- 0 دیدگاه
اخبار و اطلاعیههای مهم را اول دریافت کن
راهنمای جامع و فرمول های کلیدی برای انتخاب کنتاکتور مناسب در صنایع. بررسی جداول جریان، رده های بهره برداری IEC و تجهیزات اشنایدر در شرکت مبین نیرو.
در دنیای پر شتاب و پیچیده صنعت امروز، ماشین آلات و الکتروموتور ها به عنوان قلب تپنده خطوط تولید عمل می کنند. اما این قلب تپنده برای عملکرد ایمن و پایدار، نیازمند یک سیستم عصبی هوشمند و قدرتمند است. تابلو های برق صنعتی این نقش خطیر را بر عهده دارند. در میان انبوهی از تجهیزات داخل تابلو، کلید های مغناطیسی یا کنتاکتور ها وظیفه حیاتی قطع و وصل جریان های عظیم الکتریکی را به دوش می کشند.
یک انتخاب کنتاکتور اشتباه در این قطعه به ظاهر ساده، می تواند منجر به ذوب شدن پلاتین ها، بروز آرک های الکتریکی مخرب، آتش سوزی تابلو و در نهایت توقف طولانی مدت خط تولید شود. بنابراین، شناخت دقیق مشخصات فنی و محاسبات مهندسی برای گزینش صحیح این تجهیزات، برای هر مهندس برق و مدیر صنعتی یک ضرورت مطلق است.
شرکت مبین نیرو به عنوان یکی از پیشگامان و مراجع تخصصی در تامین تجهیزات برق صنعتی و اتوماسیون در ایران، همواره بر این باور است که دانش فنی زیربنای یک خرید مطمئن است. ما در مجموعه مبین نیرو با درک عمیق از نیاز های صنایع سنگین، پتروشیمی ها و ماشین سازان، تلاش می کنیم تا با ارائه مقالات تخصصی و تامین قطعات اورجینال از برند های تراز اول جهانی نظیر اشنایدر الکتریک و تکو، مسیر پیشرفت صنعت کشور را هموار سازیم. ما معتقدیم که شفافیت در اطلاعات فنی، بهترین راهنمای شما در اجرای پروژه های موفق خواهد بود.
در این راهنمای بسیار جامع، ما قصد داریم تا از صفر تا صد فرآیند محاسباتی و جداول استاندارد را در انتخاب کنتاکتور کالبدشکافی کنیم. با مطالعه این مقاله، شما به یک دیدگاه کاملا تحلیلی و مهندسی برای ارزیابی و خرید کلید های مغناطیسی دست خواهید یافت.
اطلاعات تماس و دسترسی:
پاسخ دقیق، علمی و کاربردی به جستجوی شما: انتخاب کنتاکتور یک فرآیند کاملا مهندسی است که بر پایه سه فاکتور اساسی استوار می باشد:
1) محاسبه دقیق جریان بار کامل (FLA) و توان الکتروموتور
2) تعیین نوع بار یا رده بهره برداری بر اساس استاندارد IEC 60947-4-1 (مانند AC-1 برای بار های مقاومتی یا AC-3 برای موتور های قفس سنجابی)
3) اعمال ضرایب اطمینان محیطی نظیر دمای تابلو و ارتفاع از سطح دریا.
فرمول پایه ای محاسبه جریان در سیستم های سه فاز به صورت $I = \frac{P}{\sqrt{3} \cdot V \cdot \cos\phi}$ می باشد. پس از محاسبه جریان نامی موتور، برای ایمنی در برابر جریان های هجومی لحظه استارت، باید جریان نامی کنتاکتور (در رده AC-3) حدود 1.25 تا 1.5 برابر جریان محاسباتی در نظر گرفته شود. سپس با مراجعه به جداول استاندارد سازندگان، اولین رنج آمپراژ بالاتر انتخاب می گردد. توجه به ولتاژ بوبین (فرمان) و نیاز به کنتاکت های کمکی نیز از شروط لازم در این فرآیند است.
