Contactor (công tắc tơ) là gì? Bài viết hay nhất và chi tiết nhất về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, chức năng, tính toán chọn contactor. Một số câu hỏi thường gặp với contactor
1. Công tắc tơ là gì, tại sao phải sử dụng công tắc tơ
1.1 Công tắc tơ hay contactor là gì
Công tắc tơ là một công tắc cơ điện, có chức năng đóng, ngắt sự kết nối giữa nguồn điện với tải. Công tắc tơ được điều khiển bằng điện, dòng điện điều khiển công tắc tơ thấp hơn nhiều so với dòng điện đóng, cắt tải. Công tắc tơ khi kết hợp với rơ le nhiệt được gọi là khởi động từ.
Contactor (công tắc tơ) là gì?
Các ứng dụng của công tắc tơ bao gồm: điều khiển động cơ điện, thiết bị chiếu sáng, tủ tụ bù, hệ thống lò sưởi và các thiết bị khác. Công tắc tơ có nhiều kích thước và công suất, từ vài ampe đến vài chục nghìn ampe, điện áp lên đến vài kV. Ở các công tắc tơ công suất lớn có trang bị hệ thống dập hồ quang để bảo vệ tiếp điểm của công tắc tơ.
>>> Xem thêm: Giá 4 loại contactor 3 pha thông dụng, nơi bán giá cạnh tranh nhất
1.2 Tại sao phải sử dụng công tắc tơ
Công tắc tơ sử dụng điện áp điều khiển thấp để đóng cắt tải với điện áp cao, dòng điện cao. Nên được sử dụng như một bộ khuếch đại công suất.
Giả sử trong trường hợp sử dụng PLC để điều khiển động cơ 3 pha 380V. Ngõ ra của PLC chỉ có thể điều khiển tải 24V – 220V với dòng điện nhỏ, nếu kết nối trực tiếp với tải điện áp cao, dòng điện lớn sẽ dẫn đến hư hỏng ngõ ra. Trong trường hợp này chúng ta sẽ dùng PLC điều khiển contactor đóng cắt động cơ.
Ví dụ ta sử dụng contactor có điện áp điều khiển là 24V. Ở trạng thái bình thường tiếp điểm contactor hở ra. Khi PLC xuất ngỏ ra 24V DC điều khiển contactor đóng tiếp điểm lại, kết nối nguồn 3 pha với động cơ. Như vậy PLC sẽ đóng cắt động cơ gián tiếp, nên ngõ ra PLC sẽ được cách ly với điện áp và dòng tải cao. Hình bên dưới mô tả nguyên lý của ví dụ này.
Nguồn ảnh: Contactor là gì – RealPars
2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của contactor
2.1 Cấu tạo của contactor
Cấu tạo của công tắc tơ gồm 3 thành phần chính là cơ cấu điện từ và hệ thống các tiếp điểm và lớp vỏ bảo vệ.
Cấu tạo của contactor
a. Cơ cấu điện từ
Gồm cuộn dây quấn quanh một lỏi điện từ, khi cấp điện sẽ đóng vai trò như nam chân điện tạo lực hút để đóng tiếp điểm.
+ Cuộn dây có thể có thể được điều khiển bằng điện áp DC hoặc AC. Điện áp này đến từ một mạch điều khiển bên ngoài. Đối với contactor có điện áp định mức cuộn dây là AC thì lõi sắt từ sẽ cấu tạo từ nhiều lá thép để giảm tổn thất do dòng điện xoáy. Đối với contactor DC thì lõi được cấu tạo từ thép đặc.
+ Lõi điện từ này gồm hai phần là phần động và phần tỉnh được nối với nhau qua lò xo. Phần động được nối với thanh tiếp điểm di động. Khi lực cuộn dây lớn hơn lực lò xo thì hai tiếp điểm được kết nối. Ngược lại khi lực hút cuộn dây nhỏ hơn thì hai tiếp điểm không tiếp xúc với nhau.
b. Hệ thống tiếp điểm
Có 2 loại tiếp điểm là tiếp điểm chính và tiếp điểm phụ.
+ Tiếp điểm chính: Có chức năng mang dòng của tải, dòng điện lớn. Tiếp điểm chính ở trạng thái bình thường là trạng thái mở, khi bị tác động chuyển thành thường đóng.
+ Tiếp điểm phụ: Tùy theo loại công tắc tơ mà có 1, 2 hoặc không có tiếp điểm phụ. Tiếp điểm phụ gồm 2 loại là tiếp điểm thường đóng và tiếp điểm thường hở.
Tiếp điểm thường đóng (NC): là tiếp điểm mà ở trạng thái bình thường sẽ ở trạng thái đóng. Khi bị tác động sẽ trở thành trạng thái mở. Khi ngưng tác động (mất điện) lại trở về trạng thái thường đóng.
Tiếp điểm thường hở (NO): là tiếp điểm mà ở trạng thái thường hở sẽ ở trạng thái mở. Khi bị tác động sẽ chuyển sang trạng thái đóng.
c. Vỏ nhựa
Để bảo vệ các phần tử bên trong của contactor khỏi bụi, thời tiết và là lớp cách điện bảo vệ cho người sử dụng.
– Ngoài ra ở một số loại contactor công suất lớn có trang bị thêm hệ thống dập hồ quang. Vì khi contactor đóng cắt dòng điện lớn thì hồ sẽ xuất hiện dòng điện hồ quang rất lớn làm cháy mòn tiếp điểm. Nên yêu cầu dập hồ quang là cần thiết để bảo vệ tiếp điểm hoạt động lâu dài.
2.2 Nguyên lý hoạt động của contactor là gì
Nguyên lý hoạt động của contactor được trình bày như sau:
+ Khi cuộn dây của contactor được cấp nguồn thì cuộn dây ngay lập tức trở thành một nam châm điện, tạo ra lực hút lớn hơn lực lò xo. Lực hút này kéo tiếp điểm di động về phía tiếp điểm tỉnh để tạo thành một mạch kin cho phép dòng điện đi qua. Nhờ vào các bộ phận kết mà các tiếp điểm phụ cũng thay đổi trạng thái từ đóng sang mở và ngược lại.
+ Khi cuộn dây không được cấp điện thì lò xo giãn ra đẩy bộ phận tiếp điểm di động trở về vị trí ban đầu. Tiếp điểm chính của contactor trở về trạng thái mở, đồng thời các tiếp điểm phụ cũng trở về trạng thái ban đầu.
Hình: Nguyên lý hoạt động của contactor là gì
3. Phân loại và ký hiệu công tắc tơ
– Phân loại công tắc tơ: Công tắc tơ được phân loại theo nhiều kiểu khác nhau
+ Phân loại theo loại điện áp: công tắc tơ một chiều và xoay chiều (DC và AC)
+ Theo điện áp cuộn hút: Đối với điện xoay chiều: công tắc tơ 220V, 380V. Đối với điện áp một chiều: công tắc tơ 24V, 48V.
+ Phân loại theo dòng điện làm việc: công tắc tơ 9A, 12A, 18A …
+ Phân loại theo nguyên lý truyền động: công tắc tơ điều khiển từ, kiểu thủy lực …
+ Theo số cực của tiếp điểm chính: công tắc tơ 1P, 2P, 3P, 4P trong đó công tắc tơ 3 cực được sử dụng phổ biến, thông dụng nhất trong công nghiệp.
Ảnh minh họa phân loại công tắc tơ theo số cực
– Các ký hiệu của công tắc tơ trong bản vẽ điện
4. Một số đặc tính của contactor
– Điện áp định mức
Điện áp định mức của công tắc tơ Uđm là điện áp đặt vào hai đầu cuộn dây của nam châm điện. Cuộn dây sẽ làm việc bình thường với mức điện áp trong khoảng giới hạn 85 – 105% Uđm.
+ Điện áp thấp hơn điện áp định mức sẽ dẫn đến lực hút điện từ không lớn hơn lực lò xo hoặc dẫn đến tiếp điểm không đóng không chặt.
+ Điện áp cao hơn điện áp định mức có thể làm cháy cuộn dây.
– Dòng điện làm việc định mức
Dòng điện định mức Iđm là dòng điện cho phép đi qua tiếp điểm contactor, và người ta đo được ở giá trị Iđm contactor không nên hoạt động liên tục không quá 8h.
Nếu công tắc tơ đặt trong môi trường làm mát kém sẽ giảm khả năng chịu dòng, nên cần áp dụng các biện pháp làm mát để đảm bảo công suất. Hoặc có thể chọn dòng hoạt động công tắc tơ lớn hơn 10% để đảm bảo hoạt động ổn định.
– Khả năng đóng cắt của công tắc tơ
Khi động cơ khởi động, dòng điện khởi động cơ hơn gấp nhiều lần so với dòng điện định mức của động cơ. Nên công tắc tơ phải có khả năng đóng từ 5-7 lần Iđm.
Khả năng cắt tải của công tắc tơ cao đến 10 lần dòng điện định mức với các phụ tải điện cảm.
– Tần số đóng cắt
Công tắc tơ bị giới hạn về tần số đóng cắt, do sử dụng tiếp điểm cơ khí nếu đóng cắt quá nhanh thì sẽ không đáp ứng kịp. Số lần đóng mở của công tắc tơ trong một giờ có các cấp: 30, 100, 120, 150, 300 …
– Tính ổn định lực điện động
Tiếp điểm chính của công tắc tơ cho phép một dòng điện lớn đi qua (khoảng 10 lần Iđm) mà lực điện động không làm biến dạng tiếp điểm. Công tắc tơ được sản xuất với tiêu chuẩn lực điện động đạt yêu cầu, nên thông thường khi chọn công tắc tơ thì không cần quan tâm đến thông số này.
– Tính ổn định nhiệt
Công tắc tơ có tính ổn định nhiệt, khi xuất hiện dòng điện ngắn mạch trong thời gian cho phép các tiếp điểm không bị nóng chảy và hàn dính lại. Trong khoảng thời gian ngắn công tắc tơ sẽ được bảo vệ bởi CB chống ngắn mạch.
– Tuổi thọ của công tắc tơ
Tuổi thọ của công tắc tơ được tính là số lần đóng cắt khi có tải, công tắc tơ thường có số lần đóng cắt lên đến 10 triệu lần. Nếu quá số lần đóng cắt thì công tắc tơ sẽ bị hỏng cần thay thế.
5. Chức năng của contactor là gì
Ưu điểm của contactor là nhỏ gọn, dễ điều khiển, giá thành rẻ nhưng hoạt động rất ổn định, đóng cắt nhanh, độ bền cao. Với nguyên lý điều khiển bằng điện từ nên dễ dàng kết hợp với các giải pháp điều khiển tự động, điều khiển từ xa.
+ Contactor được sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp dùng để điều khiển đóng, cắt động cơ 3 pha. Ngày nay các quy trình tự động hóa ngày càng phức tạp nên contactor càng thể hiện được vai trò của mình trong ứng dụng tự động.
Động cơ được khởi động bằng khởi động từ được gọi là khởi động trực tiếp. Nhược điểm của khởi động bằng khởi động từ là dòng khởi động của động cơ lớn.
+ Công tắc tơ còn được sử dụng để điều khiển trung tâm các hệ thống chiếu sáng lớn, chẳng hạn như tòa nhà văn phòng. Có thể dùng các vi điều khiển hay thiết bị tự động điều khiển đèn sáng theo thời gian lập trình sẵn.
Trong một số trường hợp để giảm tiêu thụ điện năng trong các cuộn dây công tắc tơ, người ta sẽ ngắt điện khỏi cuộn dây sau khi đóng. Bằng cách sử dụng công tắc tơ chốt có hai cuộn dây hoạt động. Một cuộn dây chính khi cấp điện sẽ đóng các tiếp điểm, sau đó được giữ lại bằng cơ học và cuộn thứ hai dùng để mở các tiếp điểm.
