Công tắc tơ: chức năng, cấu tạo, phân loại, tính chọn

Có mấy loại Contactor? Chức năng, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách tính chọn Contactor như thế nào? Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu rõ hơn qua bài viết này nhé.

Chức năng của công tắc tơ

Contactor là một thiết bị khí cụ điện dùng để đóng ngắt từ xa tự động hoặc bằng các nút ấn, truyền động điện cho các mạch điện động lực có phụ tải đến I=600A, U=500V.

Các yêu cầu cơ bản của contactor là:

Điện áp định mức U_đm có các cấp 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều. Cuộn hút có thể làm việc bình thường ở điện áp trong giới hạn 85 -105% điện áp định mức của cuộn dây.
Dòng điện định mức Iđm có các cấp 10, 20, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 250, 300, 600A. Nếu contactor được đặt trong tủ điện thì dòng điện định mức phải lấy thấp hơn 10% vì làm mát kém. Trong chế độ làm việc dài hạn, dòng điện cho phép qua contactor phải thấp hơn nữa so với dòng điện định mức.
Khả năng cắt và khả năng đóng là dòng điện cho phép đi qua tiếp điểm chính khi cắt hoặc đóng mạch. Với contactor xoay chiều, khả năng đóng từ (4 – 7) I_đm và khả năng cắt đạt bội số đến 10 lần dòng điện định mức với phụ tải điện cảm.
Tuổi thọ của contactor được tính bằng số lần đóng mở, nó có liên quan đến độ bền cơ khí hay độ bền điện. Độ bền cơ khí là số lần đóng cắt không tải contactor, còn độ bền điện là số lần đóng cắt các tiếp điểm có tải định mức.
Tần số thao tác là số lần đóng cắt contactor trong một giờ. Nó bị hạn chế bởi sự phát nóng của các tiếp điểm do hồ quang. Tần số thao tác có các cấp: 30, 100, 120, 150, 300, 600, 1200, 1500 lần.
Tính ổn định lực điện động là dòng điện lớn nhất cho phép đi qua mà lực điện động sinh ra không làm tách rời tiếp điểm, thường lấy bằng 10 lần dòng điện định mức.
Tính ổn định nhiệt là các tiếp điểm không bị nóng chảy khi có dòng điện ngắn mạch chạy qua trong một khoảng thời gian cho phép.

Phân loại, cấu tạo, nguyên lý hoạt động

Contactor gồm hai loại: contactor – AC và contactor – DC.

Contactor – AC

Cấu tạo

1- Mạch từ
2- Lõi thép (nắp)
3- Cuộn dây
4- Cơ cấu mang tiếp điểm
5- Tiếp điểm thường mở
6- Tiếp điểm thường đóng
7- Lò xo
8- Nguồn cấp điện cho cuộn dây

Nguyên lý làm việc

Mạch từ: gồm hình chữ E được ghép bằng nhiều lá thép kỹ thuật điện và một lõi thép di chuyển được gọi là nắp, phần nắp này được gắn cơ cấu tiếp điểm do đó khi chuyển động sẽ mang theo hệ thống cơ cấu tiếp điểm

Cuộn dây: Cuộn dây có điện trở thuần R nhỏ hơn rất nhiều so với điện kháng (R « X) do đó dòng điện I đi qua cuộn dây sẽ phụ thuộc rất nhiều vào khe hở không khí giữa mạch từ và nắp, vì vậy không nên cho điện áp vào cuộn dây khi nắp vào vị trí hở.

Nguyên lý làm việc: Khi đưa điện áp vào cuộn dây (3), cuộn dây (3) sinh ra một từ trường biến thiên, biến thiên qua mạch từ (1) làm cho mạch từ (1) trở thành nam châm điện, nam châm điện này sinh ra một lực hút và sẽ hút nắp (2) đi về phía mạch từ (1), khi nắp (2) chuyển động làm thanh đẩy (4) đi lên mang theo cơ cấu tiếp điểm, do đó nó làm cho tiếp điểm thường mở ra, tiếp điểm thường mở đóng lại, thực hiện quá trình truyền động điện cho hệ thống.

Một vài kiểu cơ cấu truyền động đóng - ngắt các tiếp điểm — Một vài kiểu cơ cấu truyền động đóng – ngắt các tiếp điểm

Khi ngắt nguồn thì điện áp đặt vào cuộn dây (3) bị mất, không có từ trường sinh ra ở cuộn dây, dẫn đến mạch từ (1) không trở thành nam châm điện lúc này lực hút của mạch từ (1) bị mất, dưới tác dụng của lực lò xo (7) nó sẽ đẩy nắp (2) đi ra xa mạch từ, làm cho thanh đẩy (4) chuyển động đi xuống kéo theo cơ cấu tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu, ngừng quá trình làm việc của hệ thống.

a) Kết cấu; b) Vòng ngắn mạch ở đầu cực lõi từ tĩnh
1 – nắp từ động; 2 – lõi từ tĩnh; 3,7 – vòng ngắn mạch, 4 – trục quay; 5 – cuộn hút điện từ; 6 – cực từ tĩnh

Contactor – DC

Contactor một chiều có mạch từ làm bằng sắt từ mềm và lõi thép ít bị nóng so với contactor xoay chiều. Lõi thép (6) có gá cuộn điện từ (2). Khi được cấp điện, cuộn (2) hút lá thép động (3) nén lò xo (5) và tì tiếp điểm động (7) vào tiếp điểm tĩnh (1), mạch điện được nối thông theo đường: cọc đấu dây (9) – dây dẫn mềm nhiều sợi (10) – tiếp điểm động (7) – tiếp điểm tĩnh (1) – cọc đấu dây (4). Lò xo (8) có tác dụng tăng cường lực ép giữa tiếp điểm động và tĩnh.

1 – tiếp điểm tĩnh; 2 – cuộn điện từ; 3 – lá thép động; 4 – cọc đấu dây; 5 – lò xo; 6 – lõi thép; 7 – tiếp điểm động;
8 – lò xo; 9 – cọc đấu dây; 10 – dây dẫn mềm; 11 – hồ quang

Contactor có dòng lớn cần phải dập hồ quang khi đóng cắt, nhất là khi cắt. Hồ quang (11) phát sinh giữa hai tiếp điểm sẽ làm dòng điện không bị cắt ngay và khi cháy lâu sẽ làm hỏng các tiếp điểm. Yêu cầu là phải làm tắt nhanh hồ quang, hạn chế phạm vi cháy của hồ quang.

1 – tiếp điểm tĩnh; 2 – tiếp điểm động; 3 – cuộn dây thổi từ; 4 – buồng dập hồ quang; 5 – vách ngăn

Hồ quang một chiều và xoay chiều có khác nhau nhưng các bộ phận dập hồ quang ở contactor thường dùng các biện pháp sau đây:

Kéo dài hồ quang bằng cơ khí: Khi hồ quang bị kéo dài thì đường kính thân hồ quang giảm, điện trở hồ quang tăng, dòng hồ quang suy giảm nhanh, dễ tắt.
Tăng tốc chuyển động của tiếp điểm động: Biện pháp này có tác dụng kéo dài hồ quang làm hồ quang tắt mau.
Dùng cuộn dây thổi từ và buồng dập hồ quang: Cuộn dây thổi từ là cuộn dây đồng có vài vòng dây có lõi thép hở hoặc không có lõi thép. Cuộn này mắc nối tiếp với tiếp điểm và đặt ở gần tiếp điểm có hồ quang sao cho từ trường do cuộn dây tạo ra vuông góc với dòng điện hồ quang. Khi tiếp điểm động (2) rời khỏi tiếp điểm tĩnh (1) thì dòng cảm ứng lúc cắt mạch phóng qua không gian giữa hai tiếp điểm và gây hồ quang điện. Dòng điện qua cuộn thổi từ sẽ tạo từ trường hướng ra. Từ trường này tác dụng vào dòng điện hồ quang một từ lực đẩy hồ quang vào các khe ngăn của buồng dập hồ quang.
Tiếp điểm bắc cầu: Với tiếp điểm kiểu này thì khi cắt mạch sẽ có hai hồ quang xuất hiện và hồ quang như được phân chia thành hai, kéo dài gấp đôi. Ngoài ra, hai dòng điện hồ quang là song song ngược chiều nhau nên lực tương tác giữa chúng là lực đẩy, kéo hồ quang về hai phía. Nhờ vậy hồ quang dễ bị dập tắt.