ความรู้พื้นฐานของคอนแทคเตอร์มอเตอร์และการใช้งาน

การใช้งาน เช่น การทำความร้อน การระบายอากาศ และการปรับอากาศ (HVAC) คอมเพรสเซอร์ ปั๊ม การจัดการวัสดุ และบรรจุภัณฑ์ จำเป็นต้องมีการติดตั้งและควบคุมมอเตอร์ขนาดใหญ่ที่ทำงานโดยใช้แรงดันและกระแสไฟฟ้าสูงอย่างปลอดภัย การควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้าขนาดใหญ่เหล่านี้เป็นปัญหาสำหรับนักออกแบบที่จะต้องจัดให้มีการแยกที่เพียงพอระหว่างมอเตอร์และวงจรควบคุม นอกจากนี้ แรงดันและกระแสไฟฟ้าที่มีค่าสูงยังสามารถสร้างคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชั่วคราวได้อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งอาจทำให้ระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์เสียหายได้

รีเลย์แม่เหล็กไฟฟ้าให้การควบคุมระยะไกลพร้อมการแยกแต่ก็มีข้อจำกัดในตัวเอง การเชื่อมต่อและตัดการเชื่อมต่อพลังงานกับมอเตอร์กำลังสูงทำให้เกิดอาร์คไฟฟ้า ซึ่งทำให้หน้าสัมผัสรีเลย์สึกหรอ ทำให้อายุการใช้งานหน้าสัมผัสลดลง

ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้โดยการใช้คอนแทคเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้าที่เป็นรีเลย์คลาสพิเศษสำหรับควบคุมมอเตอร์ นอกจากโครงสร้างที่แข็งแรงกว่าและหน้าสัมผัสที่ใหญ่กว่าและแข็งแรงกว่ารีเลย์ทั่วไปแล้ว ยังมีการใช้เทคนิคการดับอาร์คที่ใช้วัสดุพิเศษและการปิดและเปิดหน้าสัมผัสที่เร็วขึ้น

บทความนี้จะกล่าวถึงความรู้พื้นฐานของคอนแทคเตอร์มอเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้าและข้อดีเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการควบคุมมอเตอร์แบบอื่น ๆ จากนั้นจะกล่าวถึงวิธีการเลือกและนำไปใช้โดยใช้ตัวอย่างการใช้งานจริงจาก Schneider Electric Easy TeSys family

วิธีการทำงานของคอนแทคเตอร์

คอนแทคเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าที่สร้างขึ้นบนแกน 'E' โดยขดลวดที่แยกด้วยไฟฟ้าจะพันรอบศูนย์กลางของขาแกนกลาง ขดลวดถูกกระตุ้นโดยแหล่งจ่ายแรงดันควบคุม ซึ่งอาจเป็น AC หรือ DC เมื่อขดลวดได้รับพลังงาน แรงแม่เหล็กไฟฟ้าจะดึงแกนอาร์เมเจอร์ที่ปลายเปิดของแกน (รูปที่ 1)

รูปที่ 1: แผนภาพการทำงานแบบง่ายของคอนแทคเตอร์ที่แสดงทั้งในสถานะที่ไม่มีพลังงานและพลังงาน (แหล่งที่มาภาพ: Art Pini)

หน้าสัมผัสทางไฟฟ้าเชื่อมต่อกับอาร์เมเจอร์ทางกล การจัดการหน้าสัมผัสจะแตกต่างกันไปตามรุ่นของคอนแทคเตอร์: อาจเป็นแบบปกติเปิด (NO) หรือผสมระหว่างปกติเปิดและปกติปิด (NC) อาจมีหน้าสัมผัสที่แยกจากกันหลายชุด ตัวอย่างเช่น คอนแทคเตอร์ 3 เฟสจะมีหน้าสัมผัสไฟฟ้าสามชุดสำหรับแต่ละเฟส เมื่อดึงอาร์เมเจอร์เข้ามา หน้าสัมผัส NC จะเปิดขึ้น และหน้าสัมผัส NO จะปิดลง นอกจากนี้ คอนแทคเตอร์หลายตัวยังมีชุดหน้าสัมผัสเสริมพลังงานต่ำที่ใช้ตรวจสอบสถานะของคอนแทคเตอร์ ทั้งในสถานะที่ไม่มีพลังงานและพลังงาน

วัสดุหน้าสัมผัสถูกเลือกให้มีความแข็งแรงสูง นำไฟฟ้าได้ดีเยี่ยม และทนทานต่อผลกระทบของการเกิดอาร์คและออกซิเดชั่น รูปทรงของหน้าสัมผัสได้รับการออกแบบมาเพื่อจัดการกับระดับพลังงานที่ต้องการและป้องกันการเกิดอาร์ค

ส่วนประกอบทั้งหมดของคอนแทคเตอร์อยู่ในโครงหุ้ม ซึ่งเป็นฉนวนป้องกันทางไฟฟ้าของหน้าสัมผัสในขณะที่ให้วิธีการง่าย ๆ ในการเชื่อมต่อสายไฟ โหลด และขดลวด โครงหุ้มยังรองรับการติดตั้งซึ่งอาจอยู่ในรูปแบบของการติดตั้งแผงหรือราง DIN (รูปที่ 2)

รูปที่ 2: ตัวอย่างของโครงหุ้มคอนแทคเตอร์ทั่วไป ตัวยึดแผง (ซ้าย) และตัวยึดราง DIN (ขวา) (แหล่งที่มาภาพ: Schneider Electric)

คอนแทคเตอร์ Schneider Electric Easy TeSys (ซีรีส์ DPE) อยู่ในโครงหุ้มขนาดกะทัดรัดที่มีความกว้างเพียง 45 มิลลิเมตร (มม.) และสามารถติดตั้งเข้ากับแผงหรือราง DIN ได้ โครงหุ้มมีระดับการป้องกันที่ IP20 ซึ่งบ่งชี้ถึงการป้องกันนิ้วมือ คอนแทคเตอร์ทั้งหมดในซีรีส์ประกอบด้วยหน้าสัมผัสเสริมแบบปกติเปิด คอนแทคเตอร์ 3 เฟสซีรีส์นี้ได้รับการอนุมัติจาก UL/CSA ด้วยพิกัดสูงสุด 32 แอมแปร์ 20 แรงม้าที่ 480 โวลต์ AC (HP/480 VAC) และ 25 HP/600 VAC พร้อมแรงดันไฟฟ้ากระตุ้นคอยล์ควบคุมที่หลากหลาย (ตารางที่ 1)

ตารางที่ 1: ตัวอย่างที่เลือกจากชุดคอนแทคเตอร์ DPE ของ Schneider Electric Easy TeSys แสดงช่วงของกระแสไฟทำงานและการเลือกแรงดันคอยล์ควบคุม (แหล่งที่มาตาราง: Art Pini)

อุปกรณ์เหล่านี้มีอายุการใช้งานไฟฟ้าประมาณ 1 ล้านครั้ง คอนแทคเตอร์ Easy TeSys เหมาะสำหรับการใช้งานที่อธิบายไว้ในประเภทการใช้งานที่ระบุในมาตรฐาน IEC 60947 พิกัดกระแสไฟฟ้าของคอนแทคเตอร์แต่ละตัวขึ้นอยู่กับหมวดหมู่การใช้งาน ตัวอย่างเช่น หมวดหมู่ AC-1 อธิบายการใช้งานแบบโหลดไม่เหนี่ยวนำหรือเหนี่ยวนำเพียงเล็กน้อย เช่น เตาเผาแบบใช้ความต้านทาน การใช้งานเหล่านี้มีโหลดตัวต้านทานเป็นหลัก ซึ่งมีปัญหาน้อยกว่าเกี่ยวกับแรงดันและกระแสชั่วคราว

หมวดหมู่ AC-3 ครอบคลุมการใช้งานสำหรับมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอกที่มอเตอร์สตาร์ท และอาจปลดกำลังไฟฟ้าออกเพื่อหยุดมอเตอร์ในบางครั้ง มอเตอร์เป็นอุปกรณ์เหนี่ยวนำและการสตาร์ทและการหยุดการทำงานส่งผลให้เกิดภาวะชั่วคราวแบบเหนี่ยวนำซึ่งทำให้คอนแทคเตอร์มีความเครียดมากขึ้น

การใช้งานในประเภท AC-4 ทำให้เกิดความเครียดบนคอนแทคเตอร์มากขึ้น หมวดหมู่นี้ครอบคลุมมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอกและมอเตอร์ชนิดสลิปริงที่มีการเบรกกระแสย้อนกลับและการสตาร์ท-หยุดมอเตอร์แบบ Jogging หรือ Inching การสตาร์ท-หยุดมอเตอร์แบบ Jogging หรือ Inching คือ "การใช้พลังงานซ้ำๆ อย่างรวดเร็วเพื่อสตาร์ทมอเตอร์จากที่หยุดอยู่เพื่อจุดประสงค์ในการเคลื่อนที่เล็ก ๆ น้อย ๆ ของมอเตอร์" โดยทั่วไปการสตาร์ท-หยุดมอเตอร์แบบ Jogging หมายถึงการสตาร์ทมอเตอร์ด้วยพลังงานไฟฟ้าเป็นจังหวะสั้น ๆ ที่แรงดันไฟฟ้าเต็ม ในทำนองเดียวกันการสตาร์ท-หยุดมอเตอร์แบบ Inching หมายถึงการสตาร์ทมอเตอร์ด้วยพัลส์สั้นของแรงดันไฟฟ้าที่ลดลง การใช้พลังงานหลาย ๆ แบบทำให้เกิดความเครียดสูงสุดบนคอนแทคเตอร์

การจับคู่คอนแทคเตอร์ Easy TeSys DPE เฉพาะกับมอเตอร์หรือการใช้งานในไฟฟ้ากำลังสูงที่คล้ายกันจะขึ้นอยู่กับกระแสที่กำลังจัดการเป็นหลัก แคตตาล็อก Schneider Electric Easy TeSys มีตัวช่วยในการเลือกตามกำลังมอเตอร์ ประเภทการใช้งาน และอายุการใช้งานที่จำเป็น (รูปที่ 3)

รูปที่ 3: คู่มือการเลือกใช้งาน Easy TeSys DPE สำหรับมอเตอร์หมวดหมู่การใช้งาน AC-3 ตามกำลังมอเตอร์และอายุการใช้งานของคอนแทคเตอร์ที่ต้องการ (แหล่งที่มาภาพ: Schneider Electric)

รูปที่ 3 เป็นหนึ่งในสามคู่มือการเลือกใช้งานตามหมวดหมู่การใช้งานของอุปกรณ์ควบคุม สำหรับการใช้งานประเภท AC-3 โดยพื้นฐานแล้วเป็นมอเตอร์ที่อาจหยุดไม่บ่อยนัก เมื่อมอเตอร์หยุดทำงาน กระแสจะเท่ากับกระแสการทำงาน ตัวอย่างเช่น ลองพิจารณาหาคอนแทคเตอร์ DPE ของ Easy TeSys สำหรับมอเตอร์ 3 เฟสขนาด 5.5 กิโลวัตต์ (kW) ที่ทำงานที่ 400 โวลต์ที่มีกระแสไฟฟ้าทำงาน 11 A โดยที่อายุการใช้งานที่ต้องการคือสองล้านรอบ เริ่มต้นจากสายไฟฟ้าแรงสูง 400 โวลต์ ผู้ออกแบบจำเป็นต้องหากำลังไฟฟ้า 5.5 กิโลวัตต์ และจากนั้น ลากขึ้นไปจนกระทั่งตัดกับอายุการใช้งานสองล้านรอบ ตำแหน่งโมเดล DPE ที่ใกล้ที่สุด (สีน้ำเงิน) คือ DPE 18

ตัวอย่างของหมวดหมู่การใช้งาน AC-4 ซึ่งมอเตอร์หยุดและสตาร์ทใหม่บ่อยครั้ง และจะจัดการกับกระแสไฟฟ้าที่มีค่ามากกว่าในกรณีที่เลวร้ายที่สุด พิจารณามอเตอร์ 3 เฟส 5.5 กิโลวัตต์ที่ทำงานที่ 400 โวลต์ที่มีกระแสไฟทำงาน 11 A ในการใช้งาน AC-4 ซึ่งจะหยุดจ่ายพลังงานในขณะที่มอเตอร์หยุดทำงาน อายุการใช้งานที่ต้องการคือ 300,000 ครั้ง

กระแสไฟฟ้าสูงสุดของมอเตอร์นี้เป็นหกเท่าของกระแสไฟฟ้าทำงาน โดยต้องใช้คอนแทคเตอร์ที่มีระดับกระแสไฟฟ้าสูงกว่า (รูปที่ 4)

รูปที่ 4: คู่มือการเลือก Easy TeSys DPE สำหรับหมวดหมู่การใช้งาน AC-4 สังเกตว่ากระแสในกรณีที่เลวร้ายที่สุดอาจมีขนาดใหญ่กว่ามากเนื่องจากมีความเป็นไปได้ที่พลังงานจะถูกดึงออกจากมอเตอร์ในขณะที่หยุดทำงาน (แหล่งที่มาภาพ: Schneider Electric)

ในการค้นหาคอนแทคเตอร์ที่แนะนำ ให้เริ่มด้วยกระแสไฟฟ้าสูงสุดอยู่ที่ 66 A ซึ่งเป็นหกเท่าของกระแสไฟฟ้าที่ใช้งานที่ 11 A ลากขึ้นไปจากแกนกระแสไฟฟ้าจนกระทั่งตัดกับเส้นที่อายุใช้งาน 0.3 ล้านครั้ง ตำแหน่งผลิตภัณฑ์ที่ใกล้ที่สุดคือ DPE32

