Contactor là gì?

Hôm nay mình chia sẻ một ít kiến thức về một loại thiết bị công nghiệp đó chính là contactor. Đây là một loại công tắc điều khiển điện được sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp.  Nội dung chủ yếu của bài viết liên quan đến Contactor là gì? Cấu tạo của chúng? Nguyên lý hoạt động như thế nào? Phân loại contactor? Các ưu điểm? Ứng dụng của contactor ? Cách chọn lựa contactor 1 pha, 3 pha như thế nào cho đúng? Hay có mấy loại khởi động từ? Các bạn có thể xem đây là tư liệu để phục vụ cho việc học và công việc nhé.

Contactor là gì? Khởi động từ là gì?

Contactor là gì? Khởi động từ là gì? Hay công tắc tơ là gì?

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, CB, chế độ tự động hoặc điều khiển từ xa.

Nói cách khách contactor là một loại khí cụ điện – công tắc điều khiển điện được sử dụng để chuyển đổi một mạch điện, tương tự như một relay ngoại trừ với mức dòng điện cao hơn. Contactor được điều khiển bởi một mạch điện trong đó mang năng lượng thấp hơn nhiều so với mạch điện mà nó đóng cắt.

Việc sử dụng thiết bị này có ưu điểm là dập tắt được hồ quang do các tiếp điểm của thiết bị này đóng ngắt nhanh, có thể lên đến 1500 lần/giờ.

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.

Công dụng của contactor

Contactor là thiết bị có công dụng điều khiển để đóng mở cung cấp nguồn cho một thiết bị công suất lớn. Thiết bị này thường được sử dụng trong các nhà máy, xí nghiệp và các cơ sở sản xuất theo quy mô công nghiệp nói chung. 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…

Contactor rất đa dạng khi có kết cấu chắc chắn được làm theo nhiều dạng như cơ cấu điện từ hay cơ cấu khí động nhưng ở đây chúng được thiết kế theo dạng điện từ. Loại contactor làm theo dạng điện từ mang tính hiện đại cao, có các linh kiện kết nối chặt chẽ, chắc chắn và có tính năng tốt giúp người dùng sử dụng tiện lợi hơn. 

Ký hiệu contactor

Tuỳ thuộc theo từng tiêu chuẩn khu vực mà công tắc tơ có ký hiệu quy ước khác nhau: bao gồm ký hiệu cho cuộn dây, ký hiệu cho tiếp điểm thường đóng, ký hiệu các tiếp điểm trên contactor dạng thường mở. Chúng ta cùng tìm hiểu các ký hiệu này theo 3 tiêu chuẩn là: Tiêu chuẩn Châu Âu, Tiêu chuẩn Mỹ và Tiêu chuẩn Liên Xô nhé. Các bạn quan sát hình minh hoạ bên dưới:

Cấu tạo của contactor

Về cơ bản, của tạo contactor gồm 3 bộ phận chính:

1. Nam châm điện: gồm có 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.

Nguyên lý hoạt động contactor

Trong Công tắc tơ khởi động từ có hai mạch điện:

• Một là mạch điều khiển,
• Mạch còn lại là mạch động lực.

Mạch điều khiển được nối với cuộn dây của nam châm điện. Mạch động lực được nối với tiếp điểm tĩnh của contactor, để nối với tải.

Nam châm điện trong contactor có cấu tạo gồm cuộn dây quấn quanh lõi sắt non. 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 contactor – khởi động từ

Công tắc tơ là một thiết bị quan trong trong sơ đồ điều khiển mạch động lực. Chính vì thế, khi tìm hiểu về contactor khởi động từ để chọn mua. Chúng ta cần chú ý đến một vài thông số cơ bản như sau:

• Dòng điện định mức của contactor: Là dòng điện chảy qua hệ thống tiếp điểm chính của contactor khi đóng mạch điện. Yêu cầu của dòng điện định mức là không làm cho mạch dẫn điện chính của contactor bị phát nhiệt, nóng quá giới hạn cho phép.
• Điện áp định mức: Là điện áp đặt trên hai cực của mạch dẫn điện chính của contactor. Phải cấp đúng điện áp theo thông số kỹ thuật trên thiết bị, tránh cấp sai gây cháy thiết bị. Ví dụ như: Nguồn DC mà đi cấp AC vào thì “bùm” hỏng 1 thiết bị.

Hiệu quả đóng ngắt của contactor

• Trạng thái đóng của contactor: Dựa trên giá trị cường độ dòng điện mà contactor có thể chuyển trạng thái đóng thành công. Giá trị cường độ này nằm trong khoản từ 1 đến 7 lần giá trị dòng điện định mức.
• Trạng thái ngắt của contactor: Cũng dựa trên giá trị cường độ dòng điện đi qua, mà giá trị này có thể tác động ngắt tiếp điểm thành công khỏi mạch điện khi cấp nguồn cho contactor. Bình thường giá trị này nằm trong khoảng từ 1 đến 10 lần dòng điện định mức.
• Độ bền vật lý: Là đánh giá khả năng 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. Về vấn đề này, các bạn bên khâu bảo trì hệ thống thường để ý nè. Các loại contactor thường có độ bền vật lý > 10lần thao tác.
• Độ bền điện: Là số lần đóng ngắt dòng điện định mức. Contactor loại thường có độ bền điện vào khoảng £ 10 lần.

Các tiếp điểm của contactor – Tiếp điểm thường đóng thường mở là gì?

Trên các contactor khởi động từ thì các tiếp điểm là một bộ phận, thành phần quan trọng. Hoạt động liên kết với cuộn dây nam châm điện trong việc đóng ngắt nguồn cho các thiết bị động lực như motor, động cơ… Vậy tiếp điểm có mấy loại? Và ý nghĩa các tiếp điểm của công tắc tơ 1 pha và 3 pha như thế nào? Chúng ta cùng tìm hiểu tiếp nào!

1. Tiếp điểm thường đóng là gì

Tiếp điểm thường đóng (công tắc thường đóng ) là tiếp điểm mà khi cuộn dây nam châm điện ở trạng thái không có điện, nhưng tiếp điểm vẫn đóng kín.

2. Tiếp điểm thường hở là gì

Tiếp điểm thường hở là tiếp điểm mà khi cuộn dây nam châm ở trạng thái không có điện, nhưng tiếp điểm vẫn hở ra. Chúng ta dễ dàng nhận ra rằng 2 loại tiếp điểm này nó ngược trạng thái với nhau đúng không nào?

3. Tiếp điểm chính của công tắc tơ

Là tiếp điểm có khả năng cho dòng điện lớn đi qua (từ 10A đến cả ngàn ampe, ví dụ như cho phép dòng điện có cường độ đến 2000A đi qua). Thông thường, tiếp điểm chính là dạng tiếp điểm thường hở. Chỉ đóng lại khi có nguồn cấp vào cuộn hút nam châm điện của khởi động từ contactor.

4. Tiếp điểm phụ của contactor 1 pha 3 pha

Là tiếp điểm nhỏ hơn, chỉ cho dòng điện có cường độ < 5A đi qua.

Khác với tiếp điểm chính, tiếp điểm phụ thường có hai trạng thái:

• Thường đóng
• Thường hở

Phân loại Contactor

Có nhiều cách phân loại contactor:

• Theo nguyên lý truyền động: chúng ta có loại công tắc tơ khởi động từ kiểu điện từ, kiểu khí động, hay kiểu thuỷ lực… Thực tế, chúng ta gặp loại contactor kiểu điện từ là nhiều nhất.
• Theo dạng dòng điện cấp:Chúng ta sẽ có 2 loại khởi động từ 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 theo trạng thái của tiếp điểm: Có 2 loại đó là: tiếp điểm thường đóng và tiếp điểm thường hở.
• 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.
• Trọng lượng của thiết bị nhẹ nên dễ dàng tháo lắp và di chuyển lắp đặt ở nơi khác rất tốt.
• 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
• Có các bộ phận liên kết chặt chẽ nên thiết bị thực hiện nhiệm vụ tốt.
• Độ bền bỉ cao, tuổi thọ tốt.
• Hoạt động với công suất ổn định.
• An toàn với người sử dụng khi có khả năng cách điện cao.
• Có thể điều chỉnh thiết bị dễ dàng.
• Được mang vào ứng dụng rất nhiều.
• Người dùng sử dụng dễ dàng.

=> 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.

Cách lựa 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.

Cách chọn contactor 1 pha hay contactor 3 pha như thế nào

Có khá nhiều cách hay tiêu chí để chúng ta chọn được một loại contactor khởi động từ phù hợp với nhu cầu công việc. Cụ thể, chúng ta hãy xem xét các tiêu chí sau:

-Tuổi thọ của thiết bị, hay độ bền của khởi động từ

-Mức độ, tần suất sử dụng: Số lượng chu kỳ thao tác trong một giờ mà contactor phải thực hiện

Theo tiêu chuẩn IEC-947-4 thì chúng ta có các loại như:

• Contactor loại AC1: Dùng cho tải thuần trở như điện trở sấy, các tiếp điểm chính của Contactor được lựa chọn đóng cắt những tải có Cos phi lớn hơn 0,95. Áp dụng cho tất cả các tải AC có hệ số Cos phi trên 95%
• Contactor loại AC3: Dùng cho động cơ 3 pha roto lồng sóc.
• Contactor loại AC4 và AC2: Làm việc ở chế độ nặng: Ngắt trong thời gian khởi động, ngắt trong thời gian phanh, ngắt ở dòng điện ngược, ngắt ở chế độ vận hành theo xung. AC4 dùng với động cơ không đồng bộ 3 pha lồng sóc. AC2 dùng với động cơ không đồng bộ 3 pha, roto dây quấn.

-Thừa số vận hành: Là quan hệ giữa khoảng thời gian đóng và khoảng thời gian của chu kỳ.

Ví dụ: Với tần suất sử dụng 1200 lần thao tác trong 1 giờ, theo chu kỳ là 3 giây. Nếu khoảng thời gian đóng là 1,2 giây thì thừa số vận hành là: 1,2/3 = 0,4

tức là 40%. Các giá trị được tiêu chuẩn hoá của các thừa số vận hành là: 15%, 25%, 40%, 60%.

Cách đấu dây khởi động từ

Cách đấu dây cho contactor khởi động từ tuỳ thuộc vào nguồn cấp và ứng dụng mà chúng ta có nhiều cách đấu khác nhau. Trong nội dung bài viết này, mình chia sẻ 2 cách đấu cơ bản theo nguồn cấp đó là:

Sơ đồ đấu dây contactor 1 pha cơ bản

Dùng nguồn cấp là điện áp 1 pha 220V để cấp nguồn điều khiển. Thông thường chúng ta thấy sơ đồ này trong các tủ điều khiển máy bơm nước trong gia đình.

Sơ đồ đấu dây contactor 3 pha cơ bản

Một trong những sơ đồ cơ bản của việc đấu dây cho contactor khởi động từ 3 pha như hình vẽ bên dưới thể hiện. Đây là mạch khởi động motor có bảo vệ quá nhiệt.