کنتاکتور چیست و چگونه کار می کند؟

کنتاکتور یکی از اصلی‌ترین و پرکاربردترین تجهیزات در صنعت برق صنعتی و اتوماسیون صنعتی به شمار می‌آید. این دستگاه، یک کلید یا سوئیچ الکترومغناطیسی است که وظیفه اصلی آن قطع و وصل مدارات قدرت است. کنتاکتور این فرآیند کلیدزنی را با استفاده از نیروی الکتریکی و مغناطیسی انجام می‌دهد. کنتاکتورها در سیستم‌هایی که نیاز به کنترل و قطع و وصل جریان برق دارند، مانند موتورها، پمپ‌ها و سیستم‌های نورپردازی، استفاده می‌شوند.

به طور ساده، کنتاکتور واسطه‌ای بین مدار قدرت و فرمان است.

۱. کنتاکتور چگونه کار می‌کند؟ (نحوه عملکرد)

نحوه عملکرد کنتاکتور بر اساس ایجاد نیروی الکترومغناطیسی برای قطع و وصل کردن خطوط تغذیه توان که به بار می‌رسند، است.

مراحل عملکرد (وصل شدن)

1. اعمال جریان به بوبین: جریانی که به بوبین (سیم‌پیچ) کنتاکتور وارد می‌شود، آن را برق‌دار می‌کند. ولتاژ تغذیه بوبین می‌تواند AC یا DC باشد و در رنج‌های متفاوتی (از ۱۲ ولت تا ۶۹۰ ولت AC یا ۲۴ تا ۴۴۰ ولت DC) ساخته می‌شود.
2. تولید میدان مغناطیسی: با عبور جریان از سیم‌پیچ درون هسته ثابت، یک میدان مغناطیسی قوی ایجاد می‌شود.
3. حرکت هسته متحرک: این میدان مغناطیسی، هسته متحرک (آرمیچر یا جوشن) را به سمت هسته ثابت می‌کشد.
4. برقراری اتصال: با حرکت هسته متحرک، کنتاکت‌های متحرک با کنتاکت‌های ثابت تماس پیدا می‌کنند و مدار قدرت وصل می‌شود.
5. حالت دائم وصل: جریان برق به طور دائم در سیم‌پیچ برقرار است و تیغه متحرک را با فشار مناسب در وصل نگه می‌دارد. تیغه متحرک کنتاکتور در حالت وصل تحت نیروی دائم الکترومغناطیسی قرار دارد.

غیرفعال شدن (قطع شدن)

1. قطع یا کاهش ولتاژ بوبین: زمانی که جریان کنتاکتور قطع شود یا ولتاژ در بوبین کاهش یابد.
2. عملکرد فنرها: با از بین رفتن نیروی مغناطیسی، نیروهای فنرها باعث می‌شوند که کنتاکت متحرک به طور اتوماتیک در موقعیت قطع قرار بگیرد.
3. جدا شدن تیغه‌ها: تیغه‌ها از کنتاکت‌های ثابت جدا شده و جریان تغذیه بار قطع می‌شود. به این حالت آزاد شدن کنتاکتور گفته می‌شود.

نکته مهم: اگر به هر دلیلی مدار هسته کاملاً بسته نشود و بین هسته متحرک و ثابت فاصله هوایی وجود داشته باشد، جریان بوبین افزایش یافته و باعث داغ شدن و سوختن سیم‌پیچ کنتاکتور خواهد شد.

۲. اجزای اصلی کنتاکتور

ساختار کنتاکتور شامل سه بخش اصلی است: کنتاکت‌ها، کویل (بوبین) و محفظه.

هسته و سیم‌پیچ (بوبین)

کنتاکتور از دو هسته E یا U شکل تشکیل شده که یکی ثابت و دیگری متحرک است. سیم‌پیچ (بوبین) درون هسته ثابت قرار دارد.

جزء	توضیحات
هسته ثابت و متحرک	هسته‌هایی که با برق‌دار شدن بوبین، به هم متصل می‌شوند.
بوبین (سیم‌پیچ)	با عبور جریان، میدان مغناطیسی لازم برای جذب هسته متحرک را ایجاد می‌کند.
ورودی‌های بوبین	با علامت‌های A1 و A2 مشخص می‌شوند.

کنتاکت‌ها (تیغه‌ها)

کنتاکت‌ها وظیفه انتقال جریان را بر عهده دارند. کنتاکت‌های ثابت و متحرک باید دارای درجه عایقی مناسب باشند.

1. کنتاکت‌های اصلی (قدرت): برای قطع و وصل مدار الکتریکی در توان بالا استفاده می‌شوند. در کنتاکتورهای سه فاز، معمولاً سه کنتاکت اصلی وجود دارد.
   • ورودی سه فاز: با علامت‌های L1، L2، L3 (پیچ‌های شماره 1، 3، 5) نمایش داده می‌شوند.
   • خروجی سه فاز: با علامت‌های T1، T2، T3 (پیچ‌های شماره 2، 4، 6) نمایش داده می‌شوند.
2. کنتاکت‌های کمکی (فرمان): عملکرد کنترلی دارند و در طراحی مدارهای فرمان به کار می‌روند.
   • کنتاکت باز (NO): مخفف Normally Open، کنتاکت‌هایی که قبل از عملکرد کنتاکتور، باز هستند.
   • کنتاکت بسته (NC): مخفف Normally Close، کنتاکت‌هایی که قبل از عملکرد کنتاکتور، بسته هستند.

محفظه و سایر اجزا

محفظه فریمی است که کنتاکت‌ها و کویل در آن قرار گرفته‌اند. جنس محفظه معمولاً از مواد عایقی مانند باکالیت، پلی کاپرولاکتام (Nylon 6) یا پلیمرهای گرماسخت ساخته می‌شود و برای عایق‌بندی و حفاظت در برابر تماس با کاربر طراحی شده است. اجزای داخلی دیگر شامل صفحه فلزی انتهایی، فنر، حامل کنتاکت‌ها و قسمت کنترل جرقه هستند.

۳. مزایا و کاربردهای کنتاکتور

کنتاکتورها به دلیل ویژگی‌های خاص، جایگزین مناسبی برای کلیدهای دستی صنعتی هستند.

مزایای کلیدی

• کنترل از راه دور: امکان کنترل وسایل از راه دور را فراهم می‌کند.
• عمر مکانیکی بالا: کنتاکتورها هنگام قطع و وصل سایش مکانیکی کمی دارند، لذا طول عمر بالاتری نسبت به سایر کلیدها دارند.
• قابلیت کار زیر بار: کنتاکتورها قابلیت قطع و وصل زیر بار را دارند.
• طراحی اتوماتیک: امکان ایجاد مدار فرمان اتوماتیک و راه‌اندازی تجهیزات صنعتی به صورت خودکار وجود دارد.
• ایمنی بالاتر: در صورت قطع برق، مدار کنتاکتور نیز قطع شده و برای وصل مجدد به استارت نیاز دارد، که این امر از خطرات وصل ناگهانی جلوگیری می‌کند.
• کنترل چندنقطه‌ای: مصرف‌کننده می‌تواند دستگاه‌های خود را از چند محل مختلف کنترل کند.
• سرعت بالا: با طراحی مناسب مدار، می‌توان سرعت قطع و وصل جریان برق را بالا برد.

کاربردهای کنتاکتور

کنتاکتورها در مدارهای فرمان و قدرت نقش دارند.

• راه‌اندازی موتورها: در راه اندازی موتورهای صنعتی.
• سیستم‌های روشنایی: در بخش روشنایی محیط‌هایی مانند ساختمان‌های مسکونی و تجاری.
• دستگاه‌های تهویه: استفاده در سیستم‌های تهویه.
• بانک‌های خازنی: کنترل بارهای خازنی.
• تک پل خودرو: برای بار ۱۲ ولت.

۴. انواع کنتاکتور و طبقه‌بندی بار

کنتاکتورها بر اساس ظرفیت، قدرت و بار قابل استفاده دسته‌بندی می‌شوند.

نوع کنتاکتور	مورد استفاده/ویژگی‌ها
کنتاکتور قدرت (سه فاز)	مناسب برای بارهای سنگین و قطع و وصل مدارات توان بالا در موتورهای الکتریکی بزرگ.
کنتاکتور کنترلی (فرمان)	فقط برای قطع و وصل مدار فرمان استفاده می‌شود و توان قطع کمی دارد.
کنتاکتور خازنی	تخصصی برای قطع و وصل خازن در بانک خازنی، برای کاهش شدت جریان اولیه (هجومی).
کنتاکتور مغناطیسی	پیشرفته‌ترین نوع، عملکرد الکترومکانیکی بر اساس میدان مغناطیسی، قابلیت کنترل از راه دور.
کنتاکتور حالت جامد	بدون قطعات متحرک و عمر طولانی، بوسیله جریان الکتریکی تعویض حالت می‌دهد.
کنتاکتور بی‌صدا	عملکرد بدون صدا، مناسب برای محیط‌های اداری و بیمارستان‌ها.
کنتاکتور تک فاز	شامل مدل‌های اتومات، کلید دار (دستی) و بوبین DC.

کنتاکتور AC و DC

کنتاکتورها برای جریان‌های AC و DC طراحی شده‌اند و تفاوت‌هایی دارند. در کنتاکتورهای AC از یک حلقه اتصال کوتاه (Shading Coil) برای جلوگیری از لرزش و صدای وز وز ناشی از نوسانات فرکانس شبکه استفاده می‌شود. این حلقه باعث می‌شود که شار در هسته هیچ‌گاه صفر نشود و نیروی دائمی برای متصل نگه داشتن هسته ثابت و متحرک وجود داشته باشد.

طبقه‌بندی بر اساس بار (استاندارد)

انتخاب کنتاکتور مناسب باید بر اساس مشخصات توان، ولتاژ، جریان و ضریب قدرت بار صورت گیرد. جدول زیر خلاصه‌ای از طبقه‌بندی کنتاکتورها بر اساس استاندارد را نشان می‌دهد:

نوع جریان	علامت طبقه بندی	موارد استفاده
AC	AC1	بارهای اهمی، غیر سلفی (مانند گرمکن برقی) با ضریب توان حدود ۰.۹۵.
AC	AC3	راه‌اندازی موتورهای آسنکرون روتور قفسه‌ای؛ تحمل جریان راه‌اندازی ۵ تا ۷ برابر جریان نامی.
AC	AC4	برای تعداد دفعات قطع و وصل زیاد با فواصل زمانی کم (مثل ترمز جریان مخالف یا تغییر جهت موتور).
DC	DC1	بارهای اهمی یا غیر سلفی (مانند گرمکن برقی).
DC	DC3/DC5	راه‌اندازی موتور شنت یا سری با تعداد دفعات قطع و وصل زیاد و ترمز جریان مخالف.
AC/DC	AC11/DC11	کنتاکتور کمکی (فرمان)، کوپل مغناطیسی.

۵. مقایسه با سایر تجهیزات

کنتاکتور و رله

کنتاکتور و رله هر دو سوئیچ‌های الکترومغناطیسی هستند. تفاوت‌های اصلی آن‌ها عبارتند از:

• ظرفیت بار: کنتاکتورها در ولتاژ و جریان‌های بالا (تا ۱۲۵۰ آمپر) کاربرد دارند، در حالی که رله‌ها توان کمتری را تحمل می‌کنند و برای جریان‌های پایین‌تر (معمولاً ۵ تا ۱۰ آمپر) استفاده می‌شوند.
• طراحی: کنتاکتورها اغلب برای کاربردهای سه‌فاز طراحی می‌شوند.
• ویژگی‌های ایمنی: کنتاکتورها برای کنترل و سرکوب قوس الکتریکی تولید شده در هنگام قطع جریان‌های سنگین طراحی شده‌اند و معمولاً دارای ویژگی حذف‌کننده آرک هستند، در حالی که رله‌ها این ویژگی‌ها را ندارند.
• اندازه و قیمت: کنتاکتورها بزرگ‌تر، سنگین‌تر و گران‌قیمت‌تر از رله‌ها هستند.

کنتاکتور و کلید اتوماتیک/مینیاتوری

تفاوت اساسی در عملکرد آن‌ها در شرایط خطا است:

• کنتاکتور: کلیدی است که برای قطع و وصل مدار در شرایط عادی و حالت اضافه بار (با کمک بیمتال) استفاده می‌شود. کنتاکتورها فاقد هرگونه حفاظتی در مقابل جریان اضافه و اتصال کوتاه هستند و برای قطع جریان اتصال کوتاه طراحی نشده‌اند.
• کلید اتوماتیک/مینیاتوری: برای قطع و وصل مدار در حالت خطا (اضافه جریان و اتصال کوتاه) کاربرد دارد.

۶. تجهیزات جانبی کنتاکتور

برای بهبود عملکرد کنتاکتور و اضافه کردن قابلیت‌های کنترلی، از تجهیزات جانبی استفاده می‌شود.

• کنتاکت کمکی: زمانی به کار می‌رود که تعداد کنتاکت‌های فرمان موردنیاز افزایش یابد. این کنتاکت‌ها می‌توانند در بغل یا روی کنتاکتور نصب شوند.
• قفل مکانیکی (Interlock): از کار کردن همزمان دو کنتاکتور در مدار (مثلاً در مدارهای چپ‌گرد-راست‌گرد) جلوگیری می‌کند و ترتیب کلیدزنی درست را تضمین می‌کند.
• نویزگیر: وظیفه کاهش و جلوگیری از صدای پارازیت‌ها (وز وز) ناشی از خاصیت سلفی بوبین را بر عهده دارد.

۷. نکات مهم در خرید و انتخاب کنتاکتور

هنگام انتخاب کنتاکتور باید به مشخصات فنی و شرایط کاری دقت شود.

• جریان نامی (Rated Current – $I_e$): جریانی که کنتاکتور با آن به کار گرفته می‌شود و باید با جریان کاری بار تطابق داشته باشد.
• ولتاژ عملکرد ($U_e$): ولتاژ کاری بوبین (تحریک) و ولتاژ بار باید مشخص شود. ولتاژ کنتاکتورهای صنعتی معمولاً ۲۲۰ تا ۶۶۰ ولت است.
• نوع بار: کنتاکتور باید بر اساس نوع بار (موتوری، مقاومتی، خازنی) انتخاب شود.
• توان تحمل قوس الکتریکی: قدرت کنتاکت‌ها در تحمل قوس الکتریکی ناشی از قطع کنتاکت‌ها را قدرت قطع کنتاکتور می‌نامند.
• کیفیت و برند: برندهای معتبر مانند اشنایدر، زیمنس، هیوندای، ال اس و … معمولاً از نظر دوام و عملکرد ایمن‌تر هستند.
• طول عمر مکانیکی: تعداد دفعات قطع و وصل کنتاکتور (که هر قطع و وصل یک بار است) طول عمر مکانیکی نام دارد و با حروف A تا F مشخص می‌شود (A= $10^3$ بار تا F= $10^8$ بار).
• ایمنی: توجه به عایق بودن کنتاکتور برای جلوگیری از خطرات احتمالی مانند آتش‌سوزی مهم است.