30 Nisan 2014 | ÃœRÃœN 69. Sayı (Nisan 2014)

Ozan Gültekin ABB Alçak Gerilim Ürünleri Kontrol Ürünleri Ürün Müdürü ozan.gultekin@tr.abb.com
Kontaktörler, neredeyse elektroteknolojinin başlangıcından bu yana kullanılan elektriksel ekipmanlardır. Yüz yılı aşkın bir süredir alçak gerilim ürünleri üreten ABB, yeni teknoloji kontaktörleri ile elektriksel anahtarlama dünyasına yeni bir soluk getiriyor. Klasik kontaktör anlayışını değiştirecek AF serisi kontaktörler ile elektrik pazarı yepyeni bir ürünle tanışıyor.
Kontaktör, çalışma şekli olarak röleye benzeyen ama daha yüksek akımlarda kullanıma uygun elektrik kontrollü anahtarlama cihazıdır. Kontaktörün diğer bir anahtarlama elemanı olan devre kesiciden farkı, aşırı akım durumunda koruma yapmamasıdır. Genellikle kontaktörler motor yol verme uygulamalarında motoru başlatmak ve durdurmak için kullanılırlar. En yaygın kullanılan kontaktör tipi 3 fazlı sistemlerde kullanıma uygun 3 kutuplu kontaktördür.
Kontaktörler ana devreye kontakları sayesinde bağlanırlar. Bu ana kontakların yanında kesme performansını artırmak için çok sayıda cihazın bulunduğu kesme bölgesi yer almaktadır. Kapalı konumda kontak itme hareketini sağlayan yaylı bir kontak köprüsü ile hareketli kontaklar kontrol edilir. Hareket, bobin ile çevrili bir elektromanyetizma ile sağlanır (Görsel 1).


Ürün tasarımı
ABB’nin büyük güçlü kontaktörlerinde ana devre, kontaktörün arka tarafındadır ve bu özelliği ile rakiplerinden ayrılır. Yaklaşık on yıl önce saha çalışmaları yapılarak geliştirilen bu tasarım ile kontaktör, devre kesici gibi diğer anahtarlama elemanları ile kolayca kombine edilebilir olmuştur. Büyük kesitli saha kablolarının kontaktöre girişi kolaylaştırılmış ve kontaktörün ön yüzünden kumanda kablolarına erişim rahatlatılmıştır. (Görsel 2)



Görsel 2: Ana kontakları arkada olan eski tip kontaktör ve ana kontakları önde olan yeni tip kontaktör


Daha az hammadde
Kontaktörler yüksek akımları anahtarlarken istenmeyen elektriksel arkları meydana gelir. 
Oluşan bu arklar, kontakları aşındırır ve dolayısıyla kontaktörün ömrü kısalır. Klasik olarak kontaktörün kontak yapısını yüksek dozlu gümüş kaplı alaşım oluşturur. Gümüş, pahalı bir element olduğu için kontak hacmini artırmak ve kontak ömrünü uzatmada kullanıma uygun bir çözüm değildir. Buradan yola çıkarak ABB kontak ömrünü uzatmak için aşağıdaki yolları geliştirmiştir. 


- Kontaktör hareketini elektronik bir kontrol devresi ile sağlamak 
- Kontak aşınmasını azaltmak için yazılım geliştirmek
- Daha yüksek kontak gücü sağlayan yeni manyetizmalar tasarlamak
- Arkları güvenli bir şekilde uzaklaştırmak, yeni kesme bölgeleri oluşturmak
- Yüksek kontak dayanımı sağlamak için kontak üretimine odaklanmak.


Kontak kapanması
Kontaklar kapanırken tam anlamıyla kapalı duruma geçmeden küçük, kısa süreli darbeler oluşabilir. Bu kontak darbeleri küçük arklar oluşmasına neden olur. Bu noktadaki akım çok düşük olduğundan kontak darbesi çok da önemli değildir. Daha önemli olan kontak yükselmesidir.



Görsel 3:
3a. Kontak darbesi genellikle düşük akımlarda oluşur ve çok fazla problem oluşturmaz
3b. Kontak yükselmesi yüksek akımlarda oluşur ve yüksek kontak aşınmasına sebep olur



Kontak yükselmesi biraz daha sonra, akım daha da yüksekken olur (Görsel 3). Kontaklar genellikle doğru pozisyondadır fakat yüksek anahtarlama akımı gibi etkenlerle bulundukları pozisyondan ayrılabilirler ve arklar oluşabilir. Ne kadar yüksek akım akarsa aşınma da o kadar fazla olur (Görsel 4).
Kontaktör manyetizmasının kapama etkisiyle oluşan titreşimler de ayrılma gücü ile etkileşerek kontak yükselmesi oluşturabilir. Bu sebeple kontaklar, olası bir ayrılma etkisini önlemek için sıkıca kapalı konumda tutulmalıdır. Bunun için ABB’nin yazılım destekli, özel dizayn edilmiş manyetizmalı elektronik devresi yüksek bir kontak tutuş gücü sağlar. Ayrıca titreşimleri en aza indirgemek için elektronik devre ölçülü ve kontrollü bir kontak hareketi oluşturur. Kapama durumundaki bu etki minimuma indirilmiş olur.



Görsel 4: Kapama sırasındaki kontak yükselmesi-videodan alınmış ekran görüntüsü. Ark kontak malzemesini aşındırır.


Kontak açması
Yüksek akımları keserken (100A’in üzerindeki) ark, kontak aşınmasını azaltmak için gümüş kontaklar üzerinden uzaklaştırılmalıdır. Ayrıca oluşacak aşınma da tüm fazlar üzerinde olabildiğince eşit ölçüde dağıtılmalıdır. Kontaklardaki arkı uzaklaştırmak için geleneksel teknoloji kullanılır. Kontağı saran çelik bir tabaka kullanılarak arkın etkisi yok edilir. Günümüzde simülasyon araçları kullanımıyla tasarımlar artık daha iyi yapılır ve hesaplanır olmuştur. Yeni fikirler yaratılıp bilinen eski kurallar sorgulanıp çürütülmüştür.
Bobin ve manyetizma ile beraber tüm kontrol devresindeki gerilim, ana devredeki gerilim ile aynı iken, anahtarlama anında bu iki ayrı gerilim birbirinden etkileşerek fazların dengesiz yüklenmesine sebebiyet verebilir. Böyle bir durumda daha çok kullanılan kontaktör fazı daha çabuk aşınır ve tüm cihazın ömrü azalır. Bu yüzden yükü fazlar arasında eşit olarak dağıtmak çok önemlidir. ABB yazılım ve elektronik ekipmanları bu etkileşimi minimuma indirir. Uzun süren çalışmalar ile bu yeniliğin patenti alınmıştır.


Kontak malzemesi
Taşınmanın azalması ve kontaktör ömrünün uzaması için kullanılacak kontak malzemesi ve üretim metodu çok önemlidir. Kontak malzemesi olarak geçmişte gümüş ve kadminyum alaşımı kullanılmaktaydı fakat kadminyum kullanımının yasaklanmasından sonra sadece saf gümüş kullanımına geçildi. Gümüş kullanımı da kontakların çabuk aşınmasına neden oldu ve çabuk yapışmasını engelleyemedi. ABB katkı maddeleri ile güçlendirilmiş gümüş ve kalay oksit karışımı kullanarak, gelişmiş üretim tekniği ile kontak aşınması problemini minimuma indirmiştir.


Güvenilirlik
Kalite kontrol süreci, kontaktör üretiminin en önemli süreçlerinden biridir. ABB güvenlik düzeyi yüksek ürünler tasarlamak amacıyla her kontaktörünü ayrıntılı testlere tabi tutar. Özellikle kontrol devresinin kalite kontrolü çok kritiktir.



Görsel 5: Klasik kontrol devresi


Kontrol devresi
Kontaktörün kontrol devresi yaylı bir sistem ile çalışan elektromanyetizmadan oluşur. Manyetizma, bobin üzerinden akan akımla harekete geçer ve iki manyetizma birbirine yaklaşır. Bu hareket iki manyetizmayı kapatır. Dolayısıyla kontaklar da kapanır ve sistemdeki yaylar kontak gücü sağlar. Kontrol akımı kesildiğinde kontaklar açılır, ana akım kesilmiş olur (Görsel 5). Bu temel prensip 100 yılı aşkındır kullanılmaktadır ve henüz yeni bir alternatif geliştirilememiştir. 
Ancak bu metodun da bazı yetersizlikleri vardır:
- Gerilimdeki değişikliklere hassasiyet: Besleme gerilimindeki değişiklikler, bobin akımında değişikliğe sebep olur. Bunun da manyetik kuvvet üzerinde etkisi olur. Bazı durumlarda kontaklar hızlı bir şekilde açma kapama yapar ve cihaz bozulur.
- Çoğu kullanıcı AC kontrol gerilimi kullanır. Özellikle sıfır geçiş noktalarındaki kuvveti kontrol edebilmek için manyetizma büyük ve karmaşık yapılı olmak zorunda kalır.
- Özellikle AC beslemede devrenin güç tüketimi yüksek olur.
- Manyetizma kutuplarındaki yüzey toleransları çok fazladır. Ağır şart kullanımda ölçüler değişebilir ve manyetik kuvvette bozulmalar görülür.


Günümüz modern ve yenilikçi tasarım teknolojisi bu yetersizlikler üzerinde çalışmaktadır.


Kontrol devresindeki yenilikler
ABB’nin yeni seri AF kontaktörleri, gerilim dalgalanmalarından etkilenmeden bobin akımının doğruluğunu sağlayan patent korumalı ve mikroişlemci kontrollü bir kontrol devresine sahiptir. Böylece manyetik akı ve kontak zorlanmaları kontrol edilmiş olur. Ayrıca kontrol devresi, AC gerilimi DC’ye dönüştürür. Bu yolla güç tüketimi azaltılır, daha düzgün bir manyetik kuvvet elde edilir ve sıfır geçişler oluşmaz. Daha küçük, basit ve güvenilir manyetizma kullanılmasına imkân verir. Mekanik ve elektriksel yıpranma minimuma indirilir.
Sıfır geçişler yok edildiğinden ve bobin akımı kontrol edildiğinden bobin üzerinde değişiklikler yapmak daha kolay hale gelmiştir.





Küçük AF kontaktörlerde kutup yüzeylerinin konik şekilli olduğu hareketli piston ile silindirik manyetizma birarada kullanılır (Görsel 6 ve 7). Bu çok kompakt ve düşük güçlü bir uygulamadır. Ayrıca tıpkı bir transistör çıkışı gibi düşük besleme gerektiren çok efektif bir çözümdür. Büyük AF kontaktörlerde T ve U şekilli hareketli manyetizmalar kullanılır. Bu da kompakt ve düşük güçlü bir çözümdür. İki tipteki manyetizma da bobinde bulunan DC gerilimin avantajını kullanır.
Kontaktör tasarımı 100 yaşına rağmen ürün gelişiminin yeni ve merak uyandıran alanı olmaktadır. Bundan sonraki yenilikler tasarımı basitleştirmek, güvenilirliği artırmak, lojistik işlerini optimize etmek ve elektriksel anahtarlamanın kesintisiz sağlanabilmesi üzerine olacaktır.

 

---

R E K L A M