کنتاکتور چیست؟ کاربردهای شگفت‌انگیز و مهم آن را بشناسید

در حالی که فناوری در طول زمان پیشرفت چشمگیری داشته است، ابزار اصلی کنترل مدارهای الکتریکی تغییر اساسی را تجربه نکرده است. کنتاکتور از جمله تجهیزات کنترلی است که از گذشته تا به امروز مورد استفاده قرار گرفته است. در این مقاله در مورد کنتاکتورها صحبت خواهیم کرد. کنتاکتور چیست؟ و چگونه کار می کند؟ تفاوت بین کنتاکتور و رله چیست؟ این ها بخشی از سوالاتی است که به آن ها پاسخ داده ایم. با ما همراه باشید …

کنتاکتور چیست؟

به بیان ساده کنتاکتور یک کلید الکترومکانیکی است که برای و قطع و وصل مدار الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد. قابلیت کنترل به کمک یک سیگنال الکتریکی ویژگی کاربردی بارز این کلید است. 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.

کنتاکتورها نصب راحتی دارند و از نظر اندازه جمع و جور هستند. این کلیدها دارای یک تیغه اصلی و در برخی موارد چند تیغه کمکی هستند. وضعیت تیغه ها به طور معمول باز است. (Normally open) با اعمال ولتاژ به سیم پیچ فرمان، کنتاکتور روشن می شود و توان عملیاتی بار را تامین می کند. کنتاکتورها اغلب برای کنترل موتورهای الکتریکی استفاده می شوند اما کاربردهای دیگری نیز دارند.

کنتاکتورها انواع مختلفی دارند و هر کدام مجموعه ای از ویژگی ها، قابلیت ها و کاربردهای خاص خود را دارد. کنتاکتور قادر است بازه وسیع جریانی از چند آمپر تا هزاران آمپر، و ولتاژهای 24 VDC تا هزاران ولت را قطع و وصل کند. این تجهیزات از نظر ابعادی نیز بسیار متنوع هستند. کنتاکتورهای با ابعاد کوچک به راحتی در دست جا می شوند در حالی که ابعاد انواع بزرگ آن تا چند متر نیز می رسد.

رایج ترین کاربرد کنتاکتورها، کنترل بارهای جریان بالا است. کنتاکتورها قادرند جریان های بیش از 5000 آمپر و توان بیش از 100 کیلو وات را کنترل کنند.

چرا باید از کنتاکتور استفاده کنیم؟

کنتاکتورها به منظور کنترل جریان برق یا به عبارت ساده تر روشن و خاموش کردن مصرف کننده های الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند. اما برای قطع و وصل کردن جریان می توان از کلیدهای ساده نیز استفاده کرد. به عنوان مثال کلید مینیاتوری امکان قطع و وصل جریان برق را فراهم می کند. شاید به نظر بیاید که کلید مینیاتوری در جریان های کمتر از 100 آمپر عمل می کند و کنتاکتور برای جریان های بزرگتر استفاده می شود. اما برای جریان های بزرگتر می توان از کلید اتوماتیک استفاده کرد!

قابلیت اصلی که سبب شده کنتاکتورها به عنوان یک گزینه ایده آل برای کنترل بارهای الکتریکی مورد استفاده قرار بگیرند، قابلیت کنترل آن ها از راه دور است. کنتاکتور را می توان به راحتی و با اعمال ولتاژ بوبین از راه دور کنترل کرد. این قابلیت امکان کنترل مصرف کننده ها از طریق مدار فرمان و کنترل کننده های صنعتی را نیز فراهم می کند. به عنوان مثال PLC فرمان روشن شدن موتور را به مدار فرمان ارسال می کند. سپس مدار فرمان سیگنال فعالسازی را به کنتاکتور ارسال می کند. یا به عبارت دیگر ولتاژ مورد نیاز را به بوبین کنتاکتور اعمال می کند.

