بررسی تفاوت کنتاکتور AC و DC از منظر ساختار و کاربرد!

کنتاکتور یکی از تجهیزات پرکاربرد برق صنعتی و تجاری است. کنتاکتورها انواع بسیار گوناگونی دارند و به روش های مختلفی دسته بندی می شوند. براساس ولتاژ بار می توان کنتاکتورها را به دو گروه AC و DC تقسیم کرد. اما تفاوت کنتاکتور AC و DC در چیست؟

با من همراه باشید تا به این سوال پاسخ دهیم. قبل از پرداختن به تفاوت های این تجهیزات، بیان مقدمه ای درمورد ساختار و عملکرد آن ها ضروری است. این مقدمه کمک می کند تا درک بهتری از تفاوت های این تجهیزات داشته باشید. با من همراه باشید.

ساختار و عملکرد کنتاکتور

کنتاکتور یک کلید الکترومکانیکی برای کنترل بارهای الکتریکی به ویژه در جریان های بالا است. این کلیدها انواع مختلفی دارند و متناسب با مداری که در آن قابل استفاده هستند تولید می شوند. کنتاکتور AC  به صورت ویژه جهت استفاده در مدار AC طراحی شده است.

جهت کنترل بارهای جریان مستقیم باید از کنتاکتور DC استفاده کنید. مهمترین قابلیت کنتاکتورها که سبب گسترش استفاده از آن ها شده است، امکان کنترل از راه دور است. این قابلیت مشابه رله است. اما مهمترین تفاوت کنتاکتور و رله در رنج جریان عملیاتی آن ها است.

ساختار داخلی کنتاکتور شامل بخش های زیر است:

• بوبین یا سیم پیچ
• کنتاکت یا پلاتین (اصلی و کمکی)
• جرقه گیر
• قاب محافظ

ساختار و عملکرد کلی همه کنتاکتورها یکسان است. با این وجود مهمترین تفاوت کنتاکتور AC و DC در ساختار سیم پیچ و تیغه آن ها است.

عملکرد کنتاکتور

برقراری جریان در سیم پیچ کنتاکتور سبب تشکیل یک آهنربای الکتریکی می شود. نیروی جاذبه آهنربا بر نیروی واکنش فنر نگهدارنده غلبه می کند. در این حالت کنتاکت متحرک با نیروی الکترومغناطیسی جذب شده و به کنتاکت ثابت می چسبد. اتصال کنتاکت ها به معنای وصل شدن مدار اصلی و روشن شدن مصرف کننده است.

با قطع ولتاژ بوبین، کنتاکت متحرک تحت تأثیر نیروی واکنش فنرها جابجا شده و اتصال قطع می شود. قطع اتصال کنتاکت ثابت و متحرک سبب ایجاد جرقه می شود. این جرقه به سمت اتاقک کنترل جرقه هدایت شده و در آنجا خنثی می شود. عدم خنثی سازی جرقه به کنتاکتور آسیب جدی وارد می کند.

جزئیات بیشتر در مورد ساختار و عملکرد این کلید را در مقاله کنتاکتور چیست و چه کاربردهایی دارد؟ ببینید

کنتاکتور AC یا DC

تفاوت کنتاکتور AC و DC را در دو بخش می توان مورد بررسی قرار داد. تفاوت اول در ولتاژ بوبین یا فعالساز کنتاکتور است. کنتاکتورها براساس نوع ولتاژ بوبین به دو گروه AC و DC تقسیم می شوند. علاوه بر تفاوت در نوع ولتاژ تغذیه، سطح ولتاژ تغذیه در کنتاکتورهای مختلف متفاوت است. برخی از کنتاکتورها مانند سری 3RT1 کنتاکتور زیمنس نیز با هر دو نوع ولتاژ AC و DC فعال می شوند.

تفاوت ولتاژ تغذیه سبب ایجاد تغییراتی در طراحی کنتاکتور می شود. اولین تفاوت کنتاکتور AC و DC در طراحی و عملکرد سیم پیچ الکترومغناطیسی است. با بیان یک مقدمه ساده در مورد عملکرد سیم پیچ و هسته الکترومغناطیسی این تفاوت آشکارتر می شود.

آهنربای الکترومغناطیسی چگونه کار می کند؟

عبور جریان الکتریکی از سیم پیچ (سیم لوله) سبب ایجاد میدان الکترومغناطیسی در اطراف سیم پیچ می شود. میدان الکترومغناطیسی، سیم پیچ را به یک آهنربا تبدیل می کند. تشکیل آهنربا سبب جذب هسته آهنی به سیم پیچ می شود. تیغه متحرک کنتاکتور به هسته آهنربا وصل است و همراه هسته جابجا می شود. جابجایی به اندازه ای است که تیغه متحرک به تیغه ثابت می چسبد.

با توجه به تفاوت ولتاژهای AC و DC، تفاوت کنتاکتور AC و DC در مدار الکترومغناطیسی بدیهی است. ولتاژ dc  یا مستقیم همیشه یک جهت ثابت دارد و از قطب + به قطب _ (به صورت قراردادی) جریان دارد.

اما در ولتاژ AC جهت جریان دائما در حال تغییر است. به عنوان مثال برای برق شهر با فرکانس 50 هرتز، ولتاژ 50 سیکل را در ثانیه طی می کند که هر سیکل شامل یک تغییر جهت در ولتاژ است. یعنی در هر ثانیه 100 بار تغییر جهت جریان را شاهد هستیم. تفاوت جهت جریان سبب تغییراتی در ساختار کنتاکتور AC  و DC شده است که در ادامه به بررسی آن می پردازیم.

تفاوت کنتاکتور AC و  DC

کنتاکتورها براساس سیستم ولتاژی که متناسب با آن نامگذاری شده اند، طراحی می شوند. تفاوت ولتاژ بار و بوبین کنتاکتورها سبب ایجاد تغییراتی در ساختار آن ها می شود. به عنوان مثال تیغه کنتاکتور مسیر عبور جریان بار است. هر چقدر جریان عبور بزرگتر باشد، سطح مقطع و ضخامت تیغه نیز افزایش می یابد.

تولیدکنندگان زیادی در سطح دنیا اقدام به تولید و عرضه کنتاکتور می کنند. هر تولید کننده با هدف بهبود عملکرد و کارایی تغییراتی را در طراحی به وجود می آورد. هدف ما در اینجا بررسی جزئیات طراحی برندهای مختلف نیست. کنتاکتور AC و کنتاکتور DC، چند تفاوت اساسی در طراحی دارند:

وجود حلقه اتصال کوتاه

عبور جریان متناوب از سیم پیچ الکترومغناطیسی، یک نیروی محرکه متناوب روی آرمیچر ایجاد می کند. تغییر جهت نیرو محرکه سبب باز و بسته شدن سریع هسته های آهنی متحرک و ساکن (متناسب با فرکانس ولتاژ تغذیه بوبین) می شود. این قطع و وصل سریع سبب ضعیف شدن اتصال و همچنین مستهلک شدن تیغه ها می شود.

به منظور برطرف کردن این چالش و کاهش خرابی کنتاکتور، از یک حلقه مسی اتصال کوتاه در کنتاکتور AC  استفاده می شود. به عنوان یک تفاوت کنتاکتور AC و DC می توان به وجود همین حلقه اتصال کوتاه اشاره کرد.

تفاوت در ساختار هسته

هسته آهنی کنتاکتور AC در معرض تلفات ناشی از جریان گردابی و تلفات هیسترزیس قرار دارد. علاوه بر این تغییرات مکرر قطب های آهنربا در اثر تغییر پلاریته ولتاژ متناوب، سبب گرم شدن بیش از حد هسته می شود. جهت جلوگیری از گرم شدن هسته کنتاکتورهای AC، یک روکش سیلیکونی بر روی هسته فولادی لمینت می شود.

همچنین هسته به صورت لایه لایه تولید می شود. در جریان مستقیم گرما تولید نمی شود، بنابراین هسته آهنی کنتاکتورهای DC نیازی به لایه ای شدن و پوشش سیلیکونی ندارد. تفاوت دیگری که در هسته این کنتاکتورها مشاهده می شود، مربوط به شکل هسته است. هسته آهنی کنتاکتور AC معمولا به شکل E ساخته می شود. در حالی که هسته کنتاکتور DC عموما U شکل است.

تفاوت در شکل سیم پیچ ها

سیم پیچ کنتاکتور AC دارای تعداد دور کم و مقاومت کم (قطر زیاد) است. این سیم پیچ معمولاً به شکل استوانه ای کوتاه با قطر زیاد ساخته می شود. به منظور تسهیل اتلاف گرما، یک شکاف در سیم پیچ وجود دارد. سیم پیچ مدار DC فاقد اندوکتانس است، بنابراین سیم پیچ تعداد دور بیشتری دارد. سیم پیچ کنتاکتور DC  را معمولاً به شکل استوانه ای با قطر کم می سازند.

تفاوت کنتاکتور AC و DC در کنترل جرقه

در زمان قطع اتصال تیغه های ثابت و متحرک کنتاکتور، یک قوس الکتریکی (جرقه بزرگ) ایجاد می شود. این جرقه ها در دراز مدت سبب سولفاته شدن کنتاکت ها و ایجاد حفره هایی بر روی آن می شود. به منظور کاهش اثرات جرقه بر روی تیغه ها، یک مکانیزم کنترل جرقه در کنتاکتور تعبیه می شود.

در کنتاکتور AC از شبکه خاموش کننده جرقه استفاده شده است. در حالی که کنتاکتور DC از خاموش کننده جرقه مغناطیسی بهره می برد!

تفاوت در فرکانس کاری

جریان راه اندازی کنتاکتور AC بسیار زیاد است و حداکثر فرکانس کاری آن حدود 600 بار در ساعت است. در مقایسه، حداکثر فرکانس کاری کنتاکتور DC  تا 1200 بار در ساعت نیز می رسد.

جایگزینی کنتاکتورها

در مواقع اضطراری می توان از کنتاکتورهای AC به جای کنتاکتور DC استفاده کرد. با این حال، زمان جایگزینی نمی تواند از 2 ساعت تجاوز کند. اگر نیاز به استفاده طولانی مدت از کنتاکتور در این وضعیت دارید، بهتر است یک مقاومت را با کویل AC سری کنید. اما دقت کنید کنتاکتور AC را به هیچ عنوان نمی توان با کنتاکتور DC جایگزین کرد.

تفاوت کنتاکتور Ac و dc در سرج پروتکتور

قطع ناگهانی ولتاژ بوبین کنتاکتور سبب ایجاد یک نیرو محرکه معکوس در دو سر سیم پیچ می شود. ولتاژ معکوس ناشی از این نیرو محرکه می توان به بوبین و سایر تجهیزات متصل به مدار آسیب برساند. برای محافظت از مدار در برابر این وضعیت گذرای ناخواسته، از سرج پروتکتور کنتاکتور استفاده می شود.

برای کنتاکتور DC از یک دیود هرزگرد به عنوان سرج پروتکتور استفاده می شود. اما برای کنتاکتور AC نمی توان دیود استفاده نمی شود. سرج پروتکتور کنتاکتور AC انواع مختلفی دارد. وریستور و خازن عدسی کنتاکتور از جمله روش های رایج مورد استفاده در صنعت است.

تفاوت کنتاکتور AC و DC در زمان جرقه

در زمان قطع مسیر جریان توسط کنتاکتور، جدا شدن تیغه های ثابت و متحرک سبب ایجاد جرقه می شود. هر چقدر جریان عبوری از مدار بزرگتر باشد، جرقه ایجاد شده بزرگتر خواهد بود. گرمای ناشی از جرقه به بخش های داخلی کنتاکتور آسیب جدی وارد می کند. از اینرو کنترل جرقه الزامی است.

جرقه ایجاد شده در هنگام قطع مدار AC به طور خودکار در زمان هایی که دامنه ولتاژ به صفر می رسد، خاموش می شود. به بیان دیگر زمان جرقه در کنتاکتور AC کوتاه است. اما در مدار  DC، قوس الکتریکی هیچگاه به صفر نمی رسد و توسط مکانیزم کنترل جرقه، مدیریت می شود. بنابراین زمان جرقه کنتاکتور DC طولانی تر از نمونه های AC است.

طراحی تیغه ها

کنتاکتور DC در مقایسه با کنتاکتور AC معمولا تیغه های مقاومتری دارد. تیغه های کنتاکتور DC باید سطوح بالاتری از قوس الکتریکی را تحمل کنند. قوس ایجاد شده در تیغه های کنتاکتور AC به دلیل وجود نقاط عبور از صفر، زمان و اندازه کوچکتری دارد.

به بیان دیگر عبور ولتاژ از صفر به کاهش زمان و بزرگی جرقه ایجاد شده در اثر جدا شدن تیغه ها کمک می کند. کوچک شدن و زمان کوتاه جرقه ها، فشار ناشی از جرقه بر روی تیغه ها را کاهش می دهد. تیغه های کنتاکتور  DCباید سطوح بالاتری از قوس را تحمل کنند. بنابراین تفاوت کنتاکتور AC و DC در طراحی تیغه ها ضروری است.

جمع بندی

کنتاکتورها کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف دارند. عملکرد مطمئن و قابل اعتماد از جمله دلایل گسترش استفاده از این کلیدهای الکترومغناطیسی است. به منظور بهره مندی از عملکرد مطمئن این کلیدها، انتخاب کنتاکتور مناسب ضروری است. بسته به سیستم ولتاژی بار، کنتاکتورها به دو نوع AC و DC تقسیم می شوند.

تفاوت کنتاکتور AC و DC سبب می شود هر کدام تنها در یک مدار قابل استفاده باشند. اگرچه برای مدت محدود (حداکثر 2 ساعت) می توان از کنتاکتور AC به جای کنتاکتور DC استفاده کرد. اما عکس این قضیه به هیچ عنوان صادق نیست. هرگز نباید کنتاکتور DC را جایگزین کنتاکتور AC کنید!

به نظر شما تفاوت دیگری هم می توان برای این کنتاکتورها بیان کرد؟ نظرات خود را با ما و مخاطبانمان به اشتراک بگذارید.