คอนแทคเตอร์ซีรีส์ Easy TeSys DPE ครอบคลุมรูปแบบตั้งค่าและการใช้งานมอเตอร์ทั่วไป เช่น สายพานลำเลียง เครื่องบรรจุหีบห่อ ปั๊ม คอมเพรสเซอร์ ระบบทำความร้อนและการระบายอากาศ เครื่องปรับอากาศ เครื่องทำความเย็น และอื่นๆ

ตระกูล Easy TeSys ยังมีชุดรีเลย์เสริมโอเวอร์โหลดจากความร้อนที่ออกแบบมาเพื่อป้องกันวงจรไฟฟ้ากระแสสลับและมอเตอร์จากการโอเวอร์โหลด แรงดันเฟสผิดปกติ เวลาสตาร์ทเพิ่ม และสภาวะโรเตอร์ที่หยุดทำงาน รีเลย์เหล่านี้ตรวจสอบกระแสมอเตอร์ และเมื่อกระแสเกินการตั้งค่าขีดจำกัดกระแสไฟฟ้า หน้าสัมผัสจะเปิดและหยุดมอเตอร์ มี 15 รุ่นที่แตกต่างกัน และแต่ละรุ่นมีช่วงของระดับของกระแสทริปที่ตั้งค่าได้แตกต่างกัน รุ่นป้องกันการโอเวอร์โหลดเข้ากันได้กับคอนแทคเตอร์ Easy TeSys ที่เลือก DPE09 ถึง DPE38 พวกเขาเชื่อมต่อโดยตรงกับขั้วด้านล่างของคอนแทคเตอร์ 3 เฟสโดยใช้ขั้วต่อสกรูของคอนแทคเตอร์ การรวมกันมีความกว้างทั่วไป 45 มม. และสามารถติดตั้งบนราง DIN หรือขันสกรูเข้ากับแผงโดยใช้ตัวยึดคอนแทคเตอร์ DPE (รูปที่ 5)

รูปที่ 5: รีเลย์ป้องกันการโอเวอร์โหลดติดตั้งโดยตรงใต้คอนแทคเตอร์ DPE และยึดโดยใช้การต่อแคลมป์สกรูของคอนแทค (แหล่งที่มาภาพ: Schneider Electric)

The Easy TeSys DPER32 รีเลย์โอเวอร์โหลดความร้อน พิกัด 32 A/690 โวลต์ มีช่วงทริปการตั้งค่าความร้อนที่ปรับได้ 23-32 A ทริปปิ้งคลาส 10 (เมื่อโอเวอร์โหลดหกเท่าของระดับที่ตั้งไว้ ตัวป้องกันโอเวอร์โหลดจะตัดการทำงานภายใน 10 วินาที) เพื่อป้องกัน ของมอเตอร์ 3 เฟส พิกัด 15 กิโลวัตต์ที่ 400 โวลต์ เป็นอุปกรณ์ดิฟเฟอเรนเชียลที่มีแรงดันเฟสผิดปกติและการตรวจจับความไม่สมดุลของโหลด มีปุ่มหมุนปรับความร้อน ตัวเลือกการรีเซ็ตด้วยตนเอง/อัตโนมัติ ตัวเลือกการทดสอบสำหรับการจำลองการทริป ปุ่มรีเซ็ตและหยุด ไฟแสดงสถานะ และหน้าสัมผัสเสริมสองชุด (1 NO + 1 NC) สำหรับสัญญาณความผิดปกติ การตั้งค่าของผู้ใช้ได้รับการปกป้องด้วยฝาครอบโปร่งใสที่ล็อคได้ ตระกูลตัวป้องกันโอเวอร์โหลดความร้อนทั้งหมดได้รับการรับรองภายใต้หลายมาตรฐาน รวมถึง IEC, UL และ CUL

สรุป

ผู้ออกแบบการใช้งานมอเตอร์ที่มีแรงดันและกระแสไฟฟ้าทำงานสูงต้องการวิธีที่เชื่อถือได้ในการแยกวงจรควบคุมที่เกี่ยวข้องและปกป้องวงจรดังกล่าวจากรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า คอนแทคเตอร์ DPE แบบสามขั้วของ Easy TeSys ร่วมกับรีเลย์โอเวอร์โหลดความร้อน DPER Easy TeSys ได้รับการออกแบบมาเพื่อสวิตช์และป้องกันกรณีการใช้งานมอเตอร์ทั่วไปส่วนใหญ่ รุ่นต่างๆ ที่หลากหลายที่ครอบคลุมระดับกระแสและแรงดันหลายระดับทำให้ง่ายต่อการกำหนดค่าตามข้อกำหนดของการใช้งานเฉพาะ