوار یا تیغه فلزی همراه با یک اهرم تشکیل شده‌اند. از اهرم برای بالا و پایین کشیدن نوارهای فلزی استفاده می‌شود. کنتاکتور با سوئیچ تیغه چاقویی یک کنتاکتور دستی است و قطع و وصل سریع آن به صورت دستی بسیار دشوار است. همچنین امکان از بین رفتن کنتاکت‌ها نیز وجود دارد.

جریان بار کامل از کنتاکت‌ها عبور می‌کند و از این رو برای موتور بزرگ، جریان بار کامل بسیار زیاد است. در این شرایط، مشکل ایجاد قوس بین کنتاکت‌ها وجود دارد و خاموش کردن آن دشوار است. مشکل دوم اتلاف توان است. از آنجا که جریان بسیار زیاد است، مقدار زیادی از انرژی توسط کنتاکت‌ها تلف می‌شود. مشکل سوم نیز ایمنی است. بنابراین، این نوع کنتاکتور به بهبود نیاز دارد. طول عمر این کنتاکتورها بسیار کم است، زیرا احتمال خوردگی کنتاکت‌ها به دلیل رطوبت وجود دارد. به دلیل مشکلات و خطرات کاری، از این کنتاکتور به ندرت استفاده می‌شود.

سوئیچ تیغه چاقویی
سوئیچ تیغه چاقویی

کنتاکتورهای دستی (کنتاکتورهای دو تکه)

کنتاکتورهای تیغه چاقویی مضرات زیادی دارند. از این رو، برای رفع این معایب، کنتاکتورهای دستی معرفی شده‌اند. این نوع کنتاکتورها برای کار با واحد کوچک‌تر بی‌خطر هستند.

کنتاکتور دستی
کنتاکتور دستی

کنتاکتورهای دستی این امکان را به ما می‌دهند تا در یک فضای کوچک‌تر با جریان بیشتری کار کنیم. کنتاکت‌های دو تکه اتصال را تقسیم کرده و دو مجموعه کنتاکت ایجاد می‌کنند. همان‌طور که از نام این کنتاکتورها پیداست، نمی‌توان آن‌ها را با ریموت یا به صورت بی‌سیم کنترل کرد و باید به صورت دستی کنترل شوند. بنابراین، اپراتور به صورت دستی آن‌ها را روشن و خاموش می‌کند.

کنتاکتورهای مغناطیسی

طراحی این نوع کنتاکتورها در بین سایر انواع کنتاکتورها از همه پیشرفته‌تر است. این کنتاکتورها از نوع الکترومغناطیسی هستند و می‌توانند به طور خودکار کار کنند و برای روشن و خاموش کردن بار به مدار کنترل کوچکی نیاز دارند. بنابراین عملکرد این کنتاکتورها در مقایسه با کنتاکتورهای دستی بی خطر است. کنتاکتورهای مغناطیسی پرکاربردترین کنتاکتورها در کاربردهای صنعتی هستند. عملکرد کنتاکتورهای مغناطیسی به صورت الکترومکانیکی انجام می‌شود و به همین دلیل، برای برقراری ارتباط بین بار و منبع تغذیه، به مقدار بسیار کمی جریان نیاز دارند. شکل زیر یک کنتاکتور مغناطیسی را نشان می‌دهد.

کنتاکتور مغناطیسی

تفاوت بین کنتاکتور و رله چیست؟

مهم‌ترین تفاوت‌های رله و کنتاکتور به شرح زیر است:

  • کنتاکتورها برای کاربردهای سوئیچینگ ولتاژ بالا استفاده می‌شوند و رله‌ها در کاربردهای سوئیچینگ ولتاژ پایین به کار می‌روند. به طور کلی، اگر جریان بار بیش از ۱۵ آمپر باشد، از کنتاکتورها استفاده می‌شود و اگر جریان بار کمتر از ۱۵ آمپر باشد، رله به کار می‌رود.
  • اندازه کنتاکتور نسبت به اندازه رله بزرگ‌تر است.
  • نگهداری و تعمیر کنتاکتور آسان است، در حالی که در اغلب شرایط، رله را نمی‌توان تعمیر کرد.
  • در اغلب موارد، کنتاکتورها به صورت معمولاً باز (NO) به هم وصل می‌شوند و رله‌ها به صورت معمولاً بسته (NC)  هستند.
  • زمان سوئیچینگ کنتاکتور در مقایسه با رله کند است.

کاربرد کنتاکتورها

کنتاکتور در موارد زیر مورد استفاده قرار می‌گیرد:

  • رایج‌ترین کاربرد کنتاکتور در استارتر یا راه‌اندازی موتور است. در این مورد، کنتاکتور به همراه حفاظت‌های اضافه بار و اتصال کوتاه موتورهای صنعتی استفاده می‌شود.
  • کنتاکتورها برای اتوماسیون چراغ‌ها برای مصارف روشنایی صنعتی، تجاری و مسکونی استفاده می‌شوند. برای این کاربرد، رله نوع لچ (Latch) با کار می‌رود که دو سیم‌پیچ دارد، یکی برای کنتاکت باز و دیگری برای کنتاکت بسته.
  • کنتاکتورهای تک‌پل برای کار با بار ۱۲ ولت DC در خودرو به کار می‌روند.
  • استفاده از کنتاکتورها با مدارشکن، ایمنی عملکرد بار در صنایع را تضمین می‌کند. در چنین کاربردهایی، از کنتاکتورها برای جابه‌جایی سریع بار استفاده می‌شود.
  • کنتاکتور در رله جیوه‌ای و رله تر شده در جیوه استفاده می‌شود.
  • کنتاکتورهای دو پل (3 سیمه و تک فاز) برای کار با بار ولتاژ ۲۴۰ ولت AC مانند تهویه هوا به کار می‌روند.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

سید سراج حمیدی (+)

«سید سراج حمیدی» دانش‌آموخته مهندسی برق است. او مدتی در زمینه انرژی‌های تجدیدپذیر فعالیت کرده، و در حال حاضر، آموزش‌های ریاضیات، مهندسی برق و بورس مجله فرادرس را می‌نویسد.

بر اساس رای 1 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *