Kontaktör Nedir ve Nasıl Çalışır?
Yaşamımızı idare edebilmemiz için elektrik enerjisi insanoğlu için artık vazgeçilmez bir enerji türüdür. En yalın tabiriyle daire kapımızın zili çaldığında elektrik enerjisi yardımıyla kapıyı otomatik olarak bir düğme ile açabiliyoruz. Hele ki yaşadığımız yer 20 katlı bir apartman dairesi ise bu basit ama çok işlevsel olan uzaktan kapı açmanın hayatımızı ne kadar kolaylaştırdığı yadsınamaz bir gerçek. Bunun gibi daha birçok örnek verilebilir. Örneğin evimizdeki aydınlatma ekipmanlarının basit bir elektrik anahtarı yardımıyla enerjilendirilmesi veya bir elektrik motorunun bir kontaktör veya başka bir anahtarlama elemanı üzerinden enerjilendirilmesi vb.
Bilindiği gibi her elektriksel yükün ihtiyaç duyulduğunda çalışabilmesi için enerjilendirilmesi ve ihtiyaç ortadan kalktığında ise enerjisinin kesilmesi gerekmektedir. Bunu yapabilmemiz içinde kullandığımız elektromekanik elemanlardan bir tanesi de kontaktörlerdir. Kontaktörler, tıpkı röleler gibi bir elektromıknatısa ve bu elektromıknatısa bağlı mekanik kontaklardan oluşmuştur. Rölelerden en büyük farkı daha yüksek akım taşıyabilmeleri ve böylece daha yüksek güçlü elektriksel yükleri enerjilendirebilmeleridir. Teknik özelliklere geçmeden önce rölenin tarihçesini birlikte inceleyelim.
Rölenin İcadı
Röle ilk olarak elektrokimyasal bir telgrafın parçası olarak 1809 yılında Samuel Thomas von Sömmerring tarafından icat edilmiş ve kullanılmıştır. Ancak rölenin resmi olarak patentlenmesi 1840 yılında Samuel Morse tarafından yapılan telgraf ile gerçekleşmiştir. 27 Nisan 1791 tarihinde dünyaya gelen Samuel Morse, Amerikalı bir mucittir. Günümüzde Mors Alfabesi olarak bilinen sinyal sisteminin mucidi olarak da bilinen Samuel Morse, 2 Nisan 1872 tarihinde 80 yaşındayken yaşamını yitirmiştir. 1809 yılında Samuel Thomas von Sömmering tarafından yapılan ilk röle elektrolitik özelliğe sahiptir ve iyonların hareketiyle birlikte elektriksel iletkenlik özelliği kazanarak telgrafın çeşitli parçalarını harekete geçirmek üzere tasarlanmıştır.
Röle kelimesinin kökeni Fransızcaya dayanır. Fransızca “relayer” kelimesinden türetilmiş olan röle kelimesi anlam bakımından “yorulan bir atı veya av köpeğini değiştirmek” anlamını taşır. Röle çeşitli durumlarda bazı parçaları harekete geçirmek için kullanıldığından, elektriksel cihazlarda kullanılan bu parçaya bu isim verilmiştir. 1800’lü yılların başından beri röle kelimesi elektrik dünyasında yer almaktadır.
Rölenin özellikleri aşağıdaki gibi sıralanabilir:
- Duruma göre iletken veya yalıtkan hale gelebilir.
- Manyetik alan yaratabilir.
- Elektrik akımıyla çalışır.
- Farklı parçaları devreye sokabilir veya devreden çıkartabilir.
- Aracı bir rolü vardır.
- Çeşitli koşulları denetler.
- Değişen koşullarda değişen özelliklerde davranabilir.
Rölenin Çalışma Prensibi
Röle bobininde iki adet uç yer alır. Bu uçlar çeşitli yöntemlerle elektriğe bağlıdır. Elektrik akımı verildiği zaman röle bobini üzerinden akım geçer ve bu akıma bağlı olarak bir manyetik alan ortaya çıkar. Bu manyetik alan röle içindeki çeşitli parçalara mıknatıslık özelliği kazandırır. Bu mıknatıslık özelliği ile röle içerisinde bulunan yay çekilir. Bu durum açık kontakların kapanmasına, kapalı kontakların ise açılmasına neden olur. Yani anahtar sistemi değiştirilir. Elektrik akımı bobin uçlarına verildiği sürece yayın konumu çekili vaziyette duracağından anahtarların konumu da sabit kalır. Elektrik akımının kesilmesiyle birlikte yay eski haline döner ve anahtarlar da eski haline gelmiş olur.
Kontaktörün Detaylı İncelenmesi
Yukarıda röle için bahsedilen her şey kontaktör için de geçerlidir. Yazımızın başında da bahsetmiş olduğumuz gibi kontaktör ve röle arasındaki en büyük farklardan bir tanesi kontaktörün röleye göre daha büyük akım taşıma kapasitesine sahip olmasıdır. Bunun yanı sıra diğer en büyük farklardan biri kontaktörlerin belirli kullanım sınıflarının olmasıdır. Bu kullanım sınıflarına yazımızın ilerleyen bölümlerinde değineceğiz ama şimdi kontaktörün içyapısına biraz daha yakından bakalım.