برای درک عمیق تر این فرآیند، باید بدانیم که کنتاکتور ها بر خلاف کلید های مینیاتوری، وظیفه حفاظت در برابر اتصال کوتاه را ندارند؛ بلکه آن ها برای هزاران بار قطع و وصل جریان در شرایط عادی و شرایط اضافه بار موقت طراحی شده اند. در قلب این تجهیز، یک بوبین الکترومغناطیسی قرار دارد که با دریافت ولتاژ فرمان (مثلا 24 ولت DC یا 220 ولت AC)، میدان مغناطیسی قدرتمندی ایجاد کرده و کنتاکت های متحرک را به سمت کنتاکت های ثابت جذب می کند. کیفیت آلیاژ به کار رفته در این کنتاکت ها (پلاتین ها) که معمولا ترکیبی از نقره و اکسید کادمیوم یا اکسید قلع است، تعیین کننده عمر الکتریکی دستگاه می باشد.
شرکت مبین نیرو با تامین طیف وسیعی از این تجهیزات، به خوبی آگاه است که استفاده از اجناس تقلبی با آلیاژ های ضعیف مس در انتخاب کنتاکتور، بزرگترین عامل خرابی در تابلو های برق است. یادگیری نحوه تشخیص کنتاکتور اشنایدر اصل به شما کمک می کند تا سرمایه خود را از گزند قطعات بی کیفیت بازار حفظ کنید. در ادامه این مقاله، ما به صورت تفکیک شده، فرمول های ریاضی و کاتالوگ های صنعتی را بررسی خواهیم کرد تا شما بتوانید بدون نیاز به نرم افزار های پیچیده، بهترین قطعه را برای پروژه خود سایزینگ کنید.
پیش از مراجعه به هر جدولی، یک مهندس طراح باید بتواند روی کاغذ جریان مصرفی بار خود را محاسبه کند. اطلاعات اولیه برای این محاسبات همواره بر روی پلاک فلزی نصب شده روی بدنه موتور (Nameplate) درج شده است.در ادامه با مراجعه به سایت مربوط به انجمن ملی تولیدکنندگان تجهیزات الکتریکی آمریکا (NEMA) میتوانید استانداردها و دستورالعملهای آن را برای کنترل موتور مورد مطالعه قرار دهید.
در بسیاری از پلاک ها، توان موتور بر حسب اسب بخار (HP) درج می شود. برای ورود به فرمول های الکتریکی، ابتدا باید این واحد را به کیلووات (kW) یا وات (W) تبدیل کنیم. فرمول تبدیل بسیار ساده است:
$$P_{(kW)} = P_{(HP)} \times 0.746$$
به عنوان مثال، یک موتور 10 اسب بخار دارای توان الکتریکی معادل 7.46 کیلووات (تقریبا 7.5 کیلووات) می باشد.
در شبکه های صنعتی ایران که عمدتا 380 یا 400 ولت سه فاز هستند، برای به دست آوردن جریان نامی یا Full Load Ampere (FLA) از رابطه زیر استفاده می شود:
$$I = \frac{P_{(W)}}{\sqrt{3} \times V \times \cos\phi \times \eta}$$
در این فرمول:
اگر راندمان روی پلاک درج نشده باشد، برای محاسبات سرانگشتی می توان حاصل ضرب راندمان در ضریب توان را حدود 0.8 در نظر گرفت. با یک قانون سرانگشتی بسیار معروف در بازار برق ایران، جریان موتور سه فاز 380 ولت تقریبا دو برابر توان آن بر حسب کیلووات است. یعنی موتور 15 کیلووات حدود 30 آمپر جریان می کشد.
انتخاب کنتاکتور برای موتور های تک فاز 220 ولت که در پمپ های کوچک یا بالابر های کارگاهی استفاده می شوند، فرمول ساده تر است (رادیکال 3 حذف می شود):
$$I = \frac{P_{(W)}}{V \times \cos\phi \times \eta}$$
طبق یک قانون سرانگشتی دیگر، جریان موتور تک فاز 220 ولت تقریبا 4.5 تا 5 برابر توان آن بر حسب کیلووات است.
در انتخاب کنتاکتور جریانی که از فرمول های بالا به دست می آید، جریان کارکرد مداوم است. اما موتور های القایی قفس سنجابی در لحظه راه اندازی جریانی معادل 6 تا 8 برابر جریان نامی خود را از شبکه طلب می کنند (Locked Rotor Current). کلید مغناطیسی باید بتواند این جریان هجومی را به مدت چند ثانیه تحمل کند بدون آنکه پلاتین هایش به هم جوش بخورند. به همین دلیل، استاندارد های مهندسی توصیه می کنند که جریان محاسبه شده را در یک ضریب ایمنی ضرب کنیم:
$$I_{contactor} = I_{FLA} \times 1.25 \text{ to } 1.5$$
پس از به دست آوردن این عدد، ما به جداول استاندارد شرکت های سازنده مراجعه می کنیم و نزدیک ترین رنج آمپراژ بالاتر را انتخاب می نماییم. این رویکرد محافظه کارانه، اساس طراحی ایمن در مدارهای قدرت است. اگر به دنبال طراحی یک تابلو برق کامل هستید، پیشنهاد می کنیم راهنمای مونتاژ تابلو برق را نیز مطالعه کنید تا با نحوه چیدمان این قطعات آشنا شوید.
یکی از حیاتی ترین بخش ها در انتخاب کنتاکتور، توجه به رده بهره برداری (Utilization Category) است. این رده بندی ها توسط کمیسیون بین المللی الکتروتکنیک (IEC) تدوین شده اند تا مشخص کنند هر کلید برای چه نوع باری (مقاومتی، القایی، خازنی) و با چه شدت کاری طراحی شده است. آمپراژ درج شده روی بدنه کلید، بسته به این رده ها تغییر می کند.
این رده سبک ترین حالت کارکرد برای یک کلید است. بار های AC-1 شامل هیتر های صنعتی، کوره های مقاومتی و لامپ های رشته ای می شوند. در این نوع بار ها، ضریب توان ($\cos\phi$) نزدیک به یک است و جریان در لحظه وصل تفاوت چندانی با جریان حالت کار مداوم ندارد. بنابراین، پلاتین ها فشار زیادی را تحمل نمی کنند. یک کنتاکتور ممکن است در رده AC-1 توانایی عبور 40 آمپر را داشته باشد، اما در رده های موتوری توانایی آن به شدت کاهش یابد.
پر کاربرد ترین رده در صنعت، رده AC-3 است. این رده مخصوص راه اندازی الکتروموتور های القایی با روتور قفس سنجابی و قطع جریان آن ها در حالت کار عادی (سرعت نامی) است. کمپرسور ها، پمپ ها، فن ها و نوار نقاله های معمولی در این دسته قرار می گیرند. در این حالت، کلید باید بتواند جریان هجومی استارت را تحمل کند، اما جریان قطع در حد جریان نامی است که قوس الکتریکی متوسطی ایجاد می کند.
این رده برای خشن ترین شرایط کاری تعریف شده است. جرثقیل ها، بالابر ها، ماشین آلات چاپ و دستگاه هایی که نیاز به حرکت های پله ای (Inching / Jogging) یا تغییر جهت چرخش سریع (Plugging / Reversing) دارند، در این رده قرار می گیرند. در AC-4، کلید ممکن است جریان را در حالی قطع کند که موتور هنوز به سرعت نامی نرسیده و در حال کشیدن جریان استارت است (روتور قفل شده). این امر باعث ایجاد یک قوس الکتریکی بسیار داغ و سوزاننده در محفظه جرقه زن می شود. برای انتخاب کنتاکتور در رده AC-4، معمولا باید ظرفیت کلید را بسیار بالاتر از توان موتور در نظر گرفت.
استفاده از خازن ها برای اصلاح ضریب توان در کارخانه ها امری ضروری است. اما خازن ها در لحظه اتصال به شبکه برق، رفتاری شبیه به اتصال کوتاه از خود نشان می دهند و جریان هجومی وحشتناکی (با فرکانس بالا) تولید می کنند. استفاده از کلید های معمولی برای خازن باعث انفجار آن ها می شود. رده AC-6b مخصوص کنتاکتور های خازنی است. این کلید ها دارای کنتاکت های کمکی و مقاومت های محدود کننده ای هستند که قبل از بسته شدن کنتاکت های اصلی، جریان هجومی را مستهلک می کنند.
