کاربرد کنتاکتور در مدار قدرت و فرمان
استفاده از کنتاکتورها در مدارهای قدرتی و فرمانی یکی از جوانب اساسی و کلیدی در علم الکترونیک و الکتریکال مهندسی میباشد. کنتاکتورها به عنوان سوئیچ‌های الکتریکی قابل برنامه‌ریزی، نقش حیاتی در کنترل و مدیریت جریان برق در سیستم‌های پیچیده ایفا می‌کنند. در ادامه با کاربرد کنتاکتور در مدار قدرت و فرمان آشنا خواهیم شد.
کنتاکتور چیست؟
کنتاکتورها به طور گسترده در کنترل موتورهای تک فاز و سه فاز با توان‌های متنوع از ۲٫۲ تا ۴۵۰ کیلووات استفاده می‌شوند. این دستگاه‌ها به منظور اتوماسیون و کنترل دقیق عملکرد موتورها به‌کار گرفته می‌شوند. استفاده از کنتاکتور به عنوان روش ساده و موثر برای قطع و وصل اتوماتیک موتورها شناخته می‌شود.
یک کنتاکتور شامل یک سکسیونر قطع زیر بار است، که تیغه متحرک آن تحت تأثیر نیروی دائم الکترومغناطیسی با یک کنتاکت ثابت در تماس قرار دارد. این ساختار به این دستگاه این امکان را می‌دهد که جریان برق را با دقت کنترل کرده و به صورت اتوماتیک موتور را قطع یا وصل نماید.
کنتاکتور چگونه عمل می‌کند؟
عملکرد کنتاکتور به شکلی است که در کویل آن، جریان به صورت دائمی حفظ می‌شود و تیغه متحرک کنتاکتور با فشار مناسب در حالت وصل با کنتاکت ثابت تراز می‌ماند. در صورت کاهش ولتاژ یا قطع جریان در سیم پیچ یا کویل، نیروی تقلیل یافته، کنتاکت متحرک به طور اتوماتیک در موقعیت قطع قرار می‌گیرد و جریان را قطع می‌کند.
این باعث می‌شود تیغه‌های نگهدارنده کنتاکت‌ها که در مسیر جریان بار موتور قرار دارند، جدا شوند. تیغه‌های کنتاکتور تنها تحت تأثیر نیروی مغناطیسی ثابت به یکدیگر متصل هستند و برای جذب تیغه‌ها به یکدیگر، نیازمند وجود نیروی الکترومغناطیسی دائم می‌باشند.
در صورت قطع جریان، تیغه‌ها تحت تأثیر نیروی فنر از کنتاکت‌های ثابت جدا می‌شوند و جریان تغذیه موتور را قطع می‌نمایند. این عمل به آزاد شدن کنتاکتور معروف است. شکل زیر جزئیات عملکرد کنتاکتور را به خوبی نشان می‌دهد.
نحوه سیم کشی کنتاکتور
برای برقراری جریان در سیم پیچ تحریک و وصل کنتاکتور، از ترکیبات مختلف سیم کشی در شکل (الف) استفاده شده است. با اعمال فشار به شستی P، جریان در سیم پیچ ایجاد می‌شود و با اتصال کنتاکتور، ارتباط برقرار می‌شود. در حالت (ب)، جهت برقراری جریان در سیم پیچ K از ولتاژ فاز تغذیه استفاده شده و شستی استارت در مسیر جریان تغذیه قرار گرفته است.
با اتصال شستی استارت و برقراری جریان در سیم پیچ، کنتاکت کمکی موازی K-1 (کنتاکت خودنگهدار) بسته شده و اطمینان حاصل می‌شود که جریان در مدار سیم پیچ به طور مداوم حفظ شود. برای قطع موتور، جریان برقرار شده در سیم پیچ کنتاکتور باید قطع شود.
با فشردن شستی استوپ، جریان سیم پیچ کنتاکتور قطع می‌شود و تیغه‌ها تحت نیروی فنر از کنتاکت‌های ثابت جدا می‌شوند. عمدتاً دو شستی برای عملیات قطع و وصل کنتاکتور استفاده می‌شود. در شکل زیر، شستی‌های استارت و استوپ با Ky مشخص شده‌اند. همچنین، جهت قطع اتوماتیک موتور، کنتاکت‌های B1 و B2 در مسیر سیم پیچ تحریک کنتاکتور قرار گرفته‌اند.
کاربرد کنتاکتور در کلید ستاره-مثلث
کاربرد کنتاکتور در کلید ستاره-مثلث به عنوان یک راهکار حیاتی در کنترل و راه‌اندازی موتورها به‌شمار می‌آید. اغلب کلیدهای ستاره-مثلث شامل سه کنتاکتور هستند که با بهره‌گیری از اینترلاک‌ها، کنتاکت‌های کمکی NO و NC، و تایمرهای کمکی، توانایی تبدیل اتصال موتورها از حالت ستاره در حالت گذرا به حالت مثلث را دارند. این رویکرد در تابلوهای توزیع و تغذیه به منظور کاهش اثرات زیانبار مرتبط با جریان راه‌اندازی موتورها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
افزایش جریان راه‌اندازی می‌تواند باعث افت ولتاژ در مسیر تغذیه موتور شده و این امر به آسیب رسیدن به موتور منجر می‌شود. علاوه بر این، این افزایش جریان باعث ایجاد گرما در سیم‌بندی موتور می‌شود که نیز ممکن است به آسیب‌های جدی منجر شود. از این رو، کنترل و کاهش جریان راه‌اندازی موتورها امری بسیار حیاتی به‌شمار می‌آید.