Kontaktörün Yapısı
Bir kontaktörün yapısında bulunan temel elamanlar; demir nüve, bobin, palet ve kontaklardır.
Demir Nüve: Alternatif akım kontaktörlerinde ince – saçlardan yapılır, doğru akım kontaktörlerinde tek parçalı yumuşak demirden imal edilir. A.C kontaktörlerinde nüvenin ön yüzüne oyuklar açılır ve bu oyuklara bakır halkalar yerleştirilir. Bu halkalar hem gürültü ve titreşimi önler hem de akımın sıfır olduğu durumda nüvenin bırakılmasına engeller. D.C kontaktörlerinde ise bobinin enerjiden kesildiği anda paleti hemen bırakması için plastik pullar yerleştirilir.
Bobin: Üzerinden akım geçmesiyle nüveye manyetik özellik katar. Sarım sayısı çalışma gerilimine göre değişir.
Kontaklar: Normalde açık (NO) ve normalde kapalı (NC) olmak üzere iki çeşittirler.
Bunlar ana ve yardımcı kontaklar olarak da adlandırılırlar. Palet üzerine yerleştirilen kontaktörlerin bir kısmı başlangıçta açık veya kapalıdırlar. Bobinin enerjilenmesiyle kontaktörler durum değiştirirler. Ana kontaklar (güç kontakları veya normalde açık kontaklar) genelde motor vb. yapıları çalıştırmak için kullanılırlar. Bu yüzden yapıları daha büyüktür. Kumanda kontaklarıysa (yardımcı veya normalde kapalı kontaktarlar) ısı kontrol rölesi, zaman rölesi, termik aşırı akım rölesi gibi devrelerin kontrolünde kullanılır ve yapıları küçüktür. Buradan çıkarabileceğimiz gibi ana kontaklar yük akımını, yardımcı kontaklar kumanda akımını taşırlar.
Kontaktör Seçerken Nelere Dikkat Edilmeli?
Bir elektriksel yükü anahtarlarken kullanacağımız kontaktörü seçerken dikkat etmemiz gereken bazı özellikler vardır. Yükün karakteristiğine uygun şekilde kontaktör seçilmezse istenmeyen durumlarla karşılaşılabilir. Bir yükü anahtarlamak için kontaktör seçimi yapılırken aşağıdaki özellikler göz önünde bulundurulmalıdır:
- Kontakların açıp kapama ömrü
- İşletme akımı (le)
- İşletme gerilimi (Ue)
- Kesilebilecek akım (lc)
- Bobin gerilimi
- Çalışma türü
- Kullanma sınıfı
Bu özelliklerden işletme akımı, işletme gerilimi, kesilebilecek akım, bobin gerilimi ne kadar hayati öneme sahip ise kullanım sınıfı da en az onlar kadar hayati öneme sahiptir. Kontaktörlerin IEC 60947-4-1 standardında belirtilen kullanım sınıfları aşağıda özetlenmiştir. Aşağıdaki tablo sadece alternatif akım kontaktörleri için verilmiştir.
Tabloda özellikle bahsetmek istediğimiz iki tür kontaktör bulunmaktadır. Tablodan da anlaşılacağı üzere AC-3 sınıfı kontaktörler sincap kafesli asenkron motorlara yol vermede veya durdurmada kullanılırken, AC-6b sınıfı kontaktörler ise kondansatör gruplarının anahtarlanmasında kullanılır. Aşağıda AC-3 ve AC-6b sınıfına ait kontaktörlere ait örnek resimler görebilirsiniz.
Resimlerde de görüldüğü gibi her iki kontaktörde yapısal olarak birbirinden farklıdır. AC6-b kontaktörlerde, AC-3 kontaktörlerden farklı olarak bir ön direnç bloğu bulunur. Kondansatörler ile ilgili olan yazımızda kondansatörün zaman domeninde analizini gerçekleştirirken aşağıdaki formülü vermiştik.
Bu formülü açıklarken de ikinci maddede şöyle demiştik: “Matematiksel formülden anlaşıldığı gibi kondansatör uçlarındaki gerilim değişimi çok hızlı olursa kondansatör akımının çok büyük değerler alacağı açıktır. Bu duruma elektrik mühendisliğinin uygulama sahasında darbe akımı adı verilmektedir. Bir kondansatöre enerji verildiği ilk zamanda uçları arasındaki gerilim çok kısa bir süre içerisinde kaynak gerilimine eşit olacaktır. Bu da gerilimin zamana bağlı olan değişimini maksimuma götüreceği için kondansatörden muazzam büyüklükte bir akım akmasına neden olur.”
