۴ نوع سوئیچ مهم در برق صنعتی و کاربردهای آن‌ها
سوئیچ در قلب هر سیستم برق صنعتی قرار دارد و نقش حیاتی در کنترل، حفاظت و ایمنی این سیستم‌ها ایفا می‌کند. تصور کنید یک کارخانه بزرگ با ده‌ها موتور، صدها چراغ و انبوهی از تجهیزات الکتریکی دیگر. بدون سوئیچ‌ها، نه تنها کنترل این تجهیزات غیرممکن می‌شد، بلکه هرگونه تعمیر و نگهداری یا مواجهه با شرایط اضطراری به یک چالش بزرگ و خطرناک تبدیل می‌گردید.
سوئیچ‌ها به ما این امکان را می‌دهند که مدارهای الکتریکی را به راحتی باز و بسته کنیم، جریان برق را به بخش‌های مختلف سیستم هدایت کنیم، و در صورت بروز خطا یا اضافه بار، به سرعت مدار را قطع کرده و از آسیب دیدن تجهیزات و بروز حوادث جلوگیری کنیم. از ساده‌ترین کلیدهای روشنایی گرفته تا پیچیده‌ترین سوئیچ‌های فشار قوی در تابلوهای برق صنعتی، همگی برای اطمینان از عملکرد ایمن و کارآمد سیستم‌های الکتریکی ضروری هستند.
به عبارت دیگر، سوئیچ‌ها نه تنها ابزاری برای کنترل هستند، بلکه شریان‌های حیاتی یک سیستم برق صنعتی به شمار می‌روند. در ادامه این مقاله، به پرکاربردترین سوئیچ‌ها در برق صنعتی خواهیم پرداخت.
سوئیچ فشار (Pressure Switch)
سوئیچ فشار (Pressure Switch) یک تجهیز الکترومکانیکی است که برای تشخیص و واکنش به تغییرات فشار در یک سیستم یا سیال (مایع یا گاز) طراحی میشود. عملکرد اصلی آن شامل باز یا بسته کردن یک کنتاکت الکتریکی در یک مقدار فشاری که از پیش تعیین میشود. به عبارت دیگر، هنگامی که فشار سیستم به نقطه تنظیم (Set Point) می‌رسد، سوئیچ فعال، و وضعیت کنتاکت‌های خود را تغییر می‌دهد.
نحوه عملکرد تخصصی سوئیچ فشار
عملکرد سوئیچ فشار به طور کلی شامل مراحل زیر است:
حسگر فشار (Sensing Element): در قلب سوئیچ فشار یک عنصر حسگر قرار دارد که به تغییرات فشار حساس است. این عنصر می‌تواند انواع مختلفی داشته باشد:
- دیافراگم (Diaphragm): غشاء انعطاف‌پذیری که با تغییر فشار خم میشود؛ مناسب برای فشارهای پایین و متوسط.
- پیستون (Piston): قطعه‌ای متحرک که در یک سیلندر قرار دارد و نیروی ناشی از فشار سیال آن را جابجا می‌کند؛ ایده‌آل برای فشارهای بالا.
- لوله بوردون (Bourdon Tube): یک لوله فلزی خمیده که با افزایش فشار تمایل به صاف شدن پیدا می‌کند؛ مورد استفاده در فشارهای متوسط تا بالا.
- کپسول یا بیلوز (Capsule or Bellows): عناصر فلزی تاشو که با تغییر فشار منبسط یا منقبض می‌شوند؛ مناسب برای فشارهای بسیار پایین و اندازه‌گیری اختلاف فشار.
مکانیزم انتقال نیرو (Force Transmission Mechanism): حرکت عنصر حسگر به مکانیزمی منتقل میشود که نیروی لازم برای عملکرد کنتاکت‌های الکتریکی را فراهم می‌کند. این مکانیزم معمولاً شامل اهرم‌ها، فنرها و پین‌های رابط است.
نقطه تنظیم (Set Point) و هیسترزیس (Hysteresis):
- نقطه تنظیم: فشاری است که در آن سوئیچ فعال شده و وضعیت کنتاکت‌های خود را تغییر می‌دهد. این مقدار معمولاً قابل تنظیم است.
- هیسترزیس: اختلاف بین فشاری که در آن سوئیچ فعال میشود و فشاری که در آن به وضعیت اولیه بازمی‌گردد. وجود هیسترزیس از تغییرات مکرر و غیرضروری وضعیت سوئیچ جلوگیری می‌کند. به عنوان مثال، اگر سوئیچ در فشار 5 بار فعال شود و هیسترزیس آن 1 بار باشد، تا زمانی که فشار به زیر 4 بار نرسد، سوئیچ به حالت اولیه باز نمی‌گردد.
کنتاکت‌های الکتریکی (Electrical Contacts): مکانیزم انتقال نیرو در نهایت باعث تغییر وضعیت کنتاکت‌های الکتریکی میشود.
سوئیچ جریان (Flow Switch)
سوئیچ جریان (Flow Switch) یک تجهیز الکترومکانیکی یا الکترونیکی است که برای تشخیص و واکنش به جریان (یا نبود جریان) سیال (مایع یا گاز) طراحی میشود. این سوئیچ هنگامی فعال میشود که جریان سیال از یک مقدار از پیش تعیین‌شده عبور کند یا به زیر آن برسد و وضعیت کنتاکت‌های الکتریکی خود را تغییر می‌دهد. به عبارت ساده‌تر، این دستگاه وجود، عدم وجود یا میزان جریان را تشخیص داده و سیگنال الکتریکی مربوطه را تولید می‌کند.
نحوه عملکرد سوئیچ جریان
عملکرد سوئیچ جریان بسته به نوع طراحی آن شامل مراحل زیر است:
عنصر حسگر جریان (Flow Sensing Element): بخشی که مستقیماً با جریان سیال در تماس است و تغییرات آن را حس می‌کند. انواع رایج عناصر حسگر عبارتند از:
- پدال یا پره (Paddle or Vane): قطعه‌ای متحرک که در مسیر جریان قرار می‌گیرد. با عبور جریان، نیرو به پدال وارد شده و آن را حرکت می‌دهد. این نوع مناسب برای تشخیص وجود یا عدم وجود جریان و جریان‌های کم است.
- پیستون شناور (Floating Piston): پیستونی که در یک محفظه قرار دارد و با جریان سیال حرکت می‌کند. حرکت پیستون باعث جابجایی یک آهنربا و فعال شدن سوئیچ رید (Reed Switch) میشود. این نوع برای جریان‌های متوسط مناسب است.
- توربین یا چرخ‌دنده (Turbine or Gear): روتوری با پره‌های متعدد که با جریان سیال می‌چرخد. سرعت چرخش متناسب با سرعت جریان است و می‌تواند برای فعال کردن سوئیچ یا تولید سیگنال الکتریکی استفاده شود. این نوع برای اندازه‌گیری دقیق‌تر جریان کاربرد دارد.
- اصل حرارتی (Thermal Principle): از اختلاف دما بین دو سنسور برای تشخیص جریان استفاده می‌کند. این روش برای جریان‌های کم و متوسط بسیار حساس و دقیق است.
مکانیزم انتقال نیرو (Force Transmission Mechanism): حرکت حسگر جریان به یک مکانیزم داخلی منتقل میشود که نیرو را به کنتاکت‌های الکتریکی اعمال می‌کند. این مکانیزم ممکن است شامل اهرم‌ها، فنرها یا اجزای مغناطیسی باشد.
نقطه تنظیم (Set Point): جریانی که در آن سوئیچ فعال میشود و وضعیت کنتاکت‌های خود را تغییر می‌دهد. در برخی مدل‌ها، این نقطه قