کنتاکتور و ساختمان آن

کنتاکتور یکی از پر کاربرد ترین تجهیزات در مدارهای صنعتی است. این کلید در اندازه و مدل های مختلف برای قطع و وصل و یا ایجاد تغییر در مدارهای الکتریکی ساخته می شود. کنتاکتور دارای اجزای زیادی مانند بوبین، هسته ی آهنی، ترمینال و … می باشد. هر یک از قطعات داخلی کنتاکتور نقش و ساختمان خاصی داشته و در ادامه بررسی خواهند شد. (کنتاکتور از گروه کلیدهای قابل قطع و وصل تحت بار نامی بوده و تنها توسط جریان برق کنترل می شود. کنتاکتور بر خلاف دیگر کلیدها، با دست قابل قطع و وصل نیست.)

در تصویر زیر اجزای داخلی کنتاکتور را مشاهده می کنید. هر کدام از گزینه ها به ترتیب عبارتند از: (a) پوشش بین ترمینال های قدرت، (b) قاب بالایی، (c) کنتاکت متحرک کمکی، (d) کنتاکت متحرک قدرت، (e) هسته ی متحرک، (f) هسته ی ثابت، (g) قاب پایینی، (h) پوشش بالایی، (i) ترمینال پیچی و کنتاکت ثابت کمکی، (j) ترمینال پیچی و کنتاکت ثابت قدرت، (k) شاسی عایق جهت نگه داری تمام پلاتین های متحرک و اتصال آن ها به هسته ی متحرک، (l) بوبین و فنر بین دو هسته، (m) محافظ هسته، (n,m) نگهدارنده های هسته ی ثابت در قاب کنتاکتور، (o) فنر جهت نصب کنتاکتور روی ریل

ساختمان کنتاکتور

سیم پیچ یا بوبین:

کنتاکتور از میدان مغناطیسی برای قطع و وصل پلاتین ها استفاده می کند. برای شناخت کنتاکتور ابتدا باید بدانیم که میدان مغناطیسی چگونه تولید می شود. با توجه به تصویر زیر، هنگامی که از یک سیم جریانی عبور کند، اطراف آن میدان مغناطیسی ایجاد می شود. شدت این میدان به عوامل زیادی مانند نوع سیم، شکل، قطر، طول، ولتاژ، جریان و … بستگی دارد. توجه کنید که میدان ایجاد شده اطراف یک رشته سیم قوی نبوده و نمی توان از آن به تنهایی استفاده کرد. در واقع برای استفاده از نیروی مغناطیس در صنعت، باید قدرت و کیفیت آن را بالا برد. اما این کار چگونه انجام می شود؟

کنتاکتور

طبق قوانین فیزیک، میدان مغناطیسی اطراف سیم های حامل جریان می توانند یکدیگر را خنثی کرده و یا با یکدیگر جمع شوند. این تاثیر گذاری به جهت عبور جریان، میزان جریان، فاصله ی هادی ها و … بستگی دارد. اگر دو هادی کنار یکدیگر بوده و جهت جریان مخالف هم داشته باشند، میدان یکدیگر را خنثی خواهند کرد. حال اگر این دو هادی جهت جریان یکسان داشته باشند، میدان های مغناطیسی یکدیگر را تقویت می کنند.

با توجه به مسائل ذکر شده، برای ساخت میدان قوی تر، باید چندین هادی با جهت جریان یکسان داشته باشیم. ساده ترین راه برای ایجاد این شرایط، پیچیدن یک رشته سیم در کنار هم می باشد. با این کار ما یک سیم پیچ یا بوبین ایجاد می کنیم. در بوبین، میزان جریان و جهت عبور آن یکسان است و این شرایط باعث تولید میدان قوی تری خواهد شد.

کنتاکتور

برای دستیابی به میدان قوی تر، باید سیم پیچ تا حد ممکن فشرده و متمرکز باشد. از طرفی باید سیم پیچ ساخته شده از به هم ریختگی و صدمات مکانیکی محافظت شود. برای پوشش تمام موارد فوق، سیم پیچ روی یک قاب عایق پیچیده می شود. در کنتاکتور این قاب به ترمینال هایی برای اتصال سیم های تغذیه ی بوبین و شکافی برای عبور هسته ی فلزی نیز مجهز می شود.

