Nguyên lý và ứng dụng của contactor trong hệ thống điện

Contactor hay công tắc tơ, khởi động từ là một loại rơ le đặc biệt được sử dụng để bật hoặc tắt mạch điện. Chúng được sử dụng phổ biến nhất với động cơ điện và các ứng dụng chiếu sáng.

Việc sử dụng contactor nhằm mục đích tăng khả năng cách ly khỏi dòng điện có cường độ cao liên quan đến các ứng dụng đó, nhằm bảo vệ người lao động và thiết bị.

Contactor là gì

Công tắc tơ là một thiết bị điện được sử dụng để bật hoặc tắt mạch điện, phổ biến nhất là để điều khiển máy bơm. Nó được coi là một loại rơ le đặc biệt. Tuy nhiên, sự khác biệt cơ bản giữa rơ le và công tắc tơ là contactor được sử dụng trong các ứng dụng có khả năng mang dòng điện cao hơn, trong khi rơ le được sử dụng cho các ứng dụng dòng điện thấp hơn.

Công tắc tơ có nhiều tiếp điểm. Các tiếp điểm này trong hầu hết các trường hợp thường mở và cấp năng lượng hoạt động cho tải khi cuộn dây contactor được cấp điện.

Có nhiều loại contactor khác nhau và mỗi loại có một tính năng, khả năng và ứng dụng riêng. Công tắc tơ có thể ngắt dòng điện từ vài ampe đến hàng nghìn ampe và điện áp từ 24 VDC đến hàng nghìn vôn. Ngoài ra, các thiết bị điện này có nhiều kích thước khác nhau, từ kích thước nhỏ cầm tay đến kích thước đo bằng mét.

Khu vực ứng dụng phổ biến nhất của contactor là dòng tải cao. Công tắc tơ được biết đến với khả năng xử lý dòng điện trên 5000 ampe và công suất cao trên 100 kW.

Công tắc tơ chuẩn IEC là tiêu chuẩn Toàn cầu. Thường nhỏ và có nhiều kích cỡ khác nhau, trong khi công tắc tơ chuẩn NEMA thường có kích thước lớn hơn và được thiết kế với các hệ số an toàn vượt ra ngoài định mức thiết kế lên đến 25%.

Cấu tạo contactor khởi động từ

Các thành phần cấu tạo nên contactor đều quan trọng, và chúng bao gồm:

Cuộn dây hoặc Nam châm điện

Đây là thành phần quan trọng nhất của công tắc tơ. Là thành phần sinh ra động lực cần thiết để đóng các tiếp điểm bên trong. Cuộn dây hoặc nam châm điện và các tiếp điểm được bảo vệ bằng vỏ bọc.

Vỏ bọc

Cũng giống như vỏ bọc được sử dụng trong bất kỳ thiết bị nào khác, vỏ bọc contactor cũng giúp cách nhiệt và bảo vệ khỏi người chạm vào tiếp điểm.

Vỏ bảo vệ được làm từ các vật liệu khác nhau, chẳng hạn như polycarbonate, polyester, Nylon 6, Bakelite, nhựa nhiệt rắn và các loại khác. Nói chung, khởi động từ có một vỏ bọc bảo vệ thiết bị khỏi thời tiết xấu, nguy cơ cháy nổ, bụi và dầu.

Tiếp điểm

Đây là một thành phần quan trọng khác của thiết bị điện này. Nhiệm vụ mang dòng điện của công tắc tơ được thực hiện bởi các tiếp điểm. Có nhiều loại tiếp điểm khác nhau trong contactor khởi động từ, cụ thể là:

• • Tiếp điểm lò xo
  • Tiếp điểm phụ
  • Tiếp điểm nguồn

Mỗi loại tiếp điểm có một vai trò riêng của chúng trong quá trình bộ khởi động từ công tắc tơ hoạt động.