İşte bu formül ve açıklama gereğince AC-6b kontaktörlerindeki ön direnç bloğu kondansatörün devreye girdiği anda çekmiş olduğu inrush akımını sınırlama görevini yerine getirmektedir. Buradan anlaşılacağı üzere kondansatör gruplarını anahtarlarken AC-3 sınıfı kontaktörler değil AC-6b sınıfı kompanzasyon kontaktörleri kullanılmalıdır. Eğer AC-3 sınıfı kontaktörler kondansatör gruplarının anahtarlanmasında kullanılırsa kısa bir süre sonra deforme olacaklardır.
Çalışma Prensipleri Açısından Kontaktörler
Mekanik kontaktörlerde, kontakları kontrol eden bir bobin bulunur. Açma ve kapama işlemleri bu bobinler sayesinde sağlanmaktadır. Şebekeden beslenen bu bobinler, devreye paralel olarak bağlanır. Bobinler üzerinde oluşan enerji ile manyetik bir enerji oluşturur ve kontaklara etki eder. Kontaktör bobini uygulanan gerilim ile mıknatıs özelliği oluşturur. Bu özellik kontakların hareketini sağlar. Normalde açık olan kontaklar kapanırken, normalde kapalı olan kontaklar ise kapanır. Böylece kontaktör, anahtarlama elemanı olarak sistemlerde çalışabilmektedir. Kontaktörün uzaktan kontrolü de bobine uygulanan gerilim sayesinde gerçekleştirilebilmektedir.
Elektronik kontaktörler, açma kapama işlemlerinde mekaniksel hareketler gerçekleştirmemektedir. Tristör kontrollü olarak devrelerde anahtarlama yapılır. Tristör, belli bir gerilimin üzerinde elektrik akımını ileten elemanlardır. Gerilim değeri ihtiyacın altına düştüğünde ise devre tristör tarafından kesilmektedir. Bu sayede tristör üzerinde yer alan gerilim ayarlanarak tetikleme yapılabilmekte ve bu sayede devre kontrolü sağlanabilmektedir. Elektronik kontaktörlerde, mekanik kontaktöre göre çok daha hızlı açma ve kapama yapılabilmektedir. Bunun yanı sıra elektriksel sinyallerle kontrol kolaylığı sağlanabilir.
Vakum kontaktörler ise, kordansatör anahtarla tekniği kullanılarak devreler açma ve kapama işlemini gerçekleştirir. Kapasitör ya da kondansatör anahtarlama ile kontakların açılması ve kapanması havasız ortamda gerçekleştirilir.
DC Yüklerin Kumandasında Kontaktör Seçimi
DC yüklerin anahtarlamasında, arkın döndürülmesi AC anahtarlamaya göre çok daha güçtür. Bu sebeple kumanda edilecek devrelerin özeliklerinin yanı sıra L/R zaman sabiti de önem kazanır. Bunun yanı sıra DC devleri kumanda edilecek kontaktörlerin kutupları seri şekilde bağlanmalıdır.
Tüm bu yazılanları özetleyecek olursak, endüstride kontaktörlerin kullanımı elektriksel yüklerin anahtarlaması dolayısıyla vazgeçilmezdir. Kontaktörler çok basit yapılara sahip elektromekanik ürünler olsalar da yük karakteristiğine ve kullanım sınıfına göre uygun seçilmezler ise sorunların baş kaynağı olabilirler. Bundan dolayı herhangi bir elektriksel ekipman boyutlandırması yapılırken bakılması gereken en önemli etkenlerin başında elektrik yükün karakteristik özellikleridir. Yükün karakteristiğine uygun şekilde seçilmiş kaliteli bir kontaktör uzun yıllar boyunca sorunsuz bir şekilde çalışıp görevini en iyi şekilde yerine getirecektir.
Türkiye’nin ilk ve tek yapay zekâ destekli yazılımı Apollo IoT olarak sizin için buradayız! Apollo ile elektrik faturalarının kontrolü, optimizasyonu ve tahminlemesini yapabilir, enerji tüketiminizin 360 derece takibini sağlayabilirsiniz!
Apollo platformuyla hiçbir altyapı kurulumu maliyeti olmadan enerjinizi yönetme imkânı sunuyoruz. Sistemden otomatik olarak veya modem yoluyla aldığımız verilerle, fatura kontrolünüzü yapıyoruz. Aynı zamanda enerji yönetiminizi de doğru planlamanıza destek oluyoruz. Düzenli yeniliklerle firma ihtiyacınıza yönelik çözümler üretip portalı güncelliyoruz. Ham madde maliyetlerinin takibini yapabiliyoruz ve enerji tüketiminizi azaltıyoruz. Böylece, sürdürülebilir geleceğe öncülük etmenize destek olmanın mutluluğunu yaşıyoruz.
Enerji verimliliğinizi artırmak ve sürdürülebilir adımlar atmak için siz de Apollo’yu şimdi deneyin!
Bu konular da ilginizi çekebilir:
