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, 24 110 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.
Yapı
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 kuvvet sağlar. "Muhafaza", kontakları ve elektromıknatısı barındıran bir çerçevedir. Muhafazalar, kontakları korumak ve yalıtmak ve kontaklara temas eden personele karşı bir miktar koruma sağlamak için Bakalit, Naylon 6 ve termoset plastikler gibi yalıtkan malzemelerden yapılır. Açık-çerçeveli kontaktörler, toz, yağ, patlama tehlikeleri ve hava koşullarına karşı koruma sağlamak için ek bir muhafazaya sahip olabilir.
"Manyetik söndürücüler", (ingilizce: Magnetic blowouts) elektrik arkını uzatmak ve hareket ettirmek için patlama bobinleri kullanır. Bunlar özellikle DC güç devrelerinde kullanışlıdır. AC arkların düşük akım periyotları vardır, bu sürelerde ark nispeten kolaylıkla söndürülebilir ancak DC arkları sürekli yüksek akımlıdır bu nedenle arkın aynı akıma sahip bir AC arkından daha fazla gerilmesini gerektirir. Resimdeki Albright kontaktöründeki (DC akımları için tasarlanmıştır) manyetik söndürücüler, kontaktörün kesebileceği akımın iki katından fazla olup, 600 A'dan 1,500 A'ya kadar yükseltir.
Bazen bir kontaktörü kapalı tutmak için gereken gücü azaltmak için bir ekonomizör devresi yapılır; yardımcı kontak, kontaktör kapandıktan sonra bobin akımını azaltır. Başlangıçta bir kontaktörü kapatmak için, onu kapalı tutmak için gerekenden biraz daha fazla miktarda güç gerekir. Böyle bir devre, önemli miktarda güç tasarrufu sağlar ve enerji verilen bobinin daha soğuk kalmasını sağlar. Ekonomizer devreleri çoğunlukla doğru akım kontaktör bobinlerine ve büyük alternatif akım kontaktör bobinlerine uygulanır.
Temel bir kontaktörün bir bobin girişi olur (kontaktör tasarımına bağlı olarak AC veya DC kaynağı ile çalıştırılabilir). Bugün piyasada üniversal bobinler (AC ve DC tarafından tahrik edilen) de mevcuttur. Bobine, kontaktörün kontrol ettiği motorla aynı voltajda enerji verilebilir veya PLC (programlanabilir mantık kontrolörleri) ve az voltajlı pilot cihazlarla kontrol etmek için daha uygun daha az bobin voltajı ile ayrı ayrı kontrol edilebilir.
Bazı kontaktörlerin motor devresine seri bağlı bobinleri vardır; bunlar, örneğin, motor akımı düşene kadar direncin bir sonraki aşamasının kesilmediği otomatik hızlanma kontrolü için kullanılır.
Çalışma prensibi
Akım elektromıknatıs içinden geçtiğinde, kontaktörün hareketli çekirdeğini çeken bir manyetik alan üretilir. Elektromıknatıs bobin, metal çekirdek bobine girdiğinde endüktans artana kadar başlangıçta daha fazla akım çeker. Hareketli kontak, hareketli çekirdek tarafından hareket ettirilir; elektromıknatısın oluşturduğu kuvvet, hareketli ve sabit kontakları bir arada tutar. Kontaktör bobin enerjisi kesildiğinde, yerçekimi veya yay, elektromıknatıs çekirdeğini başlangıç konumuna döndürür ve kontakları açar.
Alternatif akım ile enerjilendirilen kontaktörlerde çekirdeğin küçük bir kısmı, çekirdekteki manyetik akıyı biraz geciktiren bir gölgeleme bobini ile çevrilidir. Etki, manyetik alanın alternatif çekişinin ortalamasını almak ve böylece çekirdeğin iki hat frekansında vızıldamasını önlemektir.