ساختار داخلی کنتاکتور

در منابع مختلف عناوین متفاوتی برای بخش های داخلی کنتاکتورها ذکر شده است. در یک دسته بندی کلی می توان سه بخش اصلی زیر را برای هر کنتاکتور معرفی کرد:

سیم پیچ یا آهنربای الکتریکی: این بخش را می توان مهمترین جزء یک کنتاکتور دانست. نیروی محرکه لازم برای بستن تیغه ها توسط سیم پیچ یا آهنربای الکتریکی تامین می شود. سیم پیچ و کنتاکت ها به وسیله یک محفظه محافظت می شوند.

محفظه: از مواد عایق ساخته شده و حفاظت لازم در برابر تماس پرسنل با تیغه ها را فراهم می کند. محفظه از مواد مختلفی مانند پلی کربنات، پلی استر، نایلون 6، باکالیت، پلاستیک های ترموست و غیره ساخته می شود. به طور کلی، قاب کنتاکتور دارای یک محفظه اضافی است که از دستگاه در برابر آب و هوای بد، خطرات انفجار، گرد و غبار و روغن محافظت می کند.

تیغه ها (کنتاکت ها): وظیفه حمل جریان مصرف بار بر عهده کنتاکت ها است. این بخش از کنتاکتور شامل فنرهای تماسی، کنتاکت های کمکی و کنتاکت های اصلی است که هر کدام نقش متفاوتی دارند.

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 فنرهای تماسی در وضعیت باز نگه داشته می شود. نیروی آهنربای الکتریکی ایجاد شده در اثر برقدار 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. با از بین رفتن آهنربا نیروی نگهدارنده آن به صفر می رسد. در این وضعیت نیروی فنرهای نگهدارنده تیغه متحرک را به مکان اولیه خود باز می گرداند.

انواع مختلف کنتاکتور

با توجه به قدمت استفاده از کنتاکتورها، نسل های مختلفی از آن معرفی شده اند. در اینجا به معرفی سه نسل اصلی کنتاکتورها می پردازیم.

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 اهرمی برای پایین کشیدن سوئیچ یا بالا بردن آن داشت. این سوئیچ به صورت دستی کنترل می شد.

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 طولانی تر شدن زمان قوس الکتریکی ایجاد شده و در نتیجه فرسودگی سریع کنتاکت ها  می شد.

خوردگی ایجاد شده در مس کنتاکت، سوئیچ ها را در برابر رطوبت و کثیفی آسیب پذیرتر کرد. افزایش اندازه موتورها نیاز به جریان های بزرگتر برای کارکرد آنها را ایجاد کرد. 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 چزخه استفاده خارج شد.

کنترل کننده دستی

با توجه به خطرات بالقوه سوئیچ تیغه چاقویی، مهندسان یک دستگاه کنتاکتور جدید ارائه کردند که به نسبت سوئیچ تیغه چاقویی مزایای زیادی داشت. از این دستگاه به عنوان 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 به طور فیزیکی به کنترلر متصل می شوند.

هنگامی که کنتاکتور دستی توسط اپراتور فعال شود، مدار قدرت فعال می شود. با فعال شدن کنتاکتور مسیر جریان برقرار و بار روشن می شود. کنتاکتورهای دستی خیلی زود جایگزین سوئیچ های تیغه چاقویی شدند. امروزه نیز انواع مختلفی از این کنتاکتورها مورد استفاده قرار می گیرد.

کنتاکتور مغناطیسی

جدیدترین نسل کنتاکتورها، کنتاکتورهای مغناطیسی هستند. این تجهیزات بدون نیاز به دخالت انسان و به صورت الکترومکانیکی عمل می کند. این تجهیزات پیشرفته از راه دور قابل کنترل هستند. کنترل از راه دور این تجهیزات به عملکرد ایمن تر آن ها کمک کرده و خطرات بالقوه تماس اپراتور با آن ها را به حداقل می رساند. در حال حاضر کنتاکتورهای مغناطیسی به صورت گسترده در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند.