Nguyên lý contactor

Nguyên tắc hoạt động của một bộ công tắc tơ khởi động từ cơ bản có thể được mô tả như sau: Dòng điện đi qua công tắc tơ kích thích nam châm điện. Nam châm điện bị kích thích tạo ra từ trường, làm cho lõi công tắc tơ chuyển động phần ứng. Tiếp điểm thường đóng (NC) đóng mạch giữa các tiếp điểm cố định và các tiếp điểm chuyển động. Điều này cho phép dòng điện đi qua các tiếp điểm này đến tải. Khi dòng điện được loại bỏ, cuộn dây được mất năng lượng và làm mở mạch. Các điểm tiếp xúc của contactor có ưu điểm là khả năng đóng mở nhanh chóng.

Phân loại contactor khởi động từ

Contactor khởi động từ được phân loại theo nhiều cách khác nhau, vì dụ như:

• • Phân loại theo điện áp như: contactor 1 pha, contactor 3 pha
  • Phân loại theo dòng cấp
  • Theo kết cấu
  • Theo ứng dụng
  • Theo nguyên lý
  • Theo cuộn hút…

Nhưng từ xa xưa, người ta đã tóm gọn các loại contactor làm 03 loại chính:

Công tắc lưỡi dao

Công tắc lưỡi dao đã được sử dụng sớm vào cuối những năm 1800. Nó có lẽ là công tắc tơ đầu tiên được sử dụng để điều khiển (khởi động hoặc dừng) động cơ điện. Công tắc bao gồm một dải kim loại, sẽ rơi vào một điểm tiếp xúc. Công tắc này có một cần gạt để kéo công tắc xuống hoặc đẩy nó lên. Hồi đó, người ta phải điều chỉnh công tắc lưỡi dao vào vị trí đóng bằng cách đứng cạnh nó.

Tuy nhiên, có một vấn đề với phương pháp chuyển đổi này. Phương pháp này làm cho các tiếp điểm bị mòn nhanh chóng, do đó rất khó để mở và đóng công tắc theo cách thủ công đủ nhanh để tránh phóng điện hồ quang. Do đó, các công tắc đồng mềm bị ăn mòn, khiến chúng dễ bị ẩm và bám bẩn.

Trong những năm qua, kích thước của các động cơ tăng lên, yêu cầu về dòng điện cũng lớn hơn để vận hành chúng. Điều này tạo ra nguy cơ vật lý tiềm ẩn khi vận hành các thiết bị chuyển mạch mang dòng điện cao như vậy, do đó dẫn đến mối quan tâm nghiêm trọng về an toàn. Mặc dù đã thực hiện một số cải tiến cơ học, công tắc lưỡi dao không thể phát triển đầy đủ do các vấn đề liên quan và rủi ro hoạt động nguy hiểm cũng như tuổi thọ ngắn của các tiếp điểm.

Bộ điều khiển bằng tay

Vì công tắc lưỡi dao trở nên nguy hiểm khi sử dụng, các kỹ sư đã đưa ra một thiết bị công tắc tơ khác, bổ sung một số tính năng còn thiếu trong công tắc lưỡi dao. Thiết bị này được gọi là bộ điều khiển bằng tay. Các tính năng này bao gồm:

• • An toàn để vận hành
  • Thiết bị không tiếp xúc, được bọc đúng cách
  • Kích thước vật lý nhỏ hơn
  • Tiếp điểm ngắt đơn được thay thế bằng tiếp điểm ngắt kép

Công tắc hoặc nút của bộ điều khiển bằng tay không được vận hành từ xa và được gắn vào bộ điều khiển một cách vật lý.

Mạch nguồn được kích hoạt sau khi người vận hành kích hoạt bộ điều khiển bằng tay. Sau khi được kích hoạt, nó mang điện đến tải. Chẳng bao lâu, các công tắc tơ bằng tay đã thay thế hoàn toàn các công tắc lưỡi dao, và thậm chí ngày nay các biến thể khác nhau của các loại công tắc tơ này đang được sử dụng.

Công tắc tơ điện từ

Công tắc tơ từ tính không cần sự can thiệp của con người và hoạt động bằng điện cơ. Đây là một trong những thiết kế tiên tiến nhất của công tắc tơ, có thể hoạt động từ xa. Do đó, nó giúp loại bỏ các rủi ro liên quan đến việc vận hành nó theo cách thủ công và đặt nhân viên vận hành vào nguy cơ tiềm ẩn.

Chỉ cần một dòng điện nhỏ điều khiển được yêu cầu cho cuộn từ hoạt động để mở hoặc đóng mạch. Đây là loại công tắc tơ phổ biến nhất được sử dụng trong các ứng dụng điều khiển công nghiệp.

Cách chọn contactor khởi động từ

Để chọn chính xác một công tắc tơ từ tính, ta nên xem xét các danh mục sử dụng, điện áp cung cấp và sau đó là các yêu cầu về điện của tải. Kiểm tra Datasheet và Nameplate của cả Contactor và tải, tóm lại có 3 bước để chọn công tắc tơ phù hợp cho ứng dụng động cơ của bạn:

Bước 1: Thu thập thông tin phù hợp từ bảng tên động cơ của bạn

Các thuộc tính điện mà bạn sẽ cần là:

• • Điện áp của động cơ
  • Công suất
  • Dòng điện

Bước 2: Tìm bảng dữ liệu của nhà sản xuất phù hợp và hướng dẫn lựa chọn cho loại tải

Tìm đúng danh mục của nhà sản xuất và bảng dữ liệu là điều cần thiết. Ví dụ dưới đây là contactor Mitsubishi Electric.

Hình trong dấu ngoặc vuông cho biết dòng điện danh định được hiển thị trên bảng định mức của sản phẩm mà tại đó độ bền đóng/mở loại AC-3 là 2.000.000 lần

Bước 3: Thực hiện lựa chọn

Giả sử rằng điện áp cung cấp là 400VAC ở tần số 50Hz, đối với động cơ 30kW hoạt động ở dòng điện 55A; Mitsubishi S-T65 là sự lựa chọn chính xác.

Công tắc tơ từ tính S-T65 của Mitsubishi Electric có thể được sử dụng cho động cơ công suất 30kW ở loại AC-3, nó có thể chịu được dòng điện lên đến 65A, cao hơn dòng điện hoạt động của động cơ là 55A.

Ứng dụng contactor

Các ứng dụng thường được biết đến là dùng để đóng ngắt mạch điện. Và chúng thường dùng phổ biến ở các ứng dụng như:

Điều khiển ánh sáng

Công tắc tơ thường được sử dụng để điều khiển trung tâm cho các hệ thống chiếu sáng lớn, chẳng hạn như tòa nhà văn phòng hoặc trung tâm thương mại.

Bộ khởi động động cơ điện trong máy bơm công nghiệp

Công tắc tơ có thể được sử dụng như một bộ khởi động từ tính. Khởi động từ là một thiết bị được thiết kế để cung cấp năng lượng cho động cơ điện. Nó bao gồm contactor khởi động từ như một thành phần thiết yếu, đồng thời cung cấp khả năng bảo vệ ngắt điện, điện áp thấp và quá tải.

Ví dụ như: Contactor khổi động từ dùng điều khiển hệ thống máy bơm xử lý nước thải, máy bơm chìm hố mống, máy bơm trong ngành khai thác khoáng sản…

Contactor điều khiển tụ bù

Đóng hoặc ngắt các tụ bù với lưới điện. Mục đích dùng để bù công suất phản kháng cho lưới điện bị tiêu hao bởi các motor điện chạy trong hệ thống.

Bài viết chia sẻ đến các bạn thiết bị cần thiết trong một hệ thống bơm. Đó là contactor. Các bạn cần tư vấn giải pháp hay chọn bơm cho các ứng dụng bơm lưu chất công nghiệp? Hãy liên hệ ngay với Việt Nhất nhé!