Kontaktör Nasıl Çalışır: Bobin, Mıknatıs Devresi ve Kontaklar

Panonun içinde duran bir kontaktörün ön yüzü, kumanda devresi kapandığı anda kısacık bir mesafe ilerler ve orada durur. Mesafe gözle güç seçilir; bir tırnağın kalınlığı kadardır. Ama o mesafenin başında yükün akımı geçmiyordur, sonunda geçiyordur.

Arada bir el yoktur. Parçayı iten şey ne bir kol ne bir mandaldır: ince bir kablo çiftinden gelen ve gövdenin içinde bir yerde bambaşka bir büyüklüğe çevrilen küçük bir akımdır.

Aşağıda anlatılan şey o kısacık mesafede olan tek bir olaydır: akımın önce bir alana, alanın bir kuvvete, kuvvetin de bir harekete çevrilmesi — ve kumanda kesildiğinde her şeyin geri alınması. Elemanın ne olduğu Kontaktör Nedir? yazısında, tesisatta gördüğü iş ve röleyle ayrımı Kontaktör Ne İşe Yarar, Röleden Farkı Ne? yazısında duruyor; burada ikisi de yeniden kurulmuyor. Kontakların işlev sınıflarına göre ayrılması, bobinin neyle beslendiği, elemanın hangi ölçüte göre seçildiği ve kendisinden beklenen işi yapamadığı hâller — dördünün de kendi düğümü var, dördü de burada açılmıyor.

Kontaktör nasıl çalışır

Kontaktörün çalışma prensibi üç halkalı bir zincirdir ve her halkada taşınan büyüklük değişir.

Birinci halka elektrikseldir. Bobinden bir akım geçer. Bu akımın yaptığı tek iş, çevresinde bir mıknatıs alanı kurmaktır; kendisi hiçbir yere taşınmaz, hiçbir yükü beslemez, hiçbir işi görmez. Ürettiği şey bir akım değil, bir alandır.

İkinci halka manyetiktir. Alan gelişigüzel yayılmaz; demirden yapılmış bir yol boyunca dolaşır ve o yolun kesildiği yerde bir çekim kuvvetine dönüşür. Kuvvetin doğduğu yer, demirin bittiği ve havanın başladığı yerdir.

Üçüncü halka mekaniktir. Kuvvet bir parçayı yerinden oynatır. Parça, üstünde taşıdığı kontakları da götürür ve kontakların yarısı öbür yarısına değer. Yükün akımı bu değme anında yol bulur.

Zincir kendiliğinden geri dönmez ve geri dönüşü sağlayan şey dördüncü bir halka değildir. Kapanma sırasında sıkışan bir yay vardır; kumanda kesildiğinde bütün zinciri geriye alan şey odur. Aşağıdaki bölümler halkaları tek tek açıyor.

Bobin, akımın alana çevrildiği yer

Bobin, bir demir gövdenin üstüne çok sayıda sarılmış yalıtılmış bir telden ibarettir. İçinden geçen akım küçüktür ve alanı büyüten şey o akımın büyüklüğü değildir: aynı akım, sarım sayısı kadar defa aynı yolun çevresinden geçer ve her geçişin etkisi öbürlerinin üstüne biner. Bir elemanın kaldırması gereken parçayı yerinden oynatan kuvvet bu toplamdan çıkar.

Bobin bir dönüştürücüdür, bir kaynak değil. Yükün akımına dokunmaz, onu büyütmez ve ona hiçbir şey eklemez. Aldığı şey bir işaret, verdiği şey bir alandır; aradaki çeviriyi yapan da telin kendisi değil, telin çevresine sarıldığı demirdir.

Sarıldığı şeyin demir olması bir tercih değil zorunluluktur. Havada dağılan bir alan, aynı akımla çok daha zayıf bir çekiş üretir; bu zayıflığı akımı büyüterek karşılamak bobini ısıtır ve kumanda devresine taşıyamayacağı bir yük bindirir. Demir, alanı toplayıp gitmesi gereken yere götürür — bobin bu yüzden yalnız sarılmaz, hep bir gövdenin üstüne sarılır.

Bobinin kendisi kumanda tarafındadır. Beslendiği devre, kontakların taşıdığı devre değildir ve ikisi arasında akım geçmez. Bobinin hangi kaynaktan, hangi biçimde beslendiği ve beslemesi kesildiğinde kumanda tarafında ne anlama geldiği kümenin bobin düğümünde açılıyor; burada bobin yalnızca zincirin ilk halkası olarak duruyor.

Mıknatıs devresi ve hava aralığı

Bobinin ürettiği alanın izlediği demir yola mıknatıs devresi denir. Ad yerindedir: yol tıpkı bir akım devresi gibi kapalı bir halka çizer ve tıpkı onun gibi, üstündeki her zorluk alanı zayıflatır. Alan demirin içinde rahat dolaşır, havada zorlanır.