بوبین یا سیم پیچ در کنتاکتور می تواند از نوع AC یا DC با ولتاژ های مختلف از ۲۴ تا ۶۰۰ ولت انتخاب شود. بهترین مزایا برای بوبین: مصرف کم، تولید حرارت پائین و قابلیت تعویض آن می باشد. در تصویر زیر بوبین یک کنتاکتور رو مشاهده می کنید.

بوبین یا کویل

هسته ی آهنی:

دیدیم که از بوبین برای تولید میدان مغناطیسی استفاده شد. سوال بعدی این است که چگونه این نیرو را به جابجایی مکانیکی تبدیل کنیم؟ وقتی به بوبین ولتاژ اعمال می شود، میدان مغناطیسی اطراف سیم ها با یکدیگر جمع شده ولی سهم قابل توجی از آن ها در هوا پراکنده می شود. اولین گام در استفاده از نیروی تولید شده، متمرکز کردن و عبور دادن آن از مسیر مشخصی می باشد. یکی از روش های پرکاربرد برای متمرکز کردن میدان مغناطیسی استفاده از هسته ی فلزی می باشد. با قرار دادن این هسته داخل سیم پیچ، میدان ایجاد شده به جای عبور از هوا، از داخل هسته عبور می کند. با این کار نیرو متمرکز می شود اما هیچ حرکت مکانیکی ایجاد نخواهد شد.

برای ایجاد حرکت، هسته ی فلزی در کنتاکتور از دو قسمت که معمولا اندازه ی یکسانی دارند ساخته می شود. یکی از این هسته ها در بوبین ثابت شده و دیگری به صورت متحرک می باشد. در حالت عادی این دو هسته مقداری با یگدیگر فاصله دارند. با اعمال ولتاژ به بوبین، میدان مغناطیسی ایجاده شده و از طریق نیمی از هسته عبور می کند. این میدان برای کاهش مسیر خود، هسته ی دیگر را به سمت خود جذب می کند. با این روش، نیروی برق به میدان مغناطیسی و سپس به نیروی حرکتی تبدیل می شود. اندازه و نوع هسته به میزان ولتاژ بوبین، AC یا DC بودن آن و اندازه ی کنتاکتور بستگی دارد. هسته های فلزی در کنتاکتور معمولا به شکل E هستند. این هسته ها برای کاهش تلفات هیسترزیس و فوکو به صورت ورقه ورقه ساخته می شوند. در تصویر زیر انواع هسته های آهنی را مشاهده می کنید.

اجزای داخلی کنتاکتور

کنتاکت یا پلاتین:

در کنتاکتور نیروی الکتریکی توسط بوبین به میدان مغناطیسی و در نهایت به جابجا شدن هسته منجر شد. هدف از قرار دادن این کلید در مدار، قطع و وصل تعدادی پلاتین است؛ پس باید سیستمی ایجاد شود تا حرکت هسته ها این کار را کامل کند.

ساختار پلاتین ها در این کلید شبیه به ساختار هسته است. پلاتین معمولا از دو جزء ثابت و متحرک تشکیل شده است. در واقع حرکت یکی از اجزا باعث قطع و وصل جریان الکتریکی می شود. در صورتی که قسمت متحرک پلاتین به قسمت متحرک هسته ی در کنتاکتور متصل شود، نیروی الکتریکی باعث ایجاد میدان، حرکت هسته و در نهایت قطع و وصل پلاتین ها خواهد شد. با این کار ساختار کنتاکتور تا حدودی شکل می گیرد. در تصویر زیر اجزای تشکیل دهنده ی پلاتین را مشاهده می کنید. گزینه ی (a) و (c) پلاتین های ثابت یا ترمنیال های پیچی و گزنیه ی (b) پلاتین متحرک می باشد.

کنتاکتور

تعداد و نوع پلاتین ها با توجه به مدل کنتاکتور می تواند بسیار متنوع باشد. به عنوان مثال با توجه به نوع کنتاکتور، کنتاکت ها می توانند از انواع قدرت، فرمان نرمال باز، فرمان نرمال بسته، با تاخیر زمانی و لحظه ای تشکیل شده باشند. برای مشخص کردن نوع کنتاکت ها از حروف و اعداد استفاده می شود. این اطلاعات روی بدنه و در نزدیک ترین نقطه به ترمینال ها درج می شود. در صورتی که در هر خط، بیش از یک کنتاکت وجود داشته باشد، اطلاعات به صورت مشترک روی بالاترین نقطه قرار داده می شود. در این مدل اعداد و حروف به نحوی درج می شوند تا به خوبی قابل درک باشند.