شناخت این رده ها به شما کمک می کند تا کاتالوگ محصولات برند اشنایدر الکتریک را بهتر درک کنید. اگر به دنبال پیاده سازی مدار های پیچیده تر برای کنترل موتور هستید، بررسی مدار فرمان کنتاکتور و بیمتال می تواند پایه گذار درک شما از تعامل این قطعات باشد.
برای تسهیل کار طراحان و تابلو سازان، جدول زیر بر اساس مقادیر استاندارد موتور های سه فاز در ولتاژ 400 ولت و رده بهره برداری AC-3 (کاربرد های عمومی) در انتخاب کنتاکتور تهیه شده است. این جدول مقادیر پیشنهادی را برای ظرفیت کلید مغناطیسی و رله حرارتی (بی متال) مکمل آن ارائه می دهد.
| توان موتور (کیلووات – kW) | توان موتور (اسب بخار – HP) | جریان نامی تقریبی (آمپر – A) | رنج کنتاکتور پیشنهادی (آمپر) | رنج تنظیم بی متال (آمپر) | کد فنی پیشنهادی اشنایدر سری TeSys D |
| 0.37 | 0.5 | 1.1 | 9 | 1 – 1.6 | LC1D09 |
| 0.75 | 1.0 | 2.0 | 9 | 1.6 – 2.5 | LC1D09 |
| 1.5 | 2.0 | 3.5 | 9 | 2.5 – 4.0 | LC1D09 |
| 2.2 | 3.0 | 5.0 | 9 | 4.0 – 6.0 | LC1D09 |
| 3.0 | 4.0 | 6.5 | 12 | 5.5 – 8.0 | LC1D12 |
| 4.0 | 5.5 | 8.5 | 12 یا 18 | 7.0 – 10.0 | LC1D12 / LC1D18 |
| 5.5 | 7.5 | 11.5 | 18 | 9.0 – 13.0 | LC1D18 |
| 7.5 | 10.0 | 15.5 | 25 | 12.0 – 18.0 | LC1D25 |
| 11.0 | 15.0 | 22.0 | 32 | 17.0 – 25.0 | LC1D32 |
| 15.0 | 20.0 | 30.0 | 40 | 23.0 – 32.0 | LC1D40A |
| 18.5 | 25.0 | 37.0 | 50 | 30.0 – 40.0 | LC1D50A |
| 22.0 | 30.0 | 44.0 | 65 | 37.0 – 50.0 | LC1D65A |
| 30.0 | 40.0 | 60.0 | 80 | 48.0 – 65.0 | LC1D80 |
| 37.0 | 50.0 | 72.0 | 95 | 55.0 – 70.0 | LC1D95 |
| 45.0 | 60.0 | 85.0 | 115 | 63.0 – 80.0 | LC1D115 |
| 55.0 | 75.0 | 105.0 | 150 | 80.0 – 104.0 | LC1D150 |
| 75.0 | 100.0 | 138.0 | 150 یا 185 | 95.0 – 120.0 (نیاز به CT) | LC1D150 / LC1F185 |
نکات مهم مهندسی در استفاده از این جدول:
تا به اینجا تمامی محاسبات ما مربوط به مدار قدرت بود. اما برای تکمیل فرآیند انتخاب کنتاکتور، باید مشخصات مدار فرمان را نیز تعیین کنیم. بوبین (Coil) قطعه ای است که با دریافت ولتاژ، هسته متحرک را جذب کرده و پلاتین ها را می بندد.
ولتاژ تغذیه بوبین هیچ ارتباطی با ولتاژ مدار قدرت (که می تواند 400 ولت باشد) ندارد. در تابلو های مدرن صنعتی، به دلایل ایمنی پرسنل و کاهش تداخلات نویزی با سیستم های پی ال سی، معمولا از ولتاژ 24 ولت مستقیم (VDC) برای مدار فرمان استفاده می شود. اگرچه بوبین های 220 ولت متناوب (VAC) هنوز هم در مدارات سنتی بسیار رایج هستند. انتخاب اشتباه ولتاژ بوبین می تواند باعث سوختن آنی آن در لحظه وصل شدن برق شود.