Kontaklar açılırken veya kapanırken ark oluşumu ve buna bağlı hasar oluştuğundan kontaktörler çok hızlı açılıp kapanacak şekilde tasarlanır. Hızlı hareket sağlamak için genellikle dahili bir devrilme noktası mekanizması vardır. Ancak hızlı kapanma, ek istenmeyen açma-kapama döngülerine neden olan kontak sıçraması artışına yol açabilir. Çözümlerden biri, kontak sıçramasını en aza indirmek için çatallı kontaklar'a sahip olmaktır; aynı anda kapanacak şekilde tasarlanmış iki kontak, ancak farklı zamanlarda sıçrayarak devrenin kısa bir süre için bağlantısı kesilmeyecek ve bir ark oluşturmayacaktır.
Başka bir çeşit, hızlı şekilde art arda devreye girecek şekilde tasarlanmış birden fazla kontaklıdır. İlk temas eden ve son kopan, en büyük temas aşınmasını yaşayacak ve kontaktörün içinde aşırı ısınmaya neden olacak yüksek dirençli bir bağlantı oluşturacaktır. Ancak bunu yaparken, birincil kontağı ark oluşumundan koruyacak, böylece bir milisaniye sonra düşük bir temas direnci oluşturulacaktır. Bu teknik, yalnızca kontaktörler devreye girdiklerinin tersi sırayla ayrılırsa etkilidir. Aksi takdirde arkın zarar verici etkisi her iki kontaktör arasında eşit olarak bölünecektir.
Kontaktörlerin ömrünü uzatmak için kullanılan başka bir teknik, kontak silme'dir; Kontaklar, herhangi bir kirliliği temizlemek için ilk temastan sonra birbirlerini silerler.
Ark bastırma
Yeterli kontak koruması olmadan, elektrik akımı arkı oluşması, önemli hasara yol açan kontakların önemli ölçüde bozulmasına neden olur. İki kontak noktası (elektrotlar) arasında, kapalıdan açık duruma (ark kırılması) veya açıktan kapalıya (ark oluşturma) geçiş yaptıklarında bir elektrik arkı oluşur. Kırılma yayı genellikle daha enerjik ve dolayısıyla daha yıkıcıdır.
Ortaya çıkan elektrik arkı tarafından oluşturulan ısı çok yüksektir ve sonuçta kontaktaki metalin akımla birlikte hareket etmesine neden olur. Arkın aşırı yüksek sıcaklığı (on binlerce santigrat derece) çevredeki gaz moleküllerini ozon, karbon monoksit ve diğer bileşikleri oluşturarak kırar. Ark enerjisi, temas eden metali yavaşça yok eder ve bazı malzemelerin ince partikül madde olarak havaya kaçmasına neden olur. Bu aktivite, kontaklardaki malzemenin zamanla bozulmasına ve sonuçta cihazın arızalanmasına neden olur. Örneğin, düzgün takılmış bir kontaktörün, güç altında çalıştırıldığında ömrü 10,000 ila 100,000 işlem arasıdır; bu 20 milyon işlemi aşabilen aynı cihazın mekanik (güçsüz) ömründen çok daha azdır.
Alçak gerilimlerde (600 volt ve daha az) çoğu motor kontrol kontaktörü hava kesmeli kontaktörleridir; atmosferik basınçtaki hava kontakları çevreler ve devre kesildiğinde arkı söndürür. Modern orta gerilim AC motor kontrolörleri, vakum kontaktörleri kullanır. Yüksek voltajlı AC kontaktörler (1,000 volttan büyük) kontakların çevresinde vakum veya soy gaz kullanabilir. Yüksek voltajlı DC kontaktörler (600 V'tan büyük), ark enerjisini kırmak için özel tasarlanmış ark olukları içindeki havaya güvenerek yapılmıştır.
Yüksek voltajlı elektrikli lokomotifler, basınçlı hava ile çalıştırılan çatıya takılı devre kesiciler tarafından üst beslemelerinden yalıtılabilir. Aynı hava kaynağı, oluşan herhangi bir arkı "söndürmek" için kullanılabilir.