کنتاکت های قدرت:

کنتاکت قدرت برای عبور جریان های بار در نظر گرفته شده و تعداد آن می تواند بین ۲ تا ۴ عدد باشد. این کنتاکت ها در دو گروه نرمال باز و نرمال بسته (بر خلاف تصور عمومی، کنتاکتورهایی با پلاتین قدرت نرمال بسته نیز وجود دارد) بوده و از قدرت کافی برای وصل، عبور و قطع جریان های نرمال برخوردار هستند. (جریان نرمال به همراه اضافه بارهای معمول در نظر گرفته می شوند. پلاتین های قدرت در برابر عبور جریان اتصال کوتاه بسیار محدود نیز ایمن شده اند. معمولا مقدار این جریان بر اساس کیلو آمپر در پلاک کنتاکتور درج می شود.)

معمولا برای مشخص کردن پلاتین های قدرت از علائم درج شده در جدول زیر استفاده می شود. به عنوان مثال ترمینال R/1/L1 برای ورودی اولین کنتاکت قدرت کنتاکتور می باشد. در کنتاکتورهای چهار پل ممکن است از حرف N به معنی مخصوص نول یا L4, T4 برای ورودی و خروجی ترمینال چهارم استفاده شده باشد. دیاگرام الکتریکی پلاتین های قدرت طبق تصویر روبه رو، با یک نیم دایره از پلاتین های فرمان متمایز می شود. در تصویر و در گزینه ی (a) دیاگرام الکتریکی پلاتین های قدرت کنتاکتور چهار پل و در گزینه ی (b) دیاگرام الکتریکی پلاتین های قدرت کنتاکتور چهارپل با دو پلاتین باز و دو پلاتین بسته را مشاهده می کنید.

کنتاکتور

با توجه به آمپر کنتاکتور، اندازه و قدرت کنتاکت های آن نیز تغییر می کند. در آمپراژ بالا از سیستم های خاموش کننده قوس، تقویت نقطه اتصال پلاتین و … نیز استفاده می شود.

در جدول زیر علائم مشخص کننده ی ترمینال های قدرت کنتاکتور در کنتاکتور چهار پل آورده شده است.

نوع مشخصه ی عددی مشخصه ی قدیم مشخصه ی جدید
ورودی ۱-۳-۵-۷ R-S-T L1-L2-L3-L4
خروجی ۲-۴-۶-۸ U-V-W T1T2-T3-T4

کنتاکت های فرمان:

کنتاکت های فرمان در گروه های نرمال باز، نرمال بسته، با زمان متفاوت و معمولی وجود دارند. این کنتاکت ها از قدرت کمتری نسبت به کنتاکت های قدرت برخوردار بوده و برای استفاده در مدارهای کنترل ساخته می شود. جریان مجاز این پلاتین ها در ولتاژ های مختلف متفاوت بوده و به ندرت از ۱۰ آمپر تجاوز می کند. طبق تصویر زیر، در دیاگرام الکتریکی این پلاتین ها، از نیم دایره استفاده نمی شود. در این تصویر و در گزینه ی (a) علامت مداری پلاتین فرمان نرمال بسته، در گزینه ی (b) علامت مداری پلاتین فرمان نرمال باز، در گزینه ی (c) علامت مداری پلاتین فرمان نرمال بسته از نوع وصل سریع و قطع با تاخیر و در گزینه ی (d) علامت مداری پلاتین فرمان نرمال باز از نوع وصل سریع و قطع با تاخیر را مشاهده می کنید.

پلاتین های کنتاکتور

برای مشخص کردن نوع پلاتین های فرمان اغلب از ترکیب عبارت های NO و NC و اعداد استفاده شود. در این کد رقم اول مربوط به شماره ی ترمینال و رقم دوم باز یا بسته بودن آن است. برای ورودی و خروجی ترمینال های نرمال بسته علاوه بر عبارت NC از اعداد ۱ و ۲ و برای ترمینال های نرمال باز از عبارت NO و اعداد ۳ و ۴ استفاده می شود. به عنوان مثال پلاتین های باز و بسته ی فرمان یک کنتاکتور می تواند مانند جدول زیر مشخص شده باشد. در این مدل کنتاکت اول از نوع باز و دوم از نوع بسته می باشد.