موضوع بعدی، تعیین تعداد و نوع کنتاکت های کمکی (Auxiliary Contacts) است. این کنتاکت ها با حروف NO (Normally Open) و NC (Normally Closed) مشخص می شوند. از کنتاکت های کمکی برای خودنگهدار کردن مدار، ارسال سیگنال به کنترلر های مرکزی (PLC)، ایجاد اینترلاک های ایمنی بین دو کنتاکتور (مثل مدار چپگرد-راستگرد) و روشن کردن لامپ های سیگنال وضعیت روی درب تابلو استفاده می شود.
در بین انتخاب کنتاکتور معمولا کنتاکتور های سری TeSys D اشنایدر به صورت پیش فرض دارای یک کنتاکت NO و یک کنتاکت NC داخلی هستند. اما اگر مدار فرمان شما پیچیده تر باشد، می توانید بلوک های کنتاکت کمکی اضافه را خریداری کرده و روی آن نصب کنید. درک این مفاهیم منطقی، پایه و اساس یادگیری اتوماسیون است. اگر علاقه مند به یادگیری عمیق تر هستید، مقالات آشنایی با اتوماسیون صنعتی و آموزش پی ال سی می توانند مسیر روشنی را پیش روی شما قرار دهند.
با پیشرفت تکنولوژی الکترونیک قدرت، استفاده از کلید های مغناطیسی برای راه اندازی مستقیم موتور های بزرگ در حال منسوخ شدن است. راه اندازی مستقیم باعث افت ولتاژ شدید در شبکه برق کارخانه و ایجاد تنش های مکانیکی مخرب روی شفت موتور می شود. امروزه در صنایع پیشرفته، مهندسان به سراغ تجهیزات نرم و هوشمند می روند.
اولین جایگزین در انتخاب کنتاکتور، سافت استارتر (Soft Starter) یا راه انداز نرم است. این دستگاه با استفاده از تریستور ها، ولتاژ اعمال شده به موتور را به صورت تدریجی افزایش می دهد تا موتور به آرامی شتاب گرفته و به سرعت نامی برسد. این روش جریان هجومی را به شدت کاهش می دهد. برای شناخت تفاوت های ساختاری این تجهیزات، مطالعه تفاوت سافت استارتر و اینورتر به شما پیشنهاد می شود.
جایگزین دوم و کامل تر، اینورتر یا درایو کنترل دور (VFD) است. اینورتر ها نه تنها موتور را به نرمی راه اندازی می کنند، بلکه امکان تغییر سرعت پیوسته، ترمز گیری دینامیک و بهینه سازی مصرف انرژی را نیز فراهم می آورند. اگر قصد دارید از درایو های با کیفیت تایوانی استفاده کنید، راهنمای راه اندازی اینورتر تکو می تواند اطلاعات مفیدی در زمینه پارامتر دهی این تجهیزات در اختیار شما قرار دهد.
با این حال، حتی در سیستم هایی که از درایو یا سافت استارتر استفاده می کنند، همچنان یک کنتاکتور لاین (Line Contactor) در ورودی مدار برای قطع کامل فیزیکی برق در مواقع اضطراری نصب می شود که انتخاب آن نیز تابع قواعد گفته شده است. برای آشنایی با تنوع درایو ها در بازار، می توانید لیست انواع اینورتر را بررسی نمایید.
زیرا در لحظه استارت، موتور جریانی 6 الی 8 برابر جریان نامی می کشد (Inrush Current). اگر ظرفیت کلید دقیقا برابر جریان نامی باشد، پلاتین ها در اثر حرارت ناشی از جرقه استارت به هم جوش می خورند. اعمال ضریب اطمینان (1.25 تا 1.5) برای جلوگیری از این اتفاق است.
رده AC-1 به معنای این است که این کلید برای سوئیچینگ بار های غیر القایی (مقاومتی خالص) مانند هیتر ها و المنت های حرارتی طراحی شده است که در آن ها جریان استارت و کار دائم برابر است.
در مدار ستاره-مثلث، جریان عبوری از کنتاکتور های اصلی (Main) و مثلث (Delta) به دلیل قرار گرفتن در داخل فاز، تقسیم بر رادیکال 3 (حدود 58%) می شود. بنابراین رنج این دو کلید را می توان کوچکتر از جریان کل موتور انتخاب کرد. کنتاکتور ستاره نیز 33% جریان کل را تحمل می کند.
کنتاکتور خازنی دارای کنتاکت های کمکی زود-وصل و مقاومت های سیمی است که جریان هجومی فوق العاده بالای خازن را در لحظه اول مستهلک می کنند تا از انفجار خازن و خال زدن پلاتین های کلید جلوگیری شود.
بله، به شدت. با افزایش دمای محیط به بالای 40 درجه، ظرفیت خنک کنندگی هوا کاهش می یابد و باید پدیده Derating (کاهش ظرفیت اسمی) را در نظر گرفت و کلیدی با یک یا دو رنج بالاتر انتخاب کرد.
خیر، خاموش کردن جرقه در جریان مستقیم بسیار دشوارتر از جریان متناوب است. برای بار های DC باید از کلید های مخصوص با رده های DC-1 تا DC-5 استفاده کرد که دارای محفظه جرقه گیر ویژه و آهنربا های دائم (Blow-out Magnets) هستند.
این صدا معمولا ناشی از ورود گرد و غبار یا چربی بین سطوح تماس هسته آهنی بوبین است که مانع از بسته شدن کامل مدار مغناطیسی می شود. همچنین افت ولتاژ مدار فرمان نیز می تواند باعث لرزش هسته شود.
عمر مکانیکی تعداد دفعات قطع و وصل کلید بدون عبور جریان از پلاتین هاست (معمولا بیش از 10 میلیون بار). عمر الکتریکی تعداد دفعات سوئیچینگ زیر بار نامی است که به دلیل فرسایش پلاتین ها بر اثر جرقه، بسیار کمتر می باشد.
این کلید ها با طیف وسیعی از ولتاژ های بوبین از 24 ولت تا 400 ولت به صورت AC و DC تولید می شوند. همچنین نسل جدید آن ها دارای بوبین های الکترونیکی پهن باند است که در برابر نوسانات ولتاژ فرمان بسیار مقاوم هستند.
بله، تیم مهندسی مبین نیرو آماده است تا با بررسی نقشه های پروژه و مشخصات موتور های شما، بهترین پکیج از قطعات اورجینال اشنایدر و تجهیزات اتوماسیون را با محاسبات دقیق مهندسی به شما پیشنهاد دهد.
در مهندسی برق صنعتی، انتخاب کنتاکتور مناسب تنها خرید یک کالا نیست، بلکه بیمه کردن جان ماشین آلات و پایداری خطوط تولید کارخانه است. همان طور که در این راهنمای جامع بررسی کردیم، تکیه بر حدسیات یا استفاده از قطعات نامرغوب می تواند هزینه های جبران ناپذیری به همراه داشته باشد.
از درک عمیق فرمول های جریانی و اعمال ضرایب اطمینان گرفته تا شناخت رده های خشن بهره برداری نظیر AC-4 و اعمال شرایط محیطی، همگی قطعاتی از پازل طراحی یک تابلوی برق استاندارد و ایمن هستند. در عصری که تکنولوژی های هوشمند نظیر اینورتر ها و پی ال سی ها در حال تسخیر صنایع هستند، تجهیزات سوئیچینگ قدرت به عنوان بازو های اجرایی این سیستم های هوشمند، اهمیتی دو چندان یافته اند.
شرکت مبین نیرو با سال ها تجربه درخشان در قلب بازار برق صنعتی ایران، افتخار دارد که به عنوان مرجع تخصصی تامین تجهیزات اورجینال، در کنار شما مهندسان و صنعتگران عزیز ایستاده است. رسالت ما در مبین نیرو، ارتقای سطح کیفی پروژه های صنعتی کشور با ارائه قطعات با اصالت از برند های معتبری همچون اشنایدر، تکو و سایمون، در کنار خدمات مشاوره مهندسی است. ما بر این باوریم که یک صنعت قوی، بر پایه طراحی های دقیق و تجهیزات مطمئن بنا می شود. برای آغاز یک همکاری حرفه ای و استعلام قیمت تجهیزات پروژه های خود، همین امروز با کارشناسان ما تماس بگیرید.
آیا تمایل دارید برای پروژه بعدی خود، یک چک لیست کامل از تجهیزات حفاظتی مورد نیاز (کنتاکتور، بیمتال و کلید مینیاتوری) را به صورت اختصاصی برایتان تدوین کنم؟
اطلاعات تماس شرکت مبین نیرو رای:
