خازن عدسی کنتاکتور – مزایا و معایب

کنتاکتورها به صورت گسترده جهت کنترل تجهیزات الکتریکی به ویژه در توان های بالا مورد استفاده قرار می گیرند. عملکرد کنتاکتور مبتنی بر یک بوبین است. در واقع وجود همین بوبین امکان کنترل کنتاکتور و در نتیجه بار از راه دور را فراهم می کند. اما در کنار این مزیت بزرگ، وجود بوبین در کنتاکتور یک چالش جدی هم به همراه دارد. این چالش از رفتار سیم پیچ ها در مواجهه با عبور جریان نشات می گیرد. طبق قانون لنز در لحظه قطع ولتاژ بوبین یک ولتاژ معکوس در دو سر آن القا می شود که اندازه بزرگی دارد. یکی از راه های غلبه بر این چالش، استفاده از خازن عدسی کنتاکتور است.

در ادامه به بیان جزئیات بیشتری در مورد این قطعات جانبی خواهیم پرداخت.

مروری بر کنتاکتور

کلیدهای الکترومغناطیسی که به منظور کنترل جریان الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند. ساختار کنتاکتورها شامل بخش های مختلفی است که بوبین و تیغه اصلی مهمترین آن ها هستند. تیغه اصلی در واقع مسیر عبور جریان بار است. این تیغه به دو بخش ثابت و متحرک تقسیم می شود. بخش ثابت به بدنه کنتاکتور متصل است و بخش متحرک به هسته سیم پیچ وصل شده است. با برقدار شدن بوبین، یک آهنربای الکتریکی تشکیل می شود که قادر است هسته و در نتیجه بخش متحرک تیغه را جابجا کند. با قطع ولتاژ بوبین، خاصیت آهنربایی از بین رفته و تیغه متحرک توسط یک فنر به محل اولیه خود برمی گردد.

آشنایی با مفهوم سرج

خازن عدسی کنتاکتور در دسته بندی تجهیزات سرج پروتکتور کنتاکتور قرار می گیرد. اما سرج چیست و چرا باید مدار را در برابر آن محافظت کنیم؟ SURGE در لغت به معنای نوسان یا افزایش ناگهانی و در مدار الکتریکی، ایجاد یک موج گذرا روی جریان، ولتاژ یا توان است. 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 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 و ممکن است به تجهیزات الکترونیکی آسیب وارد کنند. 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. یکی از منابع اصلی ایجاد سرج در سیستم، فرایند کلید زنی کنتاکتور و رله است.

خازن عدسی کنتاکتور

خازن عدسی برای محافظت از کنتاکتور در برابر جریان هجومی (Inrush current) استفاده می شود. جریان هجومی جریانی است که در هنگام وصل کنتاکتور به مدار، از سیم پیچ کنتاکتور می گذرد. این جریان می تواند بسیار زیاد باشد و به کنتاکتور و سایر تجهیزات مدار آسیب برساند.

خازن عدسی کنتاکتور با قرار گرفتن در مدار فرمان کنتاکتور، جریان هجومی را جذب می کند و از آسیب رسیدن به کنتاکتور جلوگیری می کند. این خازن ها در کنتاکتورهایی که برای کنترل بارهای القایی مانند موتورها استفاده می شوند، کاربرد دارد.

خازن عدسی کنتاکتور دارای ویژگی های زیر است:

• ظرفیت بالا: خازن باید دارای ظرفیت بالایی باشد تا بتواند جریان هجومی را جذب کند.
• ولتاژ بالا: خازن باید دارای ولتاژ نامی بالا باشد تا بتواند در مدارهای با ولتاژ بالا استفاده شود.
• تحمل جریان بالا: خازن باید بتواند جریان هجومی را تحمل کند.

خازن عدسی کنتاکتور معمولاً به صورت سری با سیم پیچ کنتاکتور در مدار فرمان قرار می گیرد.

مزایای استفاده از خازن عدسی کنتاکتور

• افزایش طول عمر کنتاکتور: خازن عدسی کنتاکتور با جذب جریان هجومی، از آسیب رسیدن به کنتاکتور و سایر تجهیزات مدار جلوگیری می کند و باعث افزایش طول عمر آنها می شود.
• کاهش احتمال ایجاد اختلال در مدار: جریان هجومی می تواند باعث ایجاد اختلال در مدار شود. خازن عدسی کنتاکتور با جذب جریان هجومی، از ایجاد اختلال در مدار جلوگیری می کند.

معایب خازن عدسی کنتاکتور

• افزایش هزینه: خازن عدسی کنتاکتور یک قطعه اضافی است که باعث افزایش هزینه اولیه مدار می شود.

عملکرد کنتاکتور

کنتاکتور یک کلید الکترومکانیکی است که قابلیت کنترل از راه دور دارد. ساختار کنتاکتور را می توان به دو بخش کلی قدرت و فرمان تقسیم کرد. بخش قدرت وظیفه تامین جریان بار را بر عهده دارد. این بخش شامل دو تیغه ثابت و متحرک است که اتصال یا قطع آن ها بار را روشن و خاموش می کند. تیغه متحرک توسط مکانیزم فرمان جابجا می شود.

مکانیزم فرمان کنتاکتور شامل یک سیم پیچ یا کویل و یک هسته مغناطیسی است که به تیغه متحرک وصل شده است. با رسیدن سیگنال راه انداز به سیم پیچ، یک میدان مغناطیسی ایجاد می شود که قادر است هسته سیم پیچ را جابجا کند. تیغه متحرک کنتاکتور به هسته سیم پیچ متصل است و جابجایی هسته آن را جابجا می کند.

جزئیات بیشتر در مورد عملکرد و ساختار کنتاکتور را در مقاله “کنتاکتور چیست و چگونه کار می کند” تشریح کرده ایم.

تاثیر کنتاکتور روی مدار

به منظور تامین سیگنال مورد نیاز جهت وصل کنتاکتور، یک مدار فرمان طراحی می شود. البته عموما تابلو فرمان بخشی از پروژه است که سیگنال های فرمان مورد نیاز برای همه کنتاکتورها و سایر بخش های مدار را تامین می کند. به عنوان مثال ممکن است از یک خروجی PLC برای تامین سیگنال فرمان کنتاکتور استفاده شود.

سیگنال ارسال شده از مدار فرمان به سیم پیچ کنتاکتور وارد می شود. سیم پیچ یک بار القایی است و قوانین بارهای القایی بر آن حاکم است. خازن عدسی کنتاکتور از جمله تجهیزات حفاظت از مدار در برابر اثرات سیم پیچ کنتاکتور است. وظیفه سیم پیچ کنتاکتور، ایجاد یک میدان مغناطیسی قوی جهت جابجا کردن تیغه متحرک است. این میدان مغناطیسی قوی می تواند بر روی سایر بخش های مدار نیز تاثیرات نامطلوبی بگذارد.

اثر دیگری که کنتاکتور می تواند بر روی سایر تجهیزات مدار داشته باشد، ایجاد ضربه های ناگهانی ولتاژ در لحظه قطع جریان سیم پیچ است. برای حفاظت از مدار در برابر این آسیب ها راهکارهای مختلفی وجود دارد که در مقاله “سرج پروتکتور کنتاکتور” مورد بررسی قرار گرفته است.

خازن عدسی کنتاکتور

از منظر مدار فرمان، سیم پیچ کنتاکتور یک مصرف کننده است که باید جریان مورد نیاز آن تامین شود. ماهیت سیم پیچ ها یا بارهای القایی متفاوت از سایر بارها است. طبق قانون لنز، بارهای القایی در برابر تغییرات جریان مقاومت می کنند. هر گونه تغییر در جریان سبب ایجاد ولتاژ القایی معکوس در دو سر سیم پیچ می شود.

اگر خط حامل جریان بوبین کنتاکتور نوسان میرایی کوچکی داشته باشد، ولتاژی در سیم پیچ تولید خواهد شد که می‌تواند به دستگاه‌های الکترونیکی متصل به بوبین، آسیب برساند.

برای جلوگیری از این آسیب ها از خازن عدسی کنتاکتور استفاده می شود.  این خازن به صورت موازی با بوبین کنتاکتور در مدار نصب می شود.  خازن قادر است نوسانات احتمالی را جذب و با تبدیل آن‌ها به حرارت، از آسیب دیدن مدار فرمان جلوگیری می‌کند.

موازی کردن خازن عدسی با بوبین کنتاکتور تاثیرات مثبت دیگری نیز روی عملکرد کنتاکتور دارد. وجود این خازن فرایند قطع و وصل تیغه های کنتاکتور را بهبود می بخشد. این بهبود عملکرد، ناشی از کاهش نوسانات و تداخلات الکترومغناطیسی است. به بیان دیگر عدم استفاده از خازن عدسی کنتاکتور علاوه بر تاثیر نامطلوب بر عملکرد کنتاکتور، می تواند منجر به آسیب دیدن سایر تجهیزات متصل به آن نیز بشود.

همچنین شایان ذکر است که خازن مورد استفاده در این برنامه باید برای سطوح ولتاژ و جریان موجود در مدار درجه بندی شود. استفاده از خازنی که برای سطوح ولتاژ و جریان مناسب رتبه بندی نشده است می تواند منجر به خرابی یا آسیب به خازن شود که می تواند مشکلات بیشتری را در مدار ایجاد کند.

خازن عدسی کنتاکتور زیمنس

برخی از انواع کنتاکتور زیمنس دارای خازن عدسی داخلی هستند. اگر از این کنتاکتورها استفاده می کنید، نیازی به نصب خازن عدسی به صورت جداگانه در مدار ندارید چرا که خازن مورد نیاز در داخل بدنه کنتاکتور قرار داده شده است.

با وجود اینکه برخی از کنتاکتورهای زیمنس دارای خازن عدسی داخلی هستند، اما همه کنتاکتورهای این شرکت خازن داخلی ندارند. برای مثال، برخی از کنتاکتورهای بزرگ صنعتی زیمنس، خازن عدسی داخلی ندارند و برای جلوگیری از تداخلات الکترومغناطیسی، از خازن عدسی های جانبی استفاده می‌کنند. در هر صورت، بسته به نوع و کاربری کنتاکتور زیمنس، ممکن است دارای خازن عدسی داخلی باشد یا خیر.

سخن پایانی

کنتاکتورها از جمله تجهیزات پرکاربرد در کنترل بارهای الکتریکی هستند. در هنگام استفاده از این تجهیزات، رعایت برخی ملاحظات کاربردی و مداری الزامی است. یکی از تجهیزاتی که استفاده از آن در کنار کنتاکتور عملکرد کلی مدار را بهبود می بخشد، خازن عدسی کنتاکتور است.

این خازن به موازات سیم پیچ کنتاکتور نصب می شود. سیم پیچ کنتاکتور به عنوان یک بار القایی نسبت به نوسانات سیگنال فرمان پاسخ های شدیدی نشان می دهد. ولتاژهای ناخواسته ناشی از این نوسانات می تواند آسیب های جدی به سایر بخش های مدار به ویژه تجهیزات الکترونیکی وارد کند. با استفاده از یک خازن عدسی می توان از این مشکلات پیشگیری کرد.