نوع  ترمینال فرمان نرمال بسته نرمال باز
ورودی ۲۱NC ۱۳NO
خروجی ۲۲NC ۱۴NO

در صورتی که تعداد و نوع این کنتاکت ها در کنتاکتور کافی نباشد، می توان از واحد های جداگانه تحت عنوان واحد کمکی پلاتین استفاده کرد. در دیاگرام الکتریکی کنتاکتور، پلاتین های قدرت، فرمان و بوبین با خط چین به یکدیگر وصل می شوند. این خط به معنی عملکرد هم زمان پلاتین ها با یکدیگر می باشد. به عنوان مثال در تصویر زیر، یک کنتاکتور قدرت سه پل با یک پلاتین فرمان نرمال باز و یک پلاتین نرمال بسته را مشاهده می کنید.

پلاتین فرمان، پلاتین باز و بسته

کنتاکت های لحظه ای:

کنتاکت های لحظه ای اغلب به صورت واحد های جداگانه بوده و به کنتاکتور اضافه می شود. این نوع از کنتاکت ها برای سوئیچ خازن طراحی شده و در یک لحظه ی کوتاه بسته و سپس باز می شود. (برای اطلاعات بیشتر در این زمینه می توانید مقاله ی کنتاکتورهای خازنی را مطالعه کنید) در برخی مدل ها کنتاکت های لحظه ای با علائم مشابه به کنتاکت های قدرت مشخص می شوند. این مشخصه ممکن است با توجه به برند واحد خازنی متفاوت باشد. در تصویر زیر، دیاگرام پلاتین های لحظه ای که با مقاومت سری شده اند را مشاهده می کنید.

کنتاکتور خازنی

فنر:

تا این مرحله توانستیم ایجاد میدان مغناطیسی، حرکت هسته ها و وصل شدن کنتاکتور را بررسی کنیم. مسئله ی بعدی نحوه ی قطع مدار توسط کنتاکتور است. در توضیحات اولیه مشخص شد که کنتاکتور یک کلید برگشت پذیر است. این عبارت به این معنی است که با قطع تغذیه ی بوبین، کنتاکتور باید به حالت اول خود برگردد. برای این کار از یک فنر که بین هسته ی ثابت و متحرک قرار داده شده، استفاده می شود. در تصویر زیر وگزینه ی (a) هسته ی متحرک، در گزینه ی(b) فنر برگشت هنگام خاموش شدن و در گزینه ی (c) هسته ی ثابت را مشاهده می کنید.

اجزای داخلی کنتاکتور

در این حالت پس از وصل تغذیه ی بوبین، میدان مغناطیسی ایجاد شده و بر نیروی فنر غلبه می کند. نیروی اعمال شده باعث نزدیک شدن هسته ی متحرک به هسته ی ثابت و قطع و وصل پلاتین ها می شود. در صورتی که تغذیه ی بوبین را قطع کنیم، میدان از بین رفته و نیروی فنر بلافاصله وضعیت پلاتین ها را نرمال می کند. فنر استفاده شده در کنتاکتور باید عمر و مقاومت خوبی در برابر فشردگی های طولانی و حرارت (ممکن است یک کنتاکتور در ساعت های متوالی روشن بوده و دمای ایجاد شده در هسته و بوبین آن افزایش پیدا کند.) داشته باشد.

ترمینال ها:

کنتاکتور نیز همانند دیگر کلیدها، برای قطع و وصل جریان ساخته شده است. همان طور که در مقاله ی اجزای تشکیل دهنده ی کلید شرح داده شد، کلید یا عناصر کنترل کننده ی جریان باید به صورت سری در مدار قرار بگیرند. به این منظور محل هایی در کلید برای اتصال انواع سیم، کابل و شینه در نظر گرفته شده است. این نقاط اتصال ترمینال نام دارند. در کنتاکتور مدل های مختلف ترمینال تحت عنوان ترمینال های قدرت، فرمان و بوبین وجود دارد. در تصویر زیر ترمینال های یک کنتاکتور را مشاهده می کنید.

