Contactor

Contactor là một thiết bị đóng vai trò quan trọng, không thể thiếu trong ngành điện. Chúng ta hãy cùng nhau tìm hiểu những thông tin cơ bản về thiết bị này trong bài viết sau đây.

1. Contactor là gì?

Hình 1. Contactor của các hãng sản xuất Schneider, Mitsubishi, LS.

Contactor được hiểu là một khí cụ điện dùng để đóng ngắt các tiếp điểm, để chuyển đổi một mạch điện, tương tự như một relay ngoại trừ với mức dòng điện cao hơn.

Contactor được sử dụng để điều khiển động cơ điện, chiếu sáng, hệ thống sưởi, tụ điện, máy sấy nhiệt và các phụ tải khác.

Hình 2. Hình dạng và kí hiệu của contactor theo chuẩn IEC.

Hình 3. Kí hiệu cho các phần tử trong Contactor.

2. Cấu tạo

Contactor là thiết bị đóng cắt trung gian giữa mạch lực và mạch điều khiển. Cùng một thiết bị công suất lớn người ta có thể điều khiển chúng bằng một hiệu điện thế và dòng nhỏ hơn rất nhiều khi qua thiết bị này.

Hình 4. Cấu tạo của Contactor.

Cấu tạo của contactor bao gồm:

– Nam châm điện: Nam châm điện gồm:

Cuộn dây dùng tạo ra lực hút nam châm.
Lõi sắt.
Lò xo tác dụng đẩy phần nắp trở về vị trí ban đầu.

Hình 5. Cấu tạo của nam châm điện.

– Hệ thống dập hồ quang: Khi chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làm các tiếp điểm bị cháy và mòn dần, vì vậy cần hệ thống dập hồ quang.

– Hệ thống tiếp điểm: Hệ thống tiếp điểm của contactor trong tủ điện 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 thành hai loại:

Tiếp điểm chính: Có khả năng cho dòng điện lớn đi qua (từ 10A đến vài nghìn A, thí dụ khoảng 1600A hay 2250A). Tiếp điểm chính là tiếp điểm thường hở, nó đóng lại khi được cấp nguồn vào mạch từ của contactor trong tủ điện.
Tiếp điểm phụ: Có khả năng cho dòng điện đi qua các tiếp điểm nhỏ hơn 5A. Tiếp điểm phụ có hai trạng thái: Thường đóng và thường hở.
- Tiếp điểm thường đóng là loại tiếp điểm ở trạng thái đóng 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.
- Ngược lại là tiếp điểm thường hở.
Như vậy, hệ thống tiếp điểm chính tủ điện điều khiển thường được lắp trong mạch điện động lực, còn các tiếp điểm phụ sẽ lắp trong hệ thống mạch điều khiển của Contactor.

Contactor có nhiều hình dạng với nhiều công suất và tính năng khác nhau. Không giống như máy cắt, contactor được thiết kế để không chủ ý cắt một sự cố ngắn mạch. Contactor có dải hoạt động từ chỗ chỉ có dòng cắt một vài Ampe cho tới hàng nghìn Ampe và 24 VDC cho tới kV.

3. Nguyên lí hoạt động

Hình 6. Mặt cắt bên trong của Contactor.

Khi cấp nguồn trong tủ điện điều khiển bằng giá trị điện áp định mức của Contactor vào hai đầu của cuộn dây contactor quấn trên phần lõi từ cố định thì lực từ tạo sẽ ra hút phần lõi từ di động hình thành mạch từ kín (lực từ phải lớn hơn phản lực của lò xo), Contactor ở trạng thái hoạt động.

Lúc này nhờ vào bộ phận liên động về cơ giữa lõi từ di động và hệ thống tiếp điẻm làm cho tiếp điểm chính đóng lại, tiếp điểm phụ chuyển đổi trạng thái (thường đóng sẽ mở ra, thường hở sẽ đóng lại) và duy trì trạng thái này.

Khi ngưng cấp nguồn cho cuộn dây thì Contactor ở trạng thái nghỉ, các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu.

Hình 7. Mô tả cách hoạt động của contactor.

4. Các thông số cơ bản của contactor

Điện áp (U_i): là điện áp chịu được khi làm việc của contactor, nếu vượt quá điện áp thì contactor sẽ bị phá hủy, hỏng.
Điện áp xung chịu đựng (U_imp): khả năng chịu đựng điện áp xung của contactor.
Điện áp (U_e): giải điện áp mà contactor chịu được, trên mỗi contactor thời ghi rõ dải dòng và áp làm việc mà nó chịu đựng được.
Dòng điện (I_n): là dòng điện chạy qua tiếp điểm chính của contactor khi làm việc (tải định mức và điện áp định mức).
Dòng điện ngắn mạch (I_cu): dòng điện mà contactor chịu đựng được trong vòng 1s, thường nhà sản xuất cung cấp theo loại contactor.
Điện áp cuộn hút (U_ax): theo mạch điều khiển ta chọn, có thể là DC, AC, 110V hay 220V.

5. Phân loại

5.1. Phân loại sử dụng của IEC

Hình 8. Đặc tính ngắt mạch của các chế độ AC của contactor.

– Đánh giá hiện tại của contactor phụ thuộc vào loại sử dụng. Về phân loại của IEC trong tiêu chuẩn 60947 được mô tả như sau:

AC-1 – Đối với các tải không-cảm ứng hoặc cảm ứng nhẹ, lò điện trở.
AC-2 – Khởi động các động cơ vành trượt: khởi động, ngắt nguồn.
AC-3 – Khởi động các động cơ lồng sóc và ngắt nguồn chỉ sau khi động cơ đạt được tốc độ cần thiết. (Khóa Dòng Rotor (LRA), Ngắt dòng đầy tải (FLA)).
AC-4 – Khởi động các động cơ lồng sóc với cách khởi động inching và plugging. Khởi động/Dừng nhanh. (Tạo và ngắt khóa dòng rotor).

– Relay và các khối tiếp điểm phụ được đánh giá theo tiêu chuẩn IEC 60947-5-1.

AC-15 – Điều khiển các tải điện từ (> 72 VA).
DC-13 – Điều khiển nam châm điện.

Ngoài ra, contactor còn được phân loại theo loại tải sử dụng điện một chiều, như DC-1, DC-2, DC-3, DC-5.

5.2. NEMA

Các contactor NEMA (hiệp hội các nhà sản xuất điện quốc gia của Mỹ) cho động cơ hạ áp (ít hơn 1000 vôn) được xếp loại theo kích thước NEMA, đưa ra một xếp loại dòng điện liên tục tối đa và một xếp loại theo mã lực cho các động cơ không đồng bộ kèm theo. Kích thước của contactor theo tiêu chuẩn NEMA được chỉ định là 00,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9.

Xếp loại mã lực (công suất) được dựa trên điện áp và đặc tính của động cơ không đồng bộ điển hình và chu kỳ làm việc như đã nêu trong tiêu chuẩn NEMA ICS2. Các chu kỳ làm việc ngoại lệ hoặc các loại motor chuyên dụng có thể yêu cầu một kích thước starter NEMA khác với xếp loại thông thường.

6. Ứng dụng

Contactor là thiết bị điều khiển để đóng ngắt nguồn cấp cho thiết bị do đó được sử dụng rất phổ biến trong hệ thống điện.

Trong công nghiệp Contactor được sử dụng để điều khiển vận hành các động cơ hay thiết bị điện để an toàn khi vận hành. Đây là một giải pháp tự động hóa bằng phương pháp cơ điện. Phương pháp này không xử lý những quá trình phức tạp nhưng nó đơn giản và có độ ổn định cao, dễ sửa chữa.

Hình 9. Contactor (Khởi động từ) kết hợp relay nhiệt điều khiển động cơ.

Ngoài ra, Contactor còn một số ứng dụng như:

– Contactor điều khiển động cơ: Cấp nguồn cho động cơ khởi động trực tiếp. Contactor được dùng kết hợp với relay nhiệt để bảo vệ quá tải cho động cơ.

Ví dụ: Mạch khởi động trực tiếp động cơ 3 pha.

– Contactor khởi động Sao – Tam giác: thay đổi chế độ hoạt động của động cơ từ sơ đồ hình sao khi khởi động sang sơ đồ tam giác khi động cơ đã vận hành ổn định, mục đích để giảm dòng khởi động.

Ví dụ: Mạch khởi động động cơ 3 pha theo phương pháp đổi nối Sao – Tam giác (Star – Delta).

– Contactor điều khiển tụ bù: đóng ngắt các tụ bù vào lưới điện để bù công suất phản kháng. Contactor được dùng trong hệ thống bù tự động được điều khiển bằng bộ điều khiển tụ bù đảm bảo đóng cắt các cấp tụ phù hợp với tải.

– Contactor điều khiển đèn chiếu sáng: có thể điều khiển contactor bằng relay thời gian hoặc PLC để đóng cắt điện cấp cho đèn chiếu sáng để bật/tắt đèn theo giờ quy định.

Hình 10. Ứng dụng kiểm soát nhiệt độ và mức chất lỏng.

Hình 11. Hình ảnh về contactor được lắp trong các tủ điện.