طول عمر کنتاکتور

عمر مفید کنتاکتور یا “عمر کنتاکت ها” از مهمترین پارامترهای این تجهیزات است. با هر بار روشن و خاموش شدن بار، تیغه ها باز و بسته می شوند. باز و بسته شدن تیغه ها سبب ایجاد یک قوس الکتریکی بین تیغه ثابت و متحرک می شود که گرمای اضافی تولید می کند. ادامه تولید این قوس ها می تواند به تیغه ها آسیب برساند. لازم به ذکر است در طراحی کنتاکتور مکانیزم های خاصی برای کاهش اثرات جرقه در نظر گرفته می شود.

قوس‌های الکتریکی باعث ایجاد حفره‌ و علائم سوختگی می‌شوند که در نهایت کنتاکت‌ها را سیاه می‌کند. با این حال، رسوب سیاه یا اکسید روی کنتاکت‌ها، میزان هدایت موثر تیغه ها را افزایش می دهد. با این وجود، هنگامی که کنتاکت ها تا حد زیادی فرسوده و خورده می شوند، لازم است آنها را تعویض کنید.

هر چقدر کنتاکت ها سریعتر بسته شوند، قوس الکتریکی سریعتر خاموش می شود. این افزایش سرعت به نوبه خود باعث افزایش عمر کنتاکت ها می شود. آخرین نسخه های کنتاکتور به گونه ای طراحی شده اند که سرعت و قدرت بسته شدن آن ها بسیار بالاست. حرکت کردن تیغه متحرک با قدرت بیشتر سبب می شود که در هنگام بسته شدن تیغه ثابت کمی به عقب رانده شود.

در حین برگشت تیغه ثابت به حالت اولیه، حالتی ایجاد می شود که پرش کنتاکت نامیده می شود. پدیده پرش کنتاکت سبب ایجاد یک قوس الکتریکی ثانویه می شود. در کنار افزایش سرعت بسته شدن کنتاکت ها، کاهش پرش کنتاکت نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. رعایت این موارد سبب افزایش طول عمر تیغه ها می شود.

کاربردهای کنتاکتور

کنتاکتورها کاربردهای گسترده ای دارند. از کنترل موتورها گرفته تا کنترل لامپ های روشنایی، هیترها و … . کنتاکتورها براساس نوع کاربرد در کلاس های کاربردی متفاوتی دسته بندی می شوند. در ادامه مهمترین مصرف کننده های قابل کنترل با کنتاکتور را بررسی کرده و نکات حائز اهمیت در انتخاب کنتاکتور برای هر یک را از نظر می گزرانیم.

سیستم های گرمایش برقی (هیتر)

از جمله کاربردهای کنتاکتور می توان به کنترل هیترها اشاره کرد. سیستم های گرمایش الکتریکی شامل منابع گرمایش داخلی، اجاق برقی، تهویه مطبوع و برخی تجهیزات دیگر می شوند. با افزایش ولتاژ شبکه به میزان 10 درصد، جریان کاری مقاومت نیز به همین نسبت افزایش می یابد. همچنین جریان راه اندازی هیتر الکتریکی می تواند به 1.4 برابر جریان نامی دستگاه برسد. هنگام انتخاب جریان نامی کنتاکتور برای هیتر توجه به این نکات الزامی است. برای این نوع بارها از کنتاکتورهای سری AC-1 استفاده می شود.

تجهیزات روشنایی

روشن شدن یک لامپ، جریان ضربه ای بزرگی تولید می کند که حدود 15 برابر جریان نامی لامپ است. با توجه به تفاوت های تجهیزات روشنایی، جریان ضربه ای و زمان شروع آن ها نیز متفاوت است. عموما برای این بارها از کنتاکتور کلاس AC-5a استفاده می شود.

بار ترانسفورماتوری ولتاژ پایین

در زمان شروع به کار یک ترانسفورماتور ولتاژ پایین، یک پیک جریانی به بزرگی 15 تا 20 برابر جریان نامی ترانسفورماتور در یک زمان کوتاه تولید می شود. میزان دقیق این جریان به آرایش سیم پیچ ها و خواص هسته ترانسفورماتور بستگی دارد. برای این کاربردها از کنتاکتورهای کلاس AC-6A می توانید استفاده کنید.