+ Điều khiển tụ bù: đóng cắt các tụ bù vào lưới điện để bù công suất phản kháng. Công tắc tơ 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.
6. Ví dụ về sơ đồ đấu dây khởi động từ
Mạch bên dưới là ví dụ về dùng khởi động từ điều khiển động cơ 3 pha đơn giản nhất.
+ Ở mạch động lực kết nối ngõ vào của công tắc chính là L1, L2, L3 vào 3 pha của nguồn điện. Rơ le nhiệt được thiết kế kết nối với contactor bằng ốc không cần nối dây. 3 chân ngõ ra của rơ le nhiệt được nối với động cơ.
+ Ở mạch điều khiển: Một công tắc 2 vị trí nối tiếp với cuộn dây (A1, A2) và thường đóng của rơ le nhiệt.
Sơ đồ đấu dây công tắc tơ đơn giản
– Nguyên lý hoạt động của mạch:
+ Khi công tắc chuyển từ thường hở sang đóng sẽ tạo thành một mạch kín, cuộn dây lúc này được cấp điện nên contactor hút.
+ Khi công tắc chuyển từ đóng sang mở thì mạch hở, cuộn dây bị ngắt điện nên công tắc tơ trở về trạng thái ban đầu là không dẫn điện.
+ Trong trường hợp động cơ hoạt động quá tải, trong một thời gian ngắn rơ le nhiệt sẽ tác động, làm chuyển đổi trạng thái các tiếp điểm của nó. Tiếp điểm thường đóng của rơ le nhiệt mở ra ngắt điện cuộn dây, làm cho tiếp điểm công tắc tơ mở ra.
Video tham khảo sơ đồ đấu dây dùng 2 nút nhấn
7. Một số câu hỏi về contactor
7.1 Sự khác nhau giữa công tắc tơ AC và DC là gì?
Một số điểm khác nhau giữa công tắc tơ AC và DC:
+ Contactor DC sử dụng điện áp một chiều điện áp nhỏ 24V, 48V nên việc sử dụng an toàn cho người lắp đặt, sửa chửa. Trong khi đó contactactor AC sử dụng điện áp 220V, 380V AC.
+ Lõi điện từ của contactor AC cấu tạo từ các lá thép để hạn chế tổn hao từ dòng điện fuco. Còn ở contactor DC sử dụng khối thép mềm.
+ Lõi điện từ của contactor AC thường có hình chữ E, trong khi đó ở contactor DC thường có hình chữ U.
+ Ở công tắc tơ AC đi kèm theo một vòng ngắn mạch ở cuối lõi tĩnh, để giúp loại bỏ rung động và nhiễu từ cuộn dây nam châm điện.
+ Công tắc tơ AC có dòng khởi động cao với tần số hoạt động tối đa là 600 lần/giờ. Contactor DC với tần số tối đa là 1200 lần/giờ.
7.2 Công tắc tơ và rơ le có gì khác nhau?
Nếu ai đã biết đến công tắc tơ chắc hẳn cũng biết đến một loại khí cụ có nguyên lý và chức năng tương tự là rơ le. Điều này có nghĩa là rơ le cũng bao gồm cuộn dây và tiếp điểm, khi cuộn dây được cấp điện thì tiếp điểm thay đổi trạng thái.
Tuy nhiên không thể thay thế rơ le cho công tắc tơ vì một số lý do sau đây:
+ Khả năng chịu tải: Relay thường được thiết kế với khả năng mang tải nhỏ hơn 10A. Trong khi đó công tắc tơ sử dụng cho tải lên đến vài ngàn Ampe.
+ Tiếp điểm phụ: Công tắc tơ luôn được thiết kế kèm theo các tiếp điểm phụ dùng trong mạch điều khiển, để điều khiển chính nó hoặc điều khiển các đèn báo.
+ Hệ thống dập hồ quang: Ở các công tắc tơ công suất lớn có trang bị hệ thống triệt tiêu hồ quang. Rơ le được sử dụng cho tải vừa và nhỏ, nên việc dập hồ quang không được quan tâm hơn. Việc dập hồ quang cho rơ le có thể được thêm vào trên mạch điện bằng cách linh kiện đơn giản và tụ điện và điện trở.
+ Chức năng bảo vệ quá tải: Khi điều khiển động cơ 3 pha, đi kèm công tắc tơ người ta thường kết hợp với rơ le nhiệt (đuôi nhiệt). Mục đích là khi động cơ bị quá tải thì rơ le nhiệt tác động đến công tắc tơ ngắt điện khỏi động cơ.
7.3 Cách kiểm tra contactor sống hay chết như thế nào?
Trong quá trình sử dụng không thể tránh những hư hỏng khiến mạch điện hoạt động không đúng. Do đó việc hiểu để kiểm tra contactor là cần thiết.
Cách kiểm tra contactor
– Kiểm tra contactor bằng mắt thường: Contactor bình thường thì có thể dễ dàng dùng tay ấn vào mặt hút sâu vào bên trong, khi buông tay ra sẽ tự động trả về vị trí ban đầu. Việc kiểm tra này chỉ phát được khi một số contactor hỏng, muốn biết được contactor còn sử dụng được hay không phải đo bằng đồng hồ VOM.
– Kiểm tra bằng đồng hồ VOM
+ Kiểm tra cuộn dây: Chỉnh đồng hồ về thanh đo điện trở, khi cuộn dây không bị đứt hoặc ngắn mạch kim đồng hồ sẽ chỉ giá trị điện trở từ vài trăm đến vài ngàn Ohm.
+ Đo hoạt động của tiếp điểm: ở trạng thái bình thường đo điện trở từng cặp tiếp điểm chính (ví dụ L1, T1) thì kim sẽ không lên. Khi dùng tay ấn mặt hút xuống thì VOM chỉ 0 Ohm.
Tương tự cho tiếp điểm phụ, nhưng đối với tiếp điểm thường đóng thì ở trạng thái bình thường kim chỉ 0 Ohm, khi ấn mặt hút xuống thì không lên kim.
Video tham khảo các kiểm tra công tắc tơ
7.4 Cách tính chọn khởi động từ
Giả sử contactor điều khiển đóng cắt động cơ có công suất 6kW, điện áp 380V, cosφ chọn bằng 0.85. Lựa chọn khởi động từ sẽ bao gồm việc chọn contactor và rơ le nhiệt.
Đầu tiên ta sẽ tính định mức của động cơ dựa theo công suất:
P = √3.UICosφ
<=> Iđm = P/(√3.UCosφ)
<=> Iđm = 6/(√3x380x085)
<=> Iđm = 10.8A
– Tính toán chọn contactor
=> Dòng định mức của contactor: IMC = (1.2 – 1.5).Iđm
=> IMC = 1.5 x Iđm = 16A
Một cách tương đối ta có thể tính nhanh dòng định mức của contactor bằng công thức:
IMC = 3P
=> IMC = 3 x 6 = 18A
Khi đó ta có thể chọn contactor có dòng định mức là 18A
– Chọn rơ le nhiệt
Rơ le nhiệt cho phép điều chỉnh dòng tác động trong một khoảng nhất định. Việc điều chỉnh dòng bằng núm chỉnh trực tiếp trên rơ le nhiệt.
Đối với động cơ trong trường hợp này ta sẽ chọn rơ le nhiệt 16 – 22A
Trong trường hợp nếu động cơ đã bị mất thông số thì ta có thể dùng ampe kìm để đo dòng điện lúc cấp điện cho động cơ quay. Lúc này rơ le nhiệt sẽ chọn bằng với đòng đo được cộng thêm 10% (hay 1.1 lần)
>>> Xem thêm
Giá 4 loại contactor 3 pha thông dụng, giá rẻ nhất – chi tiết về từng loại
TOP 4 loại contactor 1 pha bán chạy nhất – thông số, đặc tính, sơ đồ đấu dây