اجزای داخلی کنتاکتور

برای اتصال انواع سیم و کابل به ترمینال های کنتاکتور می توان از لوازم جانبی زیادی استفاده کرد. این لوازم با توجه به نوع و برند کنتاکتور ها متفاوت بوده و شامل انواع مبدل، کاور، لیبل و … می شود.

بدنه ی کنتاکتور یا قاب:

کنتاکتور نیز مانند دیگر کلیدها دارای یک قاب کلی می باشد. این قاب وظیفه دارد ضمن عایق کردن تجهیزات داخلی نسبت به یکدیگر و بدنه ی تابلو، شرایطی برای اتصال سیم ها، کابل ها، نصب کنتاکتور و … نیز فراهم کند.

کنتاکتور ها در صفحه ی داخلی تابلو و توسط پیچ یا ریل های استاندارد نصب می شوند. روش نصب تا حد زیادی به اندازه ی کنتاکتور بستگی دارد. طبق تصویر زیر، کنتاکتورهای کوچک و متوسط را می توان به راحتی روی ریل های استاندارد قرار داد.

اجزای کنتاکتور

اطلاعات زیادی از جمله مشخصات پلاتین ها، ولتاژ بوبین و … نیز روی قاب چاپ یا حک می شود. در تصویر زیر، علائم مشخص کننده ی پلاتین های قدرت و فرمان را مشاهده می کنید.

پلاتین فرمان

تست و تنظیمات کنتاکتور:

کنتاکتور المان تنظیمی نداشته ولی قبل از بهره برداری نیاز به تست دارد. تست های این کلید را می توان به سه گروه تست در بی برقی، تست مدار فرمان و تست مدار قدرت تقسیم کرد. در نظر داشته باشید که کنتاکتور یک کلید با فرمان الکتریکی بوده و هیچ گاه نمی توان از آن به صورت دستی استفاده کرد. برای انجام تست های نهایی این مراحل را انجام دهید:

  • تغذیه ی مدار قدرت و فرمان را قطع کرده و از عدم اتصال تجهیزات مانند الکتروموتور و … به کنتاکتور مطمئن شوید.
  • از نصب صحیح، عمکلرد مکانیکی، اینترلاک ها، لوازم جانبی و … کنتاکتور اطمینان حاصل کنید.
  • با توجه به رنگ سیم ها، رنگ شینه ها، لیبل ها و کمک گرفتن از اهم متر، صحت مدار فرمان و قدرت را در بی برقی کنترل کنید.
  • در قدرت های بالا و با استفاده از میگر، قدرت عایقی سیم ها و مقاومت پلاتین ها را کنترل کنید.
  • ولتاژ بوبین را با ولتاژ مدار فرمان مطابقت داده و از اتصال درست ترمینال ها مطمئن شوید.
  • در صورتی که از میراکننده ی ولتاژ بوبین استفاده شده است، اتصال و نحوه ی قرار گیری آن را کنترل کنید.
  • در صورتی که مدار شامل عملکرد خودکار و دستی می باشد آن را روی حالت دستی قرار دهید.
  • فیوز مدار فرمان را وصل کرده و عملکرد مدار، روشن و خاموش شدن کنتاکتور ها و … را در تمام حالت ها کنترل کنید.
  • تجهیزات کنترلی مانند تایمرها، سنسورها و … را تنظیم کنید.
  • در صورتی که از میراکننده ی مدار اصلی استفاده شده است، اتصال و نحوه ی قرار گیری آن را کنترل کنید.
  • در صورت اطمینان از صحت عملکرد مدار فرمان، تغذیه ی مدار قدرت را وصل کنید.
  • با استفاده از اهم متر، توالی سنج و … محل قرار گیری فازها و صحت مدار قدرت را چک کنید.
  • با بی برق کردن کامل تجهیزات، تست کامل کابل های ارتباطی و …، بار را به کنتاکتور متصل کنید.
  • با اطمینان از این که کسی روی تجهیزات دیگر کار نمی کند و این که راه اندازی بار مشکلی در تاسیسات ایجاد نخواهد کرد، مدار فرمان و قدرت را راه اندازی کنید.
  • تجهیزات کنترلی و حفاظتی مانند تایمرها، بی متال و … را تنظیم کرده و سیستم را خاموش کنید.
دوره ی تصویری کلیدهای فشار ضعیف