در راه‌اندازی موتورها، از یک مجموعه تجهیزات الکتریکی، که شامل سه کنتاکتور است و با نام کلیدهای ستاره-مثلث شناخته می‌شود، استفاده می‌شود. این کنتاکتورها با محاسبات مداری خاص، در حالت ستاره باعث کاهش به یک سوم جریان راه‌اندازی در حالت مثلث می‌شوند.
این عمل باعث جبران افزایش جریان راه‌اندازی موتور می‌گردد. در عمل، هنگامی که دور موتور به دور نامی خود می‌رسد، سربندی موتور توسط کلید ستاره-مثلث، که در مسیر تغذیه قرار گرفته است، از حالت ستاره به حالت مثلث تبدیل می‌شود.
کنتاکتور چهار پل
کنتاکتورهای چهار پل به دلیل خصوصیات خاص خود، در شرایط خاصی از سیستم‌های الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. یکی از دلایل اصلی استفاده از این نوع کنتاکتورها، نیاز به جدا سازی نول شبکه از نول مدار است. در برخی موارد، اهمیت دارد که نول شبکه به‌طور مستقل از سایر اجزای مدار عمل کند و تداخل با سه فاز یا سایر عناصر جلوگیری شود.
یکی از اعمال این نوع کنتاکتورها در سیستم‌های UPS (یو پی اس) مشاهده می‌شود. در لحظاتی که سیستم UPS دستور قطع گرفتن فراهم می‌کند، این کنتاکتورها عمل قطع نول مدار را انجام داده و از تداخل غیرمطلوب جلوگیری می‌کنند. این اقدام ضمانت می‌کند که نول مدار همزمان با قطع سه فاز قرار نگیرد و سیستم UPS به بهترین شکل ممکن عمل کند.
کنتاکتورهای چهار پل همچنین در ژنراتورهای سنکرون مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این سناریو، ضروری است که نول مدار ژنراتور جدا شده و در هنگام دریافت دستور قطع، نیز نول مدار به‌طور همزمان قطع گردد. این عمل باعث حفاظت از سیستم و جلوگیری از تداخلات غیرمطلوب می‌شود.
جابه جایی کنتاکتور در تابلو برق
جابه‌جایی کنتاکتورها در تابلوی برق نقش حیاتی در بهبود عملکرد و ایمنی سیستم‌های الکتریکی ایفا می‌کند. مدارهایی که از کنتاکتورهای مغناطیسی استفاده می‌کنند، نیاز به کلید مجزا برای کنترل و ورودی آن دارند. این کلیدها به عنوان عنصری اساسی در محافظت از مدارها در برابر اضافه جریان و کنترل مدارها عمل می‌کنند. برای حفاظت از مدار در مقابل اتصال‌های کوتاه، معمولاً از فیوز یا کلیدهای اتوماتیک استفاده می‌شود، که باید در ورودی کنتاکتورها نصب گردند.
چگونه مصرف کنتاکتور را بهینه‌سازی کنیم؟
جهت بهینه‌سازی مصرف انرژی کنتاکتورها، از مقاومت‌هایی استفاده می‌شود که پس از عملکرد کنتاکتور به واسطه بوبین به مدار متصل می‌شوند. این مقاومت باعث کاهش جریان مصرفی می‌شود. تیغه‌ای درون خود کنتاکتور به مقاومت وصل می‌شود و هنگامی که جریان به سیم پیچ وارد می‌شود، تیغه که قبلاً بسته (NC) بوده است، باز (NO) می‌شود و مقاومت که در مسیر بوبین قرار دارد، به صورت سری با آن اتصال می‌یابد. این روش باعث بهبود کارایی و کاهش مصرف انرژی کنتاکتورها می‌شود.
در این مقاله، به بررسی مفاهیم مرتبط با کاربرد و عملکرد کنتاکتورها در مدارهای برقی پرداختیم. ابتدا نقش کنتاکتورها در کنترل و راه‌اندازی موتورها و دیگر دستگاه‌های الکتریکی مورد بررسی قرار گرفت. سپس به تفصیل به کنتاکتورهای چهار پل و کاربردهای آنها در سیستم‌های الکتریکی پرداختیم.
در ادامه، به موضوع جابه‌جایی کنتاکتور و نحوه سیم‌کشی در تابلوهای برق پرداختیم. توضیحاتی دقیق در مورد استفاده از سیم‌کشی کنتاکتور در مدارهای مختلف ارائه شد و نحوه بهینه‌سازی مصرف انرژی کنتاکتورها نیز مورد بررسی قرار گرفت.
در نهایت، مقاله به ارائه توضیحاتی درباره سیم‌کشی کنتاکتور و نقش آن در برقراری جریان در مدارها پرداخت. شرح دقیقی از سیم‌کشی در دو حالت مختلف برای برقراری و قطع جریان در سیم‌پیچ تحریک کنتاکتور ارائه شد.