بارهای خازنی

در هنگام روشن شدن بار خازنی، فرآیند شارژ گذرا اتفاق می‌افتد و جریان شارژ به مقدار بالایی می رسد. در این حالت تغییرات فرکانس رخ می دهد و فرکانس ممکن است تا هزاران هرتز افزایش پیدا کند. راه اندازی بارهای خازنی با الزامات شدیدی همراه است.

جهت کنترل بارهای خازنی با در نظر گرفتن ملاحظات اقتصادی و پیشگیری از جوش خوردن کنتاکت ها در محل اتصال، می توان بار القایی یا مقاومت به مدار اضافه کرد. مقاومت ها به صورت سری با خازن ها وصل می شوند. وجود این تجهیزات اضافی جریان راه اندازی را محدود کرده و تأثیر آن بر شبکه اصلی را کاهش دهد. کنتاکتور کلاس AC-6B برای کنترل بار خازنی مناسب است.

کنترل موتور با کنتاکتور

موتورهای القایی روتور زخمی و موتور آسنکرون پرکاربردترین نوع موتورهای AC در صنعت هستند. هنگامی که موتور القایی راه اندازی می شود، مقاومت متصل به مدار روتور جریان راه اندازی را محدود می کند. هر چقدر بار سنگین تر باشد، زمان راه اندازی آن بیشتر می شود. برای کنترل موتور القایی از کنتاکتور کلاس AC-2 استفاده می شود.

موتورهای آسنکرون به صورت مستقیم راه اندازی می شوند. به طور کلی، جریان راه اندازی (مقدار موثر) IA در موتور آسنکرون 4 تا 8 برابر جریان نامی موتور است. جریان بی باری IO موتور برابر با (0.95 ~ 0.2) جریان نامی است. زمان شروع TA تحت بار معمولی کمتر از 10 ثانیه است و در هنگام حمل بار سنگین ممکن است این زمان به بیشتر از 10 ثانیه افزایش پیدا کند.

کنتاکتور مورد استفاده برای راه اندازی و کنترل عملکرد موتور آسنکرون، در کلاس کاری AC-3 دسته بندی می شود.

محبوب ترین کنتاکتورهای موجود در بازار

پس از آشنایی با کنتاکتورها به معرفی کنتاکتورهای محبوب موجود در بازار می پردازیم. با توجه به تنوع بسیار زیاد محصولات در این حوزه امکان بررسی تک تک تجهیزات وجود ندارد. در اینجا به معرفی برخی برندهای موجود در بازار اکتفا می کنیم.

کنتاکتور زیمنس

شرکت زیمنس از جمله تولید کنندگان پیشرو در زمینه تولید تجهیزات اتوماسیون صنعتی است. کنتاکتور زیمنس دارای تنوع بسیار بالایی است. تنوع در جریان و توان بار قابل کنترل، تنوع در ولتاژ سیم پیچ (فرمان) و همچنین تنوع در ولتاژ تغذیه باراصلی را در این محصولات شاهد هستیم. برای مشاهده تنوع این محصولات از صفحه کنتاکتور زیمنس در فروشگاه زیمنس کالا دیدن کنید.

کنتاکتور اشنایدر

در کنار کنتاکتور زیمنس، محصولات اشنایدر نیز از جمله محصولات باکیفیت موجود دربازار هستند که طرفداران خاص خود را دارند. این تجهیزات نیز مانند همتای آلمانی خود (شرکت زیمنس) تنوع گسترده ای را ارائه می کنند.

سایر برندها

برندهای دیگری نیز در بازار کنتاکتور وجود دارند که از آن جمله می توان برندهای کره ای ls و هیوندای و برند ایرانی پارس فانال را نام برد.

جمع بندی

کنتاکتور از جمله تجهیزات  بسیار پرکاربرد در حوزه اتوماسیون صنعتی است. امکان کنترل از راه دور و همچنین فرمان پذیری از plc از جمله قابلیت های اصلی این تجهیزات است. ویژگی دیگر کنتاکتورها که آن ها را برای استفاده در محیط صنعتی مناسب می کند، سطح پایین ولتاژ کنترلی است. برای انتخاب کنتاکتور در نظر گرفتن نوع بار و همچنین جریان مصرفی آن ضروری است