Devre tek parça değildir ve olamaz. Halkanın bir parçası gövdeye sabitlenmiştir; bobin onun üstündedir ve yerinden kımıldamaz. Öteki parça hareket edebilir. Eleman beklerken ikisinin karşılıklı yüzleri arasında ince bir hava aralığı durur ve halkanın en zorlu yeri orasıdır. Devrenin bölünmüş olması bir kusur değil, elemanın çalışma biçiminin ta kendisidir: bir mıknatıs devresi ancak açılıp kapanabildiği ölçüde iş görür.

Kuvvet tam o aralıkta doğar. Alan, yolunu kolaylaştıracak her değişikliği kendi lehine çeker; aralık kapandığında yol kısalır ve kolaylaşır. Hareketli parçayı sabit parçaya doğru götüren şey bu eğilimdir. Yani kuvvetin adresi bobin değil, aralıktır — bobin yalnızca aralığa iş yaptıracak alanı sağlar.

Aralık daraldıkça kuvvet büyür. Yol kısaldıkça alan güçlenir, alan güçlendikçe çekiş artar, çekiş arttıkça yol daha da kısalır. Hareket başladıktan sonra kendini besleyen bir olaydır ve bu yüzden bir kontaktör ara bir konumda asılı kalmaz: ya beklediği yerdedir ya da sonuna kadar gitmiştir. Kapanmanın kısa ve keskin olmasının sebebi budur.

Alternatif akımla beslenen bir mıknatıs devresi ek bir düzen ister. Alternatif bir akım her yarım dalgada sıfırdan geçer; onunla birlikte alan da iner ve o anlarda çekiş kaybolacak duruma gelir. Karşılığı, karşılıklı duran yüzeylerden birinin bir bölümüne gömülmüş, uçları kendi üstünde kapatılmış bir halkadır. Ana alan inerken bu halkanın içinde gecikmeli bir alan doğar ve çekişi o anlar boyunca devralır; toplam çekiş hiçbir anda kaybolmaz. Halkanın ve karşılıklı yüzeylerin işlerini yapamadığı hâller ise bu yazının değil, kümenin arıza yazısının konusudur.

Hareket kontaklara nasıl geçer

Hareketli parça yalnız gitmez. Üstünde bir taşıyıcı vardır; kontakların hareket eden yarısı o taşıyıcının üstüne oturur, öbür yarısı gövdeye sabittir. Kapanma, sabit yarımların hareketli yarımlarla buluşmasıdır ve bütün buluşmalar aynı anda olur.

Değme, hareketin sonu değildir. Kontaklar birbirine dokunduktan sonra taşıyıcı bir miktar daha ilerler. Bu fazladan yol boşa gitmez: her kontak çiftinin arkasındaki küçük yayı sıkıştırır ve kontakları birbirine bastıran kuvvet oradan çıkar. Sonucu şudur: kontak basıncı, hareketli parçanın sabit parçaya tam olarak nasıl oturduğuna bağlı değildir. İki yüzey arasında kalan en küçük pürüz bile basıncı belirlemez, çünkü basıncı belirleyen şey mıknatıs kuvvetinin kendisi değil, onun sıkıştırdığı yaydır.

Aynı taşıyıcı küçük kontakları da götürür. Yükün akımını taşıyan iri kontakların yanında, kumanda tarafında iş gören çok daha ufak kontaklar durur. Hepsi tek bir parçaya bağlıdır ve hepsi aynı anda yer değiştirir; birinin hareketi öbüründen bağımsız değildir. Bu küçük kontakların hangi ölçütle ayrıldığı ve hangisinin ne sayıldığı kümenin kontak yazısına aittir — burada kayda geçen tek şey, hepsinin aynı hareketi paylaştığıdır.

Küçük kontaklardan biri bobini besleyen yolun üstünde de olabilir. Böyle bir yerleşimde eleman kapandığı anda kendi bobinine giden yolu kendisi tamamlamış olur; sahada bunun adı mühürlemedir. Hangi butonun o yolun neresine girdiği ve yolun nereden kesildiği kumanda devreleri dalında kuruluyor. Buradaki bilgi yalnızca mekaniktir: o kontak, öbürleriyle aynı anda hareket eder.

Bırakma: geri döndüren şey akım değildir

Bobinin akımı kesildiğinde mıknatıs alanı söner. Çekiş biter ve kapanma sırasında sıkışmış olan yay serbest kalır; hareketli parçayı ilk yerine geri götüren şey odur. Aralık yeniden açılır, kontaklar ayrılır.

Açılma bir emir değil, bir emrin sona ermesidir. Kontaktörü açan ayrı bir işaret yoktur; olan şey, kapalı tutan işaretin ortadan kalkmasıdır. Elemanın bekleme konumu açık konumdur ve orası bir karar değil, hiçbir şey yapılmadığında bulunduğu yerdir.

