Contactor

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại khởi động từ của nhiều nhãn hiệu sản xuất. Nhưng để lựa chọn 1 sản phẩm này thì bắt buộc phải có 2 thông như sau:

• Điện áp cuộn hút là bao nhiêu (thông dụng nhất là 220VAC)
• Công suất của khởi động từ (thông dụng nhất là 400VAC là bao nhiêu kw hoặc bao nhiêu amper
  

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 – Khởi động từ S-T50 của Mitsubishi

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. Trong bài viết này sẽ chỉ đề cập đến contactor đóng ngắt theo cơ chế điện từ.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Contactor:

Contactor bao gồm 3 bộ phận chính:

1. Nam châm điện: gồm có các chi tiết: Cuộn dây dùng tạo ra lực hút nam châm;  Lõi sắt; Lò xo tác dụng đẩy phần nắp trở về vị trí ban đầu.

2. 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.

3. Hệ thống tiếp điểm: gồm có tiếp điểm chính và tiếp điểm phụ

•        Tiếp điểm chính: Có khả năng cho dòng điện lớn đi qua. Tiếp điểm chính là tiếp điểm thường hở đóng lại khi cấp nguồn vào mạch từ của contactor trong tủ điện làm mạch từ hút lại.

•        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 mở.

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 mở ra khi contactor ở trạng thái hoạt động. Ngược lại là tiếp điểm thường mở.

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 của Contactor.

Hình ảnh: Cấu tạo Contactor – Khởi động từ

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.

Thông số cơ bản của Contactor:

– Dòng điện định mức: Là dòng điện chảy qua hệ thống tiếp điểm chính của contactor khi đóng mạch điện phụ tải. Với giá trị này của dòng điện, mạch dẫn điện chính của contactor không bị phát nóng quá giới hạn cho phép.

– Điện áp định mức: Là điện áp đặt trên hai cực của mạch dẫn điện chính của contactor.

– Khả năng đóng của contactor: Được đánh giá bằng giá trị dòng điện mà contactor có thể đóng thành công. Thường thì giá trị này bằng từ 1 đến 7 lần giá trị dòng điện định mức.

– Khả năng ngắt của contactor: Được đánh giá bằng giá trị dòng điện ngắt, mà ở giá trị đó, contactor có thể tác động ngắt thành công khỏi mạch điện. Thường giá trị này bằng từ 1 đến 10 lần dòng điện định mức.

– Độ bền cơ: Là số lần đóng ngắt khi không có dòng điện chảy qua hệ thống tiếp điểm của contactor. Vượt quá số lần đóng ngắt đó, các tiếp điểm xem như bị hư hỏng, không còn sử dụng được nữa. Các loại contactor thường có độ bền cơ từ 5 triệu đến 10 triệu lần đóng ngắt.

– Độ bền điện: Là số lần đóng ngắt dòng điện định mức. Contactor loại thường có độ bền điện vào khoảng 200.000 đến 1 triệu lần đóng ngắt.

Phân loại Contactor:

Có nhiều cách phân loại contactor:

– Theo nguyên lý truyền động: Ta có contactor kiểu điện từ, kiểu hơi ép, kiểu thủy lực,… Thường thì ta gặp contactor kiểu điện từ.

– Theo dạng dòng điện: Contactor điện một chiều và contactor điện xoay chiều.

– Theo kết cấu: Người ta phân contactor dùng ở nơi hạn chế chiều cao (như bảng điện ở gầm xe) và ở nơi hạn chế chiều rộng (ví dụ buồng tàu điện).

– Theo dòng điện định mức: Contactor 9A, 12A, 18A,…. 800A hoặc lớn hơn.

– Theo số cực: Contactor 1 pha, 2 pha, 3 pha, 4 pha. Phổ biến nhất là contactor 3 pha.

– Theo cấp điện áp: Contactor trung thế, contactor hạ thế.

– Theo điện áp cuộn hút: Cuộn hút xoay chiều 220VAC, 380VAC,… cuộn hút 1 chiều 24VDC, 48VDC,…

– Theo chức năng chuyên dụng: Một số hãng chế tạo contactor chuyên dụng cho một ứng dụng đặc thù ví dụ contactor chuyên dùng cho tụ bù của hãng Schneider,…

Ưu điểm của Contactor:

Kích thước nhỏ gọn có thể tận dụng khoảng không gian hẹp để lắp đặt và thao tác mà cầu dao không thực hiện được. Điều khiển đóng cắt từ xa có vỏ ngăn hồ quang phóng ra bên ngoài nên an toàn tuyệt đối cho người thao tác với hệ thống điện, thời gian đóng cắt nhanh, độ bền cao, hoạt động ổn định,… vì những ưu điểm trên contactor được sử dụng rộng rãi để điều khiển đóng cắt trong mạch điện hạ áp đặc biệt sử dụng nhiều trong các nhà máy công nghiệp.

Ứng dụng của Contactor:

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 ảnh: Contactor (Khởi động từ) kết hợp Rơ le nhiệt điều khiển động cơ

Trong ngành tự động hóa ngày nay đòi hỏi xử lý những công việc có tính chất phức tạp và khó khăn cần phải có sự can thiệp của bộ xử lý nên phương pháp cơ điện tử ra đời để đáp ứng được những quy trình sản xuất tiên tiến. Contactor vẫn là thiết bị được sử dụng nhiều trong công nghiệp và cả dân dụng:

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

– 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.

– 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 rơ le thời gian hoặc PLC để đóng cắt điện cấp cho đèn chiếu sáng để bật/tắt đèn theo giờ quy định.

Cách chọn Contactor:

Lựa chọn contactor cho động cơ:

Để lựa chọn Contactor phù hợp cho động cơ ta phải dựa vào những thông số cơ bản như Uđm, P , Cosphi

–  Iđm = Itt x 2

–  Iccb = Iđm x 2

–  Ict   = (1.2 – 1.5) x Iđm

Ta tính toán trong ví dụ cụ thể như sau:

Tải động cơ 3P, 380V, 3KW, tính toán dòng định mức theo công thức như sau:

Iđm = P / (1.73 x 380 x 0.85) ở đây hệ số cosphi là 0.85.

Ta tính được: Iđm = 3000 / (1.73 x 380 x 0.85) = 5.4 A

Ict = (1.2 – 1.4) Iđm.

Ta tính được: Ict = 1.4 x 5.4 = 7.56A

Nên chọn Contactor có dòng lớn hơn dòng tính toán.

Có thể chọn contactor 9A của LS (MC-9b), Mitsubishi (S-T10),…

Chọn contactor cho động cơ phải lưu ý đến điện áp cuộn hút và tiếp điểm phụ.

Lựa chọn contactor cho tụ bù:

Để lựa chọn Contactor phù hợp cho tụ bù ta phải dựa vào dòng điện định mức của tụ bù.

Ví dụ tụ 3 pha 415V 50kVAr có dòng định mức 69.6A.

Chọn contactor lớn hơn từ 1.2 lần dòng định mức của tụ = 6.9.6A x 1.2 = 83.52A.

Có thể chọn contactor 85A của LS (MC-85a), 100A của Mitsubishi (S-T100),…

Chọn contactor dòng cao thì tốt hơn nhưng chi phí sẽ cao hơn, kích thước lớn hơn sẽ mất nhiều không gian lắp đặt.

Ngoài ra phải lưu ý điện áp cuộn hút, Contactor dùng cho tụ bù có thể dùng 2 loại cuộn hút 220VAC hoặc 380VAC, dùng nhiều nhất là loại Contactor cuộn hút 220VAC.

Tham khảo một số dòng Contactor thông dụng:

Contactor (Khởi động từ) LS:

Contactor (Khởi động từ) Mitsubishi:

Contactor (Khởi động từ) Schneider:

Contactor (khởi động từ) là gì ?

Contactor hay còn gọi là khởi động từ, là khí cụ điện hạ áp, thực hiện việc đóng ngắt thường xuyên các mạch điện động lực có dòng điện ngắt không vượt quá giới hạn dòng điện quá tải của mạch điện.

Thao tác đóng ngắt của contactor có thể thực hiện nhờ cơ cấu điện từ, cơ cấu khí động hoặc cơ cấu thuỷ lực. Nhưng thông dụng nhất là các loại contactor điện từ.

Nguyên lý hoạt động của contactor:

Ở đây ta xét đến nguyên lý hoạt động của contactor điện từ.

Contactor điện từ ứng dụng những định luật điện từ cơ bản. Để hiểu những định luật này, ta khảo sát một nam châm điện đơn giản là một cuộn dây quấn quanh một lõi sắt non, và hai đầu dây được nối vào nguồn điện 1 chiều. Dòng điện chảy qua cuộn dây làm từ hoá lõi sắt, và khi ngắt nguồn điện, không còn dòng chạy qua cuộn dây thì lõi sắt trở lại bình thường.

Contactor điện từ cũng hoạt động dựa trên nguyên lý trên.

Hình trên mô tả cấu trúc cơ bản của contactor. Bên trong contactor có hai mạch điện, một là mạch điều khiển, mạch còn lại là mạch động lực. Mạch điều khiển được nối với cuộn cảm của nam châm điện. Mạch động lực được nối với tiếp điểm tĩnh của contactor.

Nam châm điện trong contactor có cấu tạo giống như nam châm điện gồm cuộn dây quấn quanh lõi sắt non như đã khảo sát ở trên. Khi có điện cấp vào cuộn dây thông qua mạch điều khiển, từ trường tạo ra sẽ từ hoá nam châm điện. Từ trường này sẽ hút lõi thép vào nam châm, làm tiếp điểm trong contactor đóng lại và khép kín mạch động lực. Khi ngắt mạch điều khiển, từ trường ở nam châm điện biến mất, và tiếp điểm trở về trạng thái cũ nhờ tác động của lò xo.

Thông số cơ bản của contactor:

Dòng điện định mức : Là dòng điện dài hạn chảy qua hệ thống tiếp điểm chính của contactor khi đóng mạch điện phụ tải. Với giá trị này của dòng điện, mạch dẫn điện chính của contactor không bị phát nóng quá giới hạn cho phép.

Điện áp định mức : Là điện áp đặt trên hai cực của mạch dẫn điện chính của contactor.

Khả năng đóng ngắt của contactor :

Khả năng đóng của contactor : Được đánh giá bằng giá trị dòng điện mà contactor có thể đóng thành công. Thường thì giá trị này bằng từ 1 đến 7 lần giá trị dòng điện định mức.

Khả năng ngắt của contactor : Được đánh giá bằng giá trị dòng điện ngắt, mà ở giá trị đó, contactor có thể tác động ngắt thành công khỏi mạch điện. Thường giá trị này bằng từ 1 đến 10 lần dòng điện định mức.

Độ bền cơ : Là số lần đóng ngắt khi không có dòng điện chảy qua hệ thống tiếp điểm của contactor. Vượt quá số lần đóng ngắt đó, các tiếp điểm xem như bị hư hỏng, không còn sử dụng được nữa. Các loại contactor thường có độ bền cơ từ 10^6 đến 5.10^6 lần thao tác.

Độ bền điện : Là số lần đóng ngắt dòng điện định mức. Contactor loại thường có độ bền điện vào khoảng ≤ 10^

Phân loại contactor:

Có nhiều cách phân loại contactor.

Nguyên lý truyền động : Ta có contactor kiểu điện từ, kiểu hơi ép, kiểu thủy lực … Thường thì ta gặp contactor kiểu điện từ.

Theo dạng dòng điện : Contactor điện một chiều và contactor điện xoay chiều.

Theo kết cấu : Người ta phân contactor dùng ở nơi hạn chế chiều cao ( như bảng điện ở gầm xe ) và ở nơi hạn chế chiều rộng ( ví dụ buồng tàu điện ).

Phân loại tiếp điểm contactor.

Theo khả năng tải dòng : Tiếp điểm chính ( cho dòng điện lớn đi qua từ 10A đến 1600A hay 2250A ), tiếp điểm phụ ( cho dòng điện đi qua có giá trị từ 1A đến 5A )

Theo trạng thái hoạt động : Tiếp điểm thường đóng ( là loại tiếp điểm ở trạng thái kín mạch khi cuộn dây nam châm trong contactor ở trạng thái nghỉ không có điện ), tiếp điểm thường mở ( là tiếp điểm ở trạng thái hở mạch khi cuộn dây nam châm trong contactor ở trạng thái nghỉ không có điện ).

Cách chọn Contactor:

Để lựa chọn Contactor phù hợp cho động cơ ta phải dựa vào những thông số cơ bản như Uđm, P , Cosphi

–  Iđm = Itt x 2

–  Iccb = Iđm x 2

–  Ict   = ( 1,2 – 1,5 ) Iđm

Ta tính toán trong ví dụ cụ thể như sau:

Tải động cơ 3P, 380V, 3KW, tính toán dòng định mức theo công thức như sau:

Iđm = P / ( 1.73 x 380 x 0.85 ) ở đây hệ số cosphi là 0.85.

Ta tính được: Iđm = 3000 / ( 1.73 x 380 x 0.85 ) = 5.4 A

Ict = ( 1,2 -1,4 ) Iđm.

Ta tính được: Ict = 1,4 x 5.4 = 7.56 A

Nên chọn Contactor có dòng lớn hơn dòng tính toán. Chọn loại có dòng 8A.

Ứng dụng của contactor:

Contactor: là thiết bị điều khiển để đóng mở cung cấp nguồn cho một thiết bị công suất tải lớn: Máy Lạnh lớn, động cơ kéo tải lớn… Thường là loại 3 pha, nên ít thấy loại 1 pha. Khác với Relay nguồn điều khiển là một chiều điện áp thấp, Contactor nguồn điều khiển là loại xoay chiều điện áp cao. 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 ổn định cao dễ sửa chữa. Trong ngành tự động hóa ngày nay đòi hỏi xử lý những công việc có tính chất phức tạp và khó khăn, nên cần phải có sự can thiệp của bộ xử lý nên phương pháp cơ điện tử ra đời để đáp ứng được những quá trình: đóng gói sản phẩm, ép nhựa… Contactor vẫn là thiết bị sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp tự động hóa việc sản xuất.