Trong bối cảnh này, việc tìm hiểu về khí cụ điện đóng ngắt điều khiển từ xa - Contactor, trở thành một đề tài đầy thú vị và quan trọng.Contactor là một thiết bị điện quan trọng, được sử
CONTACTOR
Khái niệm
Contactor (Công tắc tơ) hay còn gọi là Khởi động từ là khí cụ điện hạ áp, thực hiện việc đóng cắt thường xuyên các mạch điện động lực Contactor là thiết bị điện đặc biệt quan trọng trong hệ thống điện Nhờ có contactor ta có thể điều khiển các thiết bị như động cơ, tụ bù, hệ thống chiếu sáng, thông qua nút nhấn, chế độ tự động hoặc điều khiển từ xa.
Hình ảnh Contactor hãng LS
Thao tác đóng ngắt của contactor có thể thực hiện nhờ cơ cấu điện từ, cơ cấu khí động hoặc cơ cấu thủy lực Nhưng thông dụng nhất là các loại contactor điện từ.
Phân loại
Phân theo nguyên lí truyền động:
+ Công tắc tơ điện từ (truyền động bằng lực hút điện từ, loại này thường gặp) + Công tắc tơ kiểu hơi ép
+ Công tắc tơ kiểu thủy lực
Phân theo dạng dòng điện:
+ Công tắc tơ một chiều
+ Công tắc tơ xoay chiều
+ Contactor hạn chế chiều cao
+ Contactor hạn chế chiều rộng
Cấu tạo
Công tắc tơ gồm các bộ phận chính:
+ Hệ thống nam châm điện
+ Tiếp điểm và hệ thống dập tắt hồ quang
Hệ thống nam châm điện: Tạo ra từ trường để điều khiển chuyển động của các tiếp điểm
+ Cuộn dây dẫn điện xoay quanh một vật liệu từ tính như sắt hoặc niken Khi dòng điện chạy qua cuộn dây, nó tạo ra một trường từ mạnh, tăng cường tính nam châm của vật liệu từ tính bên trong tạo ra lực hút nam châm.
+Lõi sắt (hay mạch từ): Đây là một phần của nam châm điện được làm hộp kim của sắt ( lá thép kỹ thuật điện tôn silic) Lõi sắt có vai trò tăng cường tính nam châm của nam châm điện Lõi sắt của nam châm gồm 2 phần: Phần tĩnh được gắn cố định lên đế, và phần động có mang hệ thống tiếp điểm động Khi không có dòng điện chảy qua cuộn dây, nhờ lò xo phản hồi đẩy lên mà vị trí ban đầu của phần động ứng với mạch từ hở và các tiếp điểm chính ở vị trí thường mở (NO) Khi có dòng điện chảy qua cuộn dây, lực hút điện từ của nam châm làm cho phần động của mạch từ bị hút vào phần tĩnh, đồng thời mang theo các tiếp điểm động đóng vào các tiếp điểm tĩnh.
+Lò xo phản lực: có tác dụng đẩy phần nắp di động trở về vị trí ban đầu khi ngừng cung cấp điện vào cuộn dây.
Hệ thống dập hồ quang điện: Khi Contactor chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làm các tiếp điểm bị cháy, mòn dần Vì vậy cần có hệ thống dập hồ quang gồm nhiều vách ngăn làm bằng kim loại đặt cạnh bên hai tiếp điểm tiếp xúc nhau, nhất là ở các tiếp điểm chính của Contactor
Hệ thống tiếp điểm contactor: Hệ thống tiếp điểm liên hệ với phần lõi từ di động qua bộ phận liên động về cơ Tuỳ theo khả năng tải dẫn qua các tiếp điểm, ta có thể chia các tiếp điểm của Contactor thành hai loại:
- Tiếp điểm chính: Có khả năng cho dòng điện lớn đi qua (từ 10A đến vài nghìn A Tiếp điểm chính là tiếp điểm thường hở đóng lại khi cấp nguồn vào mạch từ của Contactor làm mạch từ Contactor hút lại
- Tiếp điểm phụ: là tiếp điểm đuocẹ thiết kế để báo hiệu trạng thái của contactor cho mạng điều khiển hoặc kích hoạt, vô hiệu hóa một hệ thống nào đó Tiếp điểm này có khả năng cho dòng điện đi qua các tiếp điểm nhỏ hơn 5A và có hai trạng thái: Thường đóng và thường hở
+ Tiếp điểm thường đóng là loại tiếp điểm ở trạng thái đóng (có liên lạc với nhau giữa hai tiếp điểm) khi cuộn dây nam châm trong Contactor ở trạng thái nghỉ (không được cung cấp điện) Tiếp điểm này hở ra khi Contactor ở trạng thái hoạt động + Tiếp điểm thường hở là dòng điện không chạy qua khi chúng ở trạng thái bình thường.Khi được kích hoạt chúng sẽ cho phép dòng điện được chạy.
+ Như vậy, hệ thống tiếp điểm chính thường được lắp trong mạch điện động lực, còn các tiếp điểm phụ sẽ lắp trong hệ thống mạch điều khiển (dùng điều khiển việc cung cấp điện đến các cuộn dây nam châm của các Contactor theo quy trình định trước)
+ Theo một số kết cấu thông thường của Contactor, các tiếp điểm phụ có thể được liên kết cố định về số lượng trong mỗi bộ Contactor, tuy nhiên cũng có một vài nhà sản xuất chỉ bố trí cố định số tiếp điểm chính trên mỗi Contactor, còn các tiếp điểm phụ được chế tạo thành những khối rời đơn lẻ Khi cần sử dụng ta chỉ ghép thêm vào trênContactor, số lượng tiếp điểm phụ trong trường hợp này có thể bố trí tuỳ ý.
Nguyên lí hoạt động
Nguyên lý hoạt động của contactor như sau: Khi cấp nguồn trong mạch điện điều khiển bằng với giá trị điện áp định mức của Contactor vào hai đầu cuộn dây quấn trên phần lõi từ đã được cố định trước đó thì lực từ sinh ra sẽ hút phần lõi từ di động và hình thành mạch từ kín (lúc này lực từ sẽ lớn hơn phản lực của lò xo) Contactor bắt đầu trạng thái hoạt động
Nhờ bộ phận liên động về cơ giữa lõi từ di động và hệ thống tiếp điểm sẽ làm cho tiếp điểm chính đóng lại và tiếp điểm phụ chuyển đổi trạng thái (khi thường đóng sẽ mở ra và khi thường hở sẽ đóng lại), trạng thái này sẽ được duy trì Khi nguồn điện ngưng cấp cho cuộn dây thì contactor ở trạng thái nghỉ và các tiếp điểm lại trở về trạng thái ban đầu
Dòng điện đi contactor có thể là DC hoặc AC Trong quá trình sử dụng, một lượng nhỏ công suất dòng điện sẽ bị tổn hao bởi cuộn dây bên trong contactor Để giảm lượng điện bị tiêu hao, các nhà sản xuất thường tích hợp thêm mạch tiết kiệm bên trong contactor.
Ký hiệu
Mỗi khu vực sẽ có những tiêu chuẩn và ký hiệu, quy ước khác nhau Có các ký hiệu cho cuộn dây, ký hiệu cho tiếp điểm thường đóng, ký hiệu các tiếp điểm trên contactor dạng thường mở Với từng tiêu chuẩn Châu Âu, Tiêu chuẩn Mỹ và Tiêu chuẩn Liên Xô sẽ có
3 cách ký hiệu dưới đây
Ký hiệu contactor mặt trên
4 MC-40a MC: là loại công tắc đóng mở nhờ vào lực điện điện trường trong cuận dây nam châm điện có điều khiển MC-40a là ký hiệu mã số sản phẩm và dòng định mức của khởi động từ.
5 No và Nc Đây là các tiếp điểm phụ của công tắc tơ NO (Normally Open – thường mở) và
NC (Normally Closed – thường đóng) size 2 hiệp hội nhà sản xuất thiết bị điện quốc tế
7 U/2/T1 Cực động lực số 1: Khi contactor đóng thì cực này được nối với cực động lực
8 V/4/T2 Cực động lực số 2: Khi contactor đóng thì cực này được nối với cực động lực S/3/L2 (phía đối diện)
9 W/6/T3 Cực động lực số 3: Khi contactor đóng thì cực này được nối với cực động lực T/5/L3 (phía đối diện)
Ký hiệu mặt sau contactor
1 A1 Dòng điều kiển, A1 dành cho cực dương
2 DC 24V Điện áp sử dụng để điều khiên contactor DC24V nghĩa là dòng điều khiển là điện 1 chiều 24 vôn
3 A2 Dòng điều khiển A2 dành cho cực âm.
Các thông số kĩ thuật
- Ui : điện áp rms mà cách điện có thể chịu được
- Uimp : giá trị đỉnh xung áp mà thiết bị có thể chịu đựng
- Ue, Un ( hoặc Uđm là cấp điện áp lưới định mức tương ứng khi sử dụng, có các cấp : + 110V, 220V, 440V đối với dòng một chiều
+ 127V, 220V, 380V, 500V, 690V đối với dòng AC b Dòng điện định mức:Ic,Ie,In(hoặc Iđm)
Là dòng điện định mức đi qua tiếp điểm chính của CTT trong chế độ làm việc gián đoạn lâu dài, nghĩa là ở chế độ này thời gian tiếp điểm của CTT ở trạng thái đóng không quá 8h.
Dòng điện định mức của CTT hạ áp thông dụng có các cấp: 10; 20; 25; 40; 60; 75; 100; 150; 250; 300; 600; 800A Nếu CTT đặt trong tủ điện thì dòng điện định mức phải lấy thấp hơn 10% do điều kiện làm mát kém. Ở chế độ làm việc lâu dài, nghĩa là khi tiếp điểm của CTT ở trạng thái đóng lâu hơn 8h thì dòng điện định mức của CTT lấy thấp hơn khoảng 20% do ở chế độ này lượng ôxit kim loại tiếp điểm tăng vì vậy làm tăng điện trở tiếp xúc và nhiệt độ tiếp điểm tăng quá giá trị cho phép. c Khả năng đóng - cắt (Icu, Ics) : là giá trị dòng điện cho phép đi qua tiếp điểm chính khi ngắt hoặc khi đóng.
CTT dùng để khởi động động cơ điện xoay chiều 3 pha, rôto lồng sóc cần phải có khả năng đúng từ 4 á 7 lần Iđm.
CTT điện xoay chiều đạt 10Iđm với phụ tải điện cảm. d Tính ổn định nhiệt, Icw: nghĩa là khi có dòng điện ngắn mạch chạy qua trong thời gian cho phép, các tiếp điểm không bị nóng chảy và hàn dính. e Tính ổn định lực điện động, Icm: nghĩa là khi tiếp điểm chính của CTT cho phép một dòng điện lớn nhất đi qua mà lực điện động sinh ra không phá huỷ mạch vòng dẫn điện Thường qui định dòng điện ổn định điện động bằng 10Iđm. f Tổn hao công suất của contactor:
Do tổn hao khi dòng tác động hút nam châm (công suất lớn, thời gian ngắn) và tổn hao do dòng duy trì giữ nam châm g Tần số thao tác: là số lần đóng cắt CTT cho phép trong 1h Tần số thao tác của CTT bị hạn chế bởi sự phát nóng của tiếp chính do hồ quang và sự phát nóng của cuộn dây do dòng điện. Tần số thao tác thường có các cấp 30, 100, 120, 150; 300; 600; 1200; 1500 lần/h. h.Tuổi thọ, được tĩnh cả độ bền cơ học và độ bền điện : là số lần đóng cắt mà sau số lần đóng cắt ấy CTT sẽ hỏng không dùng được nữa Sự hư hỏng của nó có thể do mất độ bền cơ hay độ bền điện.
- Tuổi thọ cơ khí là số lần đóng cắt không tải cho đến khi CTT hỏng CTT hiệnđại tuổi thọ cơ khí đạt 2.107 lần.
- Tuổi thọ điện là số lần đóng cắt tải định mức.Thường tuổi thọ về điện bằng 1/5 hay1/10 tuổi thọ cơ khí.
Ưu điểm và nhược điểm contactor
Contactor là một thiết bị điện rất quan trọng trong các hệ thống điện vì nó cho phép kiểm soát các mạch có điện áp cao Mặc dù nó có nhiều ưu điểm như khả năng xử lý tải
+ Khả năng cho dòng điện lớn đi qua: Tiếp điểm chính của contactor có thể cho phép dòng điện từ 10A đến vài nghìn A đi qua.
+Điều khiển từ xa: Có thể điều khiển đóng ngắt nguồn điện từ xa nhanh chóng khi có sự cố xảy ra.
+Đa dạng về chủng loại: Có nhiều loại contactor với kiểu dáng và công suất khác nhau, phù hợp với nhiều nhu cầu và mục đích sử dụng.
+Độ bền cao: Được sản xuất từ vật liệu cao cấp, contactor có độ bền và tuổi thọ lâu dài, giúp tiết kiệm chi phí thay thế.
+Thiết kế đơn giản: Dễ dàng trong việc lắp đặt và sử dụng.
+ An toàn khi sử dụng: Cung cấp một phương pháp an toàn để kiểm soát các dòng điện lớn mà không cần tiếp xúc trực tiếp.
+ Chi phí ban đầu cao: Đối với các loại contactor có công suất lớn, chi phí ban đầu có thể khá cao.
+ Cần bảo trì định kỳ Để đảm bảo hoạt động ổn định và tăng tuổi thọ, contactor cần : được bảo trì định kỳ.
+ Phát ra tiếng ồn Khi hoạt động, contactor có thể phát ra tiếng ồn do tiếp điểm đóng: ngắt.
Điều kiện lựa chọn
Việc chọn contactor đúng với yêu cầu công việc được thực hiện dựa trên các tiêu chí sau
- Dòng điện định mức: Contactors có khả năng chịu được một dòng điện định mức cụ thể Khi lựa chọn contactor, bạn cần đảm bảo rằng dòng điện tải của hệ thống không vượt quá dòng điện định mức của contactor.
- Điện áp hoạt động: Contactors cũng có giới hạn điện áp hoạt động Hãy chắc chắn rằng điện áp của hệ thống tương thích với điện áp hoạt động của contactor.
- Loại sử dụng : đặc trưng bởi loại tải sử dụng và nguồn điện AC hay DC
- Cường độ dòng điện cắt : dòng định mức dài hạn
- Tần số thao tác: là số lần thao tác đóng – cắt trong 1 giờ mà công tắc tơ phải thực hiện
- Tuổi thọ và độ tin cậy: Kiểm tra thông tin về tuổi thọ và độ tin cậy của contactor từ nhà sản xuất hoặc các nguồn tài liệu Điều này giúp đảm bảo rằng contactor sẽ hoạt động lâu dài và ít gặp sự cố.
- Môi trường hoạt động: Xác định môi trường hoạt động của contactor, bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, bụi bẩn, hóa chất, v.v Chọn contactor có khả năng hoạt động tốt trong môi trường tương ứng.
-Tiêu chuẩn và quy định: Kiểm tra xem contactor phù hợp với các tiêu chuẩn và quy định liên quan, chẳng hạn như tiêu chuẩn an toàn, tiêu chuẩn hiệu suất,
Loại sử dụng dòng điện xoay chiều a Công tắc tơ loại AC1 (Uđm0,95.
- Ứng dụng: dùng cho điện trở dạng sưởi ấm,lưới phân phối
- Việc chọn lựa được thực hiện tùy theo cường độ cắt và tuổi thọ được yêu cầu.
+ Dòng điện được cắt thông thường bằng với dòng điện Ic, dòng này do phụ tải quyết định.
+ Tuổi thọ yêu cầu là số lần thao tác mà contactor có khả năng thực hiện, không cần có sự can thiệp nào khác
HSCS>0,95 b Công tắc loại AC3 (Uđm