Geri dönüş dışarıdan enerji istemez. Yayın harcadığı şey, kapanma sırasında mıknatıs kuvvetinin ona yüklediği enerjidir; eleman kapalı durduğu sürece o enerjiyi sıkışmış hâlde taşır ve çekiş bitince geri verir. Bu yüzden bir kontaktörün açılması, kumanda devresinin sağlam olmasına değil, yayın sağlam olmasına bağlıdır.

Açılış için gereken kuvvet, kapanış için gerekenden küçüktür. Kapanırken yenilmesi gereken şey yayın kendisiydi; açılırken yenilecek bir mıknatıs kuvveti kalmamıştır. Yayın tek işi, hareketli parçayı ve taşıdığı her şeyi geri götürmektir — ve o iş sırasında asıl zorluk artık mekanik tarafta değil, kontakların arasında başlar.

Kesme anı ve ark

Kontakların ayrılması, akımın kesilmesiyle aynı şey değildir. Yüzeyler birbirinden ayrıldığı anda aralarındaki hava iletken hâle gelir ve akım, ayrılan yüzeylerin arasından atlayarak akmaya devam eder. Buna ark denir ve bir kontaktörün gerçek kesme işi tam burada başlar; ayrılma yalnızca o işin başlangıcıdır.

Ark kendiliğinden ve hemen sönmez. Kendi ısısı havayı iletken tutar, yani olay kendini besler. Sönmesi için ya beslendiği gerilimin yetmez hâle gelmesi ya da yolunun uzatılıp soğutulması gerekir. Bir kontaktörün gövdesinde bu iş için ayrılmış bir bölüm vardır.

Ark söndürme bölümü üç şeyi birden yapar. Arkı kontakların arasından çeker ve boyunu uzatır; ısısını bir metal plaka öbeğine dağıtarak soğutur; uzayan yolu bu plakalar arasında birbirinden ayrı parçalara böler. Uzatılan, soğutulan ve bölünen bir ark, kendini besleyebileceği koşulları kaybeder.

Alternatif akımda sönme için hazır bir an vardır. Akım her yarım dalgada kendiliğinden sıfırdan geçer ve o anda arkı ayakta tutan şey yok olur. Bu yüzden asıl iş arkı bastırmak değil, sıfırdan geçtikten sonra yeniden tutuşmasını engellemektir: söndürme bölümü, o kısacık ana kadar arayı yeterince uzatmış ve soğutmuş olmalıdır.

Ark bu yüzden bir yan etki değil, elemanın tasarımının bir parçasıdır. Kontakların yüzeylerinde zamanla bıraktığı iz ve elemanın beklendiği gibi davranmadığı hâller kümenin arıza yazısının konusudur; hangi yükün bu olayı ne kadar zorlaştırdığı ve elemanın buna göre nasıl seçildiği ise kümenin seçim düğümünde duruyor.

Özet

Bir kontaktörün kapanması üç halkalı bir zincirdir. Bobinden geçen akım çevresinde bir mıknatıs alanı kurar; alan, demirden yapılmış kapalı bir yol boyunca dolaşır; yolun kesildiği hava aralığında bir çekim kuvvetine dönüşür. Kuvvet, mıknatıs devresinin hareket edebilen parçasını sabit parçaya doğru götürür.

Aralık daraldıkça kuvvet büyüdüğü için hareket kendini besler ve eleman ara bir konumda asılı kalmaz. Alternatif akımla beslenen bir devrede çekişin her yarım dalgada kaybolmaması, kutup yüzeyine gömülmüş ve uçları kendi üstünde kapatılmış bir halkayla sağlanır.

Hareketli parça bir taşıyıcı taşır ve kontakların hareket eden yarımları onun üstündedir. Kontaklar değdikten sonra taşıyıcı biraz daha ilerler; kontak basıncını veren şey bu fazladan yolun sıkıştırdığı küçük yaylardır, mıknatıs kuvvetinin kendisi değil. İri kontaklarla küçük kontaklar tek parçaya bağlıdır ve aynı anda hareket eder.

Geri dönüşü sağlayan şey bir akım değil, kapanırken sıkışmış olan yaydır. Açılma ayrı bir emir değil, kapalı tutan işaretin ortadan kalkmasıdır. Kontaklar ayrıldığında akım hemen durmaz: aralarında bir ark doğar ve elemanın asıl kesme işi, o arkın uzatılması, soğutulması ve bölünmesiyle biter.

Sık sorulanlar

İlgili yazılar

Güvenlik sınırı. Bu yazı bir tesisatın nasıl çalıştığını anlatır, ne yapmanız gerektiğini söylemez. Elektrik tesisatında ölçüm, sökme ve bağlantı işleri yetkili kişilerce ve enerji kesilerek yapılır. Tarif edilen mekanizma her tesisatta aynı değildir.