در دنیای دینامیکی مهندسی برق، کنتاکتورها نقش کلیدی در کنترل مدارهای الکتریکی دارند. درک اینکه کنتاکتور چیست، انواع آن و کاربردهای مختلف آن برای کسانی که به پیچیدگی های سیستم های الکتریکی می پردازند ضروری است.
کنتاکتور وسیله ای الکتریکی است که برای روشن یا خاموش کردن مدار الکتریکی استفاده می شود. به عنوان یک نوع رله خاص در نظر گرفته می شود. با این حال، تفاوت اساسی بین رله و کنتاکتور این است که کنتاکتور در برنامه هایی با ظرفیت حمل جریان بالاتر استفاده می شود، در حالی که رله برای کاربردهای جریان کمتر استفاده می شود. کنتاکتورها را می توان به راحتی در زمین نصب کرد و از نظر اندازه جمع و جور هستند. به طور کلی، این دستگاه های الکتریکی دارای چندین کنتاکت هستند. این کنتاکت ها در بیشتر موارد به طور معمول باز هستند و زمانی که سیم پیچ کنتاکتور روشن می شود، توان عملیاتی را برای بار تامین می کنند. کنتاکتورها بیشتر برای کنترل موتورهای الکتریکی استفاده می شوند.
کنتاکتورها معمولاً برای کنترل از راه دور مدارهای قدرت، مورد استفاده قرار می گیرند و وسیله ای مطمئن و کارآمد برای راه اندازی و توقف موتورها، سیستم های روشنایی و سایر بارهای الکتریکی ارائه می دهند.
کنتاکتورها انواع مختلفی دارند و هر نوع مجموعه ای از ویژگی ها، قابلیت ها و کاربردهای خاص خود را دارد. کنتاکتورها می توانند جریان را در طیف وسیعی از جریان ها، از چند آمپر تا هزاران آمپر، و ولتاژ از 24 VDC تا هزاران ولت، قطع کنند. علاوه بر این، این دستگاه های الکتریکی در اندازه های مختلف، از ابعاد دستی گرفته تا اندازه هایی به اندازه یک متر یا حیاط در یک طرف (تقریبا) عرضه می شوند.
رایج ترین ناحیه کاربرد کنتاکتور، بار جریان بالا است. کنتاکتورها به دلیل توانایی خود برای کنترل جریان های بیش از 5000 آمپر و قدرت بالای بیش از 100 کیلو وات شناخته شده اند. جریان های سنگین موتور در هنگام قطع شدن، قوس تولید می کنند. این قوس ها را می توان با استفاده از کنتاکتور کاهش داد و کنترل کرد.
سیم پیچ یا الکترومغناطیس: این مهمترین جزء یک کنتاکتور است. نیروی محرکه ای که برای بستن کنتاکت ها لازم است توسط سیم پیچ یا آهنربای الکتریکی کنتاکتور تامین می شود. سیم پیچ یا آهنربای الکتریکی و کنتاکت ها توسط یک محفظه محافظت می شوند.
محفظه: دقیقاً مانند محفظه های مورد استفاده در هر برنامه دیگری، کنتاکتورها نیز دارای یک محفظه هستند که عایق و محافظت در برابر تماس پرسنل با کنتاکت ها را فراهم می کند. محفظه محافظ از مواد مختلفی مانند پلی کربنات، پلی استر، نایلون 6، باکلیت، پلاستیک های ترموست و غیره ساخته شده است. به طور کلی، کنتاکتور قاب باز دارای یک محفظه اضافی است که از دستگاه در برابر آب و هوای بد، خطرات انفجار، گرد و غبار و روغن محافظت می کند.
کنتکت ها: این یکی دیگر از اجزای مهم این دستگاه الکتریکی است. وظیفه حمل جریان کنتاکتور توسط کنتاکت ها انجام می شود. آنها معمولاً از موادی ساخته می شوند که قادر به مقاومت در برابر قوس و سایش هستند.
مطالعه بیشتر: سافت استارتر چیست؟
اصل عملکرد یک کنتاکتور: جریانی که از کنتاکتور می گذرد، آهنربای الکتریکی را تحریک می کند. آهنربای الکتریکی برانگیخته میدان مغناطیسی تولید می کند و باعث می شود که هسته کنتاکتور آرمیچر را به حرکت درآورد. یک کنتاکت معمولی بسته (NC) مدار بین کنتاکت های ثابت و کنتاکت های متحرک را کامل می کند. این اجازه می دهد تا جریان از این کنتاکت ها به بار عبور کند. هنگامی که جریان حذف می شود، سیم پیچ بدون انرژی می شود و مدار را باز می کند. کنتاکت کنتاکتورها به دلیل عملکرد سریع باز و بسته شدنشان شناخته می شوند.
سوئیچ تیغه چاقو قبلاً در اواخر دهه 1800 مورد استفاده قرار گرفت. احتمالاً این اولین کنتاکتوری بود که برای کنترل (راه اندازی یا توقف) موتورهای الکتریکی استفاده شد. سوئیچ از یک نوار فلزی تشکیل شده بود که روی یک کنتاکت می افتاد. این سوئیچ دارای اهرمی برای پایین کشیدن سوئیچ یا بالا بردن آن بود. در آن زمان، باید سوئیچ تیغه چاقو را با ایستادن در کنار آن در حالت بسته قرار می داد.
با این حال، مشکلی در این روش تغییر وجود داشت. این روش باعث می شد که کنتاکت ها به سرعت فرسوده شوند، زیرا باز و بسته کردن دستی سوئیچ به اندازه کافی سریع برای جلوگیری از قوس شدن مشکل بود. در نتیجه، کلیدهای مسی نرم دچار خوردگی شدند که بیشتر آنها را در برابر رطوبت و کثیفی آسیب پذیر کرد. با گذشت سالها، اندازه موتورها افزایش یافت که بیشتر نیاز به جریانهای بزرگتر برای کارکرد آنها را ایجاد کرد. این امر خطر فیزیکی بالقوه ای را برای راه اندازی چنین سوئیچ های حامل جریان بالا ایجاد کرد و در نتیجه منجر به یک نگرانی جدی ایمنی شد. علیرغم انجام چندین پیشرفت مکانیکی، سوئیچ تیغه چاقو به دلیل مشکلات و خطرات مربوط به عملکرد خطرناک و عمر کوتاه کنتاکت ها نمی تواند به طور کامل توسعه یابد.
از آنجایی که استفاده از سوئیچ تیغه چاقو به طور بالقوه خطرناک شد، مهندسان یک دستگاه کنتاکتور دیگر را ارائه کردند که تعدادی ویژگی را ارائه می داد که در سوئیچ تیغه چاقو وجود نداشت. از این دستگاه به عنوان کنترل کننده دستی یاد می شد. این ویژگی ها عبارت بودند از:
همانطور که از نام آنها پیداست، کنتاکت های دوبریک می توانند مدار را در دو مکان به طور همزمان باز کنند. بنابراین، حتی در فضای کوچکتر، به شما امکان می دهد با جریان بیشتری کار کنید. کنتاکت های Double break اتصال را به گونه ای تقسیم می کنند که دو مجموعه از کنتاکت ها را تشکیل می دهد.
سوئیچ یا دکمه کنترل دستی از راه دور کار نمی کند و به طور فیزیکی به کنترلر متصل است.
هنگامی که کنترل کننده دستی توسط اپراتور فعال می شود، مدار قدرت درگیر می شود. پس از فعال شدن، الکتریسیته را به بار می برد. به زودی کنتاکتورهای دستی به طور کامل جایگزین سوئیچ های تیغه چاقو شدند و حتی امروزه نیز از انواع مختلفی از این نوع کنتاکتورها استفاده می شود.
کنتاکتور مغناطیسی نیازی به دخالت انسان ندارد و به صورت الکترومکانیکی عمل می کند. این یکی از پیشرفته ترین طراحی های کنتاکتور است که می توان از راه دور کار کرد. بنابراین، به از بین بردن خطرات ناشی از کار دستی آن و قرار دادن پرسنل عملیاتی در خطر بالقوه کمک می کند. تنها مقدار کمی جریان کنترلی توسط کنتاکتور مغناطیسی برای باز یا بسته شدن مدار مورد نیاز است. این رایج ترین نوع کنتاکتور مورد استفاده در کاربردهای کنترل صنعتی است.
این کنتاکتورها که برای کاربردهای خاص طراحی شده اند، با ویژگی هایی طراحی شده اند تا نیازهای سیستم های تخصصی را برآورده کنند.
کنتاکتورهای معکوس که در کاربردهای کنترل موتور به کار می روند، امکان معکوس شدن جهت موتور را فراهم می کنند.
این کنتاکتورها حتی پس از قطع برق سیم پیچ، وضعیت خود را حفظ می کنند و مصرف انرژی را کاهش می دهند و پایداری طولانی مدت را ایجاد می کنند.
ایده آل برای کاربردهای جریان بالا، کنتاکتورهای خلاء از قطع کننده های خلاء برای خاموش کردن قوس در حین سوئیچینگ استفاده می کنند.
کنتاکتورها به دلیل تطبیق پذیری و قابل اطمینان بودن در صنایع مختلف کاربرد پیدا می کنند. برخی از کاربردهای رایج عبارتند از:
1. کنترل موتور:
کنترل عملکرد موتورهای الکتریکی در ماشین آلات صنعتی و سیستم های HVAC.
2. سیستم های روشنایی:
روشن و خاموش کردن کارآمد سیستم های روشنایی با قدرت بالا.
3. عناصر گرمایشی:
تنظیم منبع تغذیه عناصر گرمایشی در لوازم خانگی و فرآیندهای صنعتی.
4. توزیع برق:
مدیریت توزیع توان الکتریکی در سیستم های مقیاس بزرگ
طول عمر یک کنتاکتور، یکی از بزرگترین نگرانی های یک شخص است. طبیعی است که کنتاکت ها با دفعات بیشتری باز و بسته می شوند، عمر کنتاکتور کاهش می یابد. باز و بسته شدن کنتاکت ها یک قوس الکتریکی ایجاد می کند که گرمای اضافی تولید می کند. ادامه تولید این قوس ها می تواند به سطح کنتاکت آسیب برساند.
علاوه بر این، قوس الکتریکی باعث ایجاد حفره و علائم سوختگی می شود که در نهایت باعث سیاه شدن کنتاکت ها می شود. با این حال، رسوب سیاه یا اکسید روی کنتاکتها باعث میشود که آنها حتی توانایی بیشتری برای هدایت الکتریسیته داشته باشند. با این وجود، هنگامی که کنتاکت ها تا حد زیادی فرسوده و خورده می شوند، لازم است آنها را تعویض کنید.
بنابراین، هرچه کنتاکت سریعتر بسته شود، قوس سریعتر خاموش می شود. این به نوبه خود به افزایش عمر کنتاکت کمک می کند. آخرین نسخه های کنتاکتور به گونه ای طراحی شده اند که بسیار سریع و با انرژی بسته می شوند. این باعث می شود که آنها به یکدیگر ضربه بزنند و در حین برگشتن یک حرکت پرش ایجاد کنند. این عمل به عنوان پرش کنتاکت شناخته می شود. پدیده پرش کنتاکت یک قوس ثانویه ایجاد می کند. بستن سریع کنتاکت ها نه تنها مهم است، بلکه کاهش پرش کنتاکت نیز مهم است. این به کاهش سایش و قوس ثانویه کمک می کند.