Kontaktör
Kontaktör, elektrik güç devresini anahtarlamak için kullanılan, elektrikle kumanda edilen bir elektrik anahtardır. Kontaktör, genellikle anahtarlamalı devreden çok daha az güçle, örneğin 230 voltluk bir motor anahtarını 24 voltluk bobin elektromıknatısıyla açıp kapatılması gibi, açıp kapatır. ⓘ
Genel amaçlı röle'lerin aksine kontaktör doğrudan yüksek akımlı yük cihazlarına bağlanacak şekilde tasarlanır. Röleler daha az kapasitelidir ve genellikle hem "normalde kapalı" hem de "normalde açık" uygulamalar için tasarlanır. 15 amperden fazla anahtarlama yapan veya birkaç kilovattan daha yüksek dereceli devrelerdeki cihazlara genellikle kontaktör denir. İsteğe bağlı yardımcı düşük akım kontaklarının yanı sıra, kontaktörler neredeyse sadece normalde açık ("A formu") kontaklarla donatılmıştır. Rölelerden farklı olarak kontaktörler, ağır motor akımlarını keserken oluşan arkı kontrol etme ve bastırma özellikleri ile tasarlanır. ⓘ
Kontaktörler, değişen kapasite ve özelliklere sahip birçok biçimdedir. Bir devre kesiciden farklı olarak, kontaktörün kısa devre akımını kesmesi amaçlanmamıştır. Kontaktörler, birkaç amperlik kesme akımlılardan binlerce ampere ve 24 V DC'den birçok kilovolta kadar değişir. Kontaktörlerin fiziksel boyutu, tek elle tutulabilecek kadar küçük bir cihazdan yaklaşık bir metreye kadar büyük cihazlara değişir. ⓘ
Kontaktörler elektrik motor'ları, aydınlatma, ısıtma, kapasitör sıraları, termal buharlaştırıcılar ve diğer elektrik yüklerini kontrol etmek için kullanılır. ⓘ
Kontaktörün üzerinde iki devre vardır. Bunlardan biri uyartım devresi diğeri kontak devresidir. Uyartı devresinde genelde 12, 24 veya 220 V, Kontak devresi genelde 220 V ve üzerinde gerilimde olur. "Normalde kapalı" tipte uyartım akımı yoksa kontak devresi kapalıdır. ⓘ
Uyartım devresinde akım olduğunda veya akım kesildiğinde bir selenoid tarafından hareket ettirilen sürgü kontak pabuçlarını kontak plakalarına bastırır veya çeker. Bu sayede düşük voltajlı veya akımlı bir devre yüksek voltajlı veya akımlı bir devreyi kumanda eder. ⓘ
- Yarı iletken testlerinde kontaktörler, test edilen cihazı bağlayan özel soket olarak da adlandırılabilir.
- Proses endüstrilerinde kontaktör, örneğin hava ve sıvı gibi iki akışın etkileşime girdiği bir kaptır. Bkz. Gaz-sıvı kontaktörü. ⓘ
İnşaat
Endüstriyel elektrikli araçlarda kullanılır ve bazen Elektrikli araç (EV) dönüşümlerinde kullanılır ⓘ
Bir kontaktörün üç bileşeni vardır. Kontaklar, kontaktörün akım taşıyan kısmıdır. Buna güç kontakları, yardımcı kontaklar ve kontak yayları dahildir. Elektromıknatıs (veya "bobin") kontakları kapatmak için itici güç sağlar. Muhafaza, kontakları ve elektromıknatısı barındıran bir çerçevedir. Muhafazalar, kontakları korumak ve yalıtmak ve personelin kontaklara dokunmasına karşı bir miktar koruma sağlamak için Bakalit, Naylon 6 ve ısıyla sertleşen plastikler gibi yalıtım malzemelerinden yapılır. Açık çerçeveli kontaktörler toza, yağa, patlama tehlikelerine ve hava koşullarına karşı koruma sağlamak için ek bir muhafazaya sahip olabilir. ⓘ
Manyetik patlamalar, elektrik arkını uzatmak ve hareket ettirmek için patlama bobinleri kullanır. Bunlar özellikle DC güç devrelerinde kullanışlıdır. AC arkları, arkın nispeten kolaylıkla söndürülebildiği düşük akım dönemlerine sahiptir, ancak DC arkları sürekli yüksek akıma sahiptir, bu nedenle onları üflemek, arkın aynı akımdaki bir AC arkından daha fazla gerilmesini gerektirir. Resimde görülen Albright kontaktöründeki (DC akımları için tasarlanmış olan) manyetik patlamalar kontaktörün kesebileceği akımı iki katından fazla artırarak 600 A'den 1.500 A'e çıkarır. ⓘ
Bazen bir kontaktörü kapalı tutmak için gereken gücü azaltmak için bir ekonomizör devresi de kurulur; yardımcı bir kontak, kontaktör kapandıktan sonra bobin akımını azaltır. Bir kontaktörü başlangıçta kapatmak için, kapalı tutmak için gerekenden biraz daha fazla miktarda güç gerekir. Böyle bir devre önemli miktarda güç tasarrufu sağlayabilir ve enerjili bobinin daha soğuk kalmasına izin verebilir. Ekonomizör devreleri neredeyse her zaman doğru akım kontaktör bobinlerine ve büyük alternatif akım kontaktör bobinlerine uygulanır. ⓘ
Temel bir kontaktörün bir bobin girişi olacaktır (kontaktör tasarımına bağlı olarak bir AC veya DC kaynağı tarafından tahrik edilebilir). Günümüzde piyasada evrensel bobinler (hem AC hem de DC ile tahrik edilen) de mevcuttur. Bobin, kontaktörün kontrol ettiği motorla aynı voltajda enerjilendirilebilir veya programlanabilir kontrolörler ve düşük voltajlı pilot cihazlar tarafından kontrol edilmeye daha uygun olan daha düşük bir bobin voltajıyla ayrı olarak kontrol edilebilir. Bazı kontaktörlerin motor devresine bağlı seri bobinleri vardır; bunlar örneğin, motor akımı düşene kadar bir sonraki direnç aşamasının kesilmediği otomatik hızlanma kontrolü için kullanılır. ⓘ
Çalışma prensibi
Akım elektromıknatıstan geçtiğinde, kontaktörün hareketli çekirdeğini çeken bir manyetik alan üretilir. Elektromıknatıs bobini, metal çekirdek bobine girdiğinde endüktansı artana kadar başlangıçta daha fazla akım çeker. Hareketli kontak hareketli çekirdek tarafından itilir; elektromıknatıs tarafından geliştirilen kuvvet hareketli ve sabit kontakları bir arada tutar. Kontaktör bobininin enerjisi kesildiğinde, yerçekimi veya bir yay elektromıknatıs çekirdeğini ilk konumuna döndürür ve kontakları açar. ⓘ
Alternatif akımla enerjilendirilen kontaktörler için, çekirdeğin küçük bir kısmı, çekirdekteki manyetik akıyı hafifçe geciktiren bir gölgeleme bobini ile çevrilidir. Bunun etkisi, manyetik alanın alternatif çekiminin ortalamasını almak ve böylece nüvenin hat frekansının iki katında vızıldamasını önlemektir. ⓘ
Kontaklar açılırken veya kapanırken ark ve bunun sonucunda hasar meydana geldiğinden, kontaktörler çok hızlı açılıp kapanacak şekilde tasarlanmıştır; hızlı hareket sağlamak için genellikle dahili bir devrilme noktası mekanizması vardır. ⓘ
Ancak hızlı kapanma, istenmeyen ek açma-kapama döngülerine neden olan kontak sıçramasının artmasına yol açabilir. Bir çözüm, kontak sıçramasını en aza indirmek için çatallı kontaklara sahip olmaktır; iki kontak aynı anda kapanacak şekilde tasarlanmıştır, ancak farklı zamanlarda sıçrar, böylece devrenin kısa bir süre bağlantısı kesilmez ve bir ark oluşmaz. ⓘ
Hafif bir varyantta, hızlı bir şekilde art arda devreye girecek şekilde tasarlanmış birden fazla kontak bulunur. İlk temas eden ve en son kopan kontak en büyük temas aşınmasını yaşayacak ve kontaktörün içinde aşırı ısınmaya neden olacak yüksek dirençli bir bağlantı oluşturacaktır. Bununla birlikte, bunu yaparken, birincil kontağı arktan koruyacak, böylece bir milisaniye sonra düşük bir kontak direnci oluşacaktır. Bu teknik yalnızca kontaktörler devreye girdiklerinin tersi sırada devreden çıkarsa etkilidir. Aksi takdirde ark oluşumunun zarar verici etkisi her iki kontaktör arasında eşit olarak bölünecektir. ⓘ
Kontaktörlerin ömrünü uzatmak için bir başka teknik de kontak silmedir; kontaklar ilk temastan sonra herhangi bir kirliliği silmek için birbirlerinin yanından geçerler. ⓘ
Ark bastırma
Yeterli kontak koruması olmadan, elektrik akımı arkının oluşması kontakların önemli ölçüde bozulmasına neden olur ve bu da önemli hasara yol açar. İki kontak noktası (elektrot) arasında, kapalıdan açığa (ark kırılması) veya açıktan kapalıya (ark oluşumu) geçerken bir elektrik arkı meydana gelir. Kesme arkı tipik olarak daha enerjiktir ve dolayısıyla daha yıkıcıdır. ⓘ
Ortaya çıkan elektrik arkı tarafından geliştirilen ısı çok yüksektir ve sonuçta kontak üzerindeki metalin akımla birlikte göç etmesine neden olur. Arkın aşırı yüksek sıcaklığı (on binlerce santigrat derece) çevredeki gaz moleküllerini çatlatarak ozon, karbon monoksit ve diğer bileşikleri oluşturur. Ark enerjisi kontak metalini yavaşça tahrip eder ve bazı malzemelerin ince partiküllü madde olarak havaya kaçmasına neden olur. Bu aktivite kontaklardaki malzemenin zamanla bozulmasına ve sonuçta cihazın arızalanmasına neden olur. Örneğin, doğru şekilde uygulanan bir kontaktör, güç altında çalıştırıldığında 10.000 ila 100.000 işlem ömrüne sahip olacaktır; bu, aynı cihazın 20 milyon işlemden fazla olabilen mekanik (güçsüz) ömründen önemli ölçüde daha azdır. ⓘ
Düşük voltajlardaki (600 volt ve altı) motor kontrol kontaktörlerinin çoğu hava kesmeli kontaktörlerdir; atmosferik basınçtaki hava kontakları çevreler ve devreyi keserken arkı söndürür. Modern orta gerilim AC motor kontrolörleri vakumlu kontaktörler kullanır. Yüksek voltajlı AC kontaktörler (1.000 volttan büyük) kontakların etrafında vakum veya inert bir gaz kullanabilir. Yüksek voltajlı DC kontaktörler (600 V'tan büyük) ark enerjisini kırmak için hala özel olarak tasarlanmış ark olukları içindeki havaya güvenir. Yüksek voltajlı elektrikli lokomotifler, basınçlı hava ile çalıştırılan tavana monte edilmiş devre kesiciler tarafından üstten beslemelerinden izole edilebilir; aynı hava kaynağı, oluşan herhangi bir arkı "üflemek" için kullanılabilir. ⓘ
Derecelendirmeler
Kontaktörler kontak (kutup) başına tasarlanan yük akımı, maksimum hata dayanım akımı, görev döngüsü, tasarım ömrü beklentisi, voltaj ve bobin voltajı ile derecelendirilir. Genel amaçlı bir motor kontrol kontaktörü büyük motorlarda ağır başlatma görevi için uygun olabilir; "belirli amaçlı" kontaktörler klima kompresör motoru başlatma gibi uygulamalara dikkatle uyarlanır. Kontaktörler için Kuzey Amerika ve Avrupa derecelendirmeleri farklı felsefeleri takip eder; Kuzey Amerika genel amaçlı makine aleti kontaktörleri genellikle uygulamanın basitliğini vurgularken, belirli amaç ve Avrupa derecelendirme felsefesi uygulamanın amaçlanan yaşam döngüsü için tasarımı vurgular. ⓘ
IEC kullanım kategorileri
Kontaktörün akım değeri kullanım kategorisine bağlıdır. Standart 60947'deki örnek IEC kategorileri şu şekilde tanımlanmıştır:
- AC-1 - Endüktif olmayan veya hafif endüktif yükler, direnç fırınları
- AC-2 - Kayar halkalı motorların çalıştırılması: çalıştırma, kapatma
- AC-3 - Sincap kafesli motorların çalıştırılması ve sadece motor hıza ulaştıktan sonra kapatılması. (Kilitli Rotor Amperleri (LRA) yapın, Tam Yük Amperlerini (FLA) kırın)
- AC-4 - Sincap kafesli motorların inching ve pluging görevi ile çalıştırılması. Hızlı Çalıştırma/Durdurma (Make and Break LRA) ⓘ
Röleler ve yardımcı kontak blokları IEC 60947-5-1'e göre derecelendirilmiştir.
- AC-15 - Elektromanyetik yüklerin kontrolü (>72 VA)
- DC-13 - Elektromıknatısların kontrolü ⓘ
NEMA
Düşük voltajlı motorlar (1.000 volttan az) için NEMA kontaktörleri, bağlı endüksiyon motorları için maksimum sürekli akım değeri ve beygir gücüne göre bir değer veren NEMA boyutuna göre derecelendirilir. NEMA standart kontaktör boyutları 00, 0, 1, 2, 3 ila 9 olarak belirlenmiştir. ⓘ
Beygir gücü değerleri gerilime ve NEMA standardı ICS2'de belirtilen tipik asenkron motor özelliklerine ve görev döngüsüne dayanmaktadır. İstisnai görev döngüleri veya özel motor tipleri, nominal değerden farklı bir NEMA starter boyutu gerektirebilir. Akkor aydınlatma veya güç faktörü düzeltme kondansatörleri gibi motor dışı yüklerin seçimine rehberlik etmek için üretici literatürü kullanılır. Orta gerilim motorları (1.000 volttan büyük) için kontaktörler gerilim ve akım kapasitesine göre derecelendirilir. ⓘ
Kontaktörlerin yardımcı kontakları kontrol devrelerinde kullanılır ve gerekli pilot devre görevi için NEMA kontak değerleri ile derecelendirilir. Normalde bu kontaklar motor devrelerinde kullanılmaz. İsimlendirme bir harf ve ardından üç basamaklı bir sayıdan oluşur, harf kontakların akım değerini ve akım tipini (yani AC veya DC) belirtir ve sayı maksimum voltaj tasarım değerlerini belirtir. ⓘ
Uygulamalar
Aydınlatma kontrolü
Kontaktörler genellikle bir ofis binası veya perakende satış binası gibi büyük aydınlatma tesisatlarının merkezi kontrolünü sağlamak için kullanılır. Kontaktör bobinlerindeki güç tüketimini azaltmak için, iki çalışma bobinine sahip olan mandallı kontaktörler kullanılır. Anlık olarak enerjilendirilen bir bobin, güç devresi kontaklarını kapatır ve daha sonra mekanik olarak kapalı tutulur; ikinci bobin kontakları açar. ⓘ
Manyetik başlatıcı
Manyetik yolverici, elektrik motorlarına güç sağlamak için tasarlanmış bir cihazdır. Temel bir bileşen olarak bir kontaktör içerir ve aynı zamanda güç kesme, düşük voltaj ve aşırı yük koruması sağlar. ⓘ
Vakum kontaktörü
Vakum kontaktörleri, arkı bastırmak için vakum şişesi kapsüllü kontaklar kullanır. Bu ark bastırma, kontakların çok daha küçük olmasını ve daha yüksek akımlarda hava kesmeli kontaklara göre daha az yer kullanmasını sağlar. Kontaklar kapsüllü olduğundan, vakum kontaktörleri madencilik gibi kirli uygulamalarda oldukça yaygın olarak kullanılır. Vakum kontaktörleri 1000-5000 volt arası orta gerilimlerde de yaygın olarak kullanılır ve birçok uygulamada yağ dolu devre kesicilerin yerini alır. ⓘ
Vakum kontaktörleri yalnızca AC sistemlerinde kullanılabilir. Kontakların açılmasıyla oluşan AC arkı, akım dalga formunun sıfır geçişinde kendiliğinden sönecek ve vakum, açık kontaklar boyunca arkın yeniden tetiklenmesini önleyecektir. Vakum kontaktörleri bu nedenle bir elektrik arkının enerjisini bozmada çok etkilidir ve maksimum kesme süresi AC dalga formunun periyodikliği tarafından belirlendiğinden nispeten hızlı anahtarlama gerektiğinde kullanılır. 60 Hz güç durumunda (Kuzey Amerika standardı), güç saniyenin 1/120'si (8,3 ms) içinde kesilecektir. ⓘ
Cıva rölesi
Bazen cıva yer değiştirme rölesi veya cıva kontaktörü olarak da adlandırılan cıva rölesi, anahtarlama elemanı olarak yalıtılmış kapalı bir kaptaki sıvı metal cıvayı kullanan bir röledir. ⓘ
Cıva ile ıslatılmış röle
Cıva ile ıslatılmış röle, kontakların cıva ile ıslatıldığı, genellikle kamış röle olan bir röle türüdür. Bunlar kontaktör olarak kabul edilmez çünkü 15 amperin üzerindeki akımlar için tasarlanmamışlardır. ⓘ
Eksantrik mili çalışması
Bir dizi kontaktörün sırayla çalıştırılması gerektiğinde, bu işlem tek tek elektromıknatıslar yerine bir eksantrik mili tarafından yapılabilir. Eksantrik mili bir elektrik motoru veya pnömatik bir silindir tarafından tahrik edilebilir. Katı hal elektroniğinin ortaya çıkmasından önce, eksantrik mili sistemi elektrikli lokomotiflerde hız kontrolü için yaygın olarak kullanılıyordu. ⓘ
Röle ve kontaktör arasındaki farklar
Akım değerlerine ve motor devresi kontrolü için derecelendirmelerine ek olarak, kontaktörler genellikle rölelerde bulunmayan diğer yapı detaylarına sahiptir. Düşük güçlü rölelerin aksine, kontaktörler genellikle motor başlatma ani akımı gibi ağır akımları kesmelerine izin vermek için ark bastırma için özel yapılara sahiptir. Kontaktörler genellikle motor kontrol devrelerinde kullanılan pilot görev için derecelendirilmiş ek kontak bloklarının montajı için hükümlere sahiptir.
- Röleler için yüksek bobin gerilimleri görmek nadirdir, ancak genellikle 24 V AC/DC'den 600 V AC'ye kadar bobin gerilimleri olan kontaktörlerde bulunur.
- Röleler genellikle normalde kapalı kontaklara sahiptir; kontaktörler genellikle değildir (enerji kesildiğinde bağlantı yoktur).
- Kombine motor yol vericiler sadece kontaktör kullanır
- Anahtarlama süreleri röleler için çok daha hızlıdır. ⓘ