کنتاکتور یکی از تجهیزات پرکاربرد برق صنعتی است. هرگونه اختلال در عملکرد این عناصر می تواند عملکرد کل مدار را تحت تاثیر قرار دهد. وریستور کنتاکتور یک قطعه حفاظتی است که در برابر افزایش ولتاژهای لحظه ای از کنتاکتور حفاظت می کند.
افزایش ولتاژ لحظه ای با نام سرج (surge) شناخته می شود. انواع مختلفی از سرج پروتکتور کنتاکتور برای استفاده در کاربردهای مختلف پیشنهاد شده است. عدم حفاظت از سرج به بوبین کنتاکتور و سایر تجهیزات متصل به مدار آسیب می رساند.
وریستورها به صورت ویژه به همراه کنتاکتور AC قابل استفاده هستند. به منظور حفاظت از کنتاکتور DC در برابر سرج از دیود هرزگرد استفاده می شود. با بررسی بیشتر وریستور کنتاکتور همراه من باشید.
مقدمه ای بر کنتاکتور
کنتاکتور یک کلید الکترومغناطیسی با قابلیت قطع و وصل از راه دور است. همین ویژگی سبب استفاده گسترده از کنتاکتور در اتوماسیون صنعتی شده است. کاربرد اصلی کنتاکتورها در صنعت، راه اندازی موتور الکتریکی سه فاز است. برای این منظور کنتاکتورها به صورت مستقل، در کنار درایو و یا همراه سافت استارتر مورد استفاده قرار می گیرند. کنتاکتور از 4 بخش اصلی زیر تشکیل شده است:
- بوبین یا سیم پیچ الکتریکی
- هسته آهنی
- کنتاکت ثابت و کنتاکت متحرک
- جرقه گیر
عبور جریان از سیم پیچ سبب تشکیل یک آهنربای الکتریکی می شود. هسته سیم پیچ دو بخش ثابت و متحرک دارد. شار مغناطیسی عبوری از بخش ثابت، به بخش متحرک هسته نیرو وارد می کند. در نتیجه این نیرو بخش متحرک به سمت بخش ثابت حرکت می کند تا فاصله هوایی را حذف و مسیری برای عبور شار مغناطیسی ایجاد کند. با حرکت بخش متحرک هسته تیغه متحرک جابجا شده و به تیغه ثابت می چسبد. در نتیجه مسیر جریان بسته و مصرف کننده روشن می شود.
وریستور چیست؟
وریستور با عنوان مقاومت وابسته به ولتاژ (Voltage Dependent Resistors) شناخته می شود. این قطعه الکتریکی قادر است انرژی اضافی و مقادیر ناخواسته ولتاژ زودگذر (ناپایدار) را جذب کند. کاربرد اصلی این قطع حفاظت از مدارهای الکترونیکی و سیستم‌های قدرت است.
به بیان ساده وریستور یک المان مقاومتی با ویژگی های ولت آمپر غیر خطی است. این قطعه عمدتا به منظور کنترل اضافه ولتاژ زودگذر و جریان اضافی دستگاه های حساس به کار می رود. وریستور به طور گسترده در منابع تغذیه، کنترل کننده های افزایش ولتاژ لحظه ای، سیستم های امنیتی، حفاظت از موتور، سیستم های الکترونیکی خودرو، لوازم خانگی و غیره استفاده می شود. وریستور کنتاکتور نیز در برخی کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.
صرف‌نظر از اینکه با منبع AC یا DC کار می‌کنید، منابع متنوعی برای تولید تنش های گذرای ولتاژ (Transient Surge) وجود دارد. این تنش ها ممکن است توسط خود مدار ایجاد شده و یا از منابع خارجی وارد مدار شوند. حالت‌های گذرا به صورت ناگهانی و بسیار سریع ولتاژ مدار را تا چند هزار ولت بالا می برند. جلوگیری از ورود این جهش ولتاژ به پایه‌های المان‌ها و اجزای حساس مدار ضروری است.
یکی از متداول‌ترین منابع ایجاد جهش ولتاژ، اثر سلفی است که در اثر کلیدزنی موتورهای AC و ترانسفورماتور، کلیدزنی موتورهای DC و روشن کردن لامپ‌های فلوئورسنت و … به وجود می‌آید.
جهش‌های شکل موج AC
شکل زیر نمایی از ایجاد جهش های ناخواسته در شکل موج AC را نشان می‌دهد. اعمال این جهش ها به مدار می تواند سبب افزایش ناگهانی ولتاژ و در نتیجه جریان عبوری از مدار شود. عدم کنترل این جهش ها آسیب های جدی مدارات را به همراه دارد. همچنین عدم پایداری مدار از دیگر چالش هایی است که حالت های گذرای ولتاژ در مدار ایجاد می کنند.
عملکرد وریستور در مدار
در شرایط کار عادی مقاومت وریستور بسیار بالا است. در این حالت ولتاژهای پایین‌تر از حد آستانه یا کلمپ بدون تغییر باقی مانده و مدار به عملکرد خود ادامه می دهد. اما اگر ولتاژ دو سر وریستور از حد آستانه (یا ولتاژ شکست) بالاتر برود، مقاومت موثر وریستور به شدت کاهش پیدا می کند.
از قانون اهم می‌دانیم که مشخصه جریان – ولتاژ مقاومت، با شرط ثابت بودن R، یک خط مستقیم است. جریان الکتریکی نیز با اختلاف پتانسیل پایه‌های مقاومت نسبت مستقیم دارد. اما منحنی جریان- ولتاژ وریستور، خطی نیست و تغییر ولتاژ منجر به تغییر مشخص و خطی در جریان نمی شود.
وریستور در مدار AC بین فاز و خنثی (Phase-to-Neutral) یا دو فاز (Phase-to-Phase) و در مدار DC بین مثبت و منفی (Positive-to-Negative) متصل می‌شود. این قطعات محافظ متناسب با کاربردشان یک ولتاژ نامی دارند. در زمان عبور ولتاژهای کمتر از ولتاژ شکست (نامی) از مدار، وریستور اثری بر مدار ندارد و جریان بسیار کمی در حد 1 میلی آمپر از آن عبور می کند.
با رسیدن ولتاژ به آستانه شکست وریستور، عملکرد آن تغییر می کند. در این حالت مقاومت وریستور به صفر میل می کند و تمام جریان از مسیر وریستور عبور می کند. با این مکانیزم ساده از اعمال اضافه ولتاژ به دو سر بار جلوگیری می شود. ولتاژ شکست وریستور متناسب با ماکزیمم ولتاژ کارکرد ایمن مدار انتخاب می شود.
اتصال وریستور به کنتاکتور
این قطعات به صورت موازی در دو سر بوبین کنتاکتور نصب می شوند. برای بسته شدن تیغه های کنتاکتور لازم است جریان کافی در سیم پیچ وجود داشته باشد. با قطع ولتاژ بوبین، نیرو محرکه خود القایی در مدار ایجاد می شود. از آنجا که قطع ولتاژ بوبین در یک لحظه کوتاه اتفاق می افتد، نرخ تغییر جریان در نتیجه نیروی محرکه القا شده در سیم پیچ بسیار زیاد است.
این ولتاژ لحظه ای بالا به دستگاه های الکترونیکی که در معرض اضافه ولتاژ هستند آسیب می رساند. مقدار این ولتاژ از سطح ولتاژ تحریک بوبین کنتاکتور بیشتر است و می تواند به بوبین آسیب برساند. بنابراین به منظور محافظت از قطعات الکترونیکی مدار در برابر ضربه جریان ناشی از قطع برق سیم پیچ و بهبود ضریب توان، یک وریستور به صورت موازی در دو سر سیم پیچ کنتاکتور AC متصل می شود.
انتخاب وریستور مناسب
زمانی که ولتاژ دو سر وریستور کمتر از مقدار معینی باشد، تقریباً نارسانا است و معادل یک مدار باز عمل می کند. با عبور ولتاژ از مقدار معین (ولتاژ شکست)، وریستورها تقریباً معادل یک مسیر اتصال کوتاه عمل می کنند. بنابراین، جریان کار ایمن وریستور باید بیشتر از جریان سیم پیچ انتخاب شود تا پس از قطع برق، وریستور به حالت مدار باز برگردد.
ولتاژ شکست وریستور باید بیشتر از ولتاژ تحریک سیم پیچ در نظر گرفته شود. با این کار زمانی که ولتاژ تحریک به بوبین وصل می شود، وریستوردر حالت اتصال باز است و کنتاکتور به کار خود ادامه می دهد.
چنانچه برای حفاظت از مدار در برابر صاعقه از وریستور استفاده می کنید، باید آن را بین خط و زمین وصل کنید و فیوز نیز به صورت سری با آن وصل شود. ولتاژ صاعقه بسیار بیشتر از ولتاژ خط است و از آستانه شکست وریستور فراتر می رود. در این حالت وریستور روشن می شود و ولتاژ به زمین تخلیه می شود.
با این کار تجهیزات مدار در برابر صاعقه محافظت می شوند. در این کاربرد بهتر است ولتاژ وریستور بین 510 ~ 470 انتخاب شود.
جمع بندی
جهت فعال شدن کنتاکتور و بسته شدن مدار لازم است ولتاژ فعالسازی به بوبین اعمال شود. به منظور قطع مدار و خاموش کردن مصرف کننده باید ولتاژ بوبین قطع شود. با قطع ولتاژ بوبین به صورت ناگهانی شاهد القای نیرو محرکه معکوس بزرگ در سیم پیچ هستیم.
این نیرو محرکه بزرگ منجر به ایجاد ولتاژی بزرگ در دو سر بوبین می شود که می تواند سوختن بوبین را به همراه داشته باشد. به منظور حفاظت از کنتاکتور در برابر این افزایش ناگهانی ولتاژ از وریستور استفاده می شود. ولتاژ شکست و حداکثر جریان وریستور با توجه به محل نصب و الزامات مدار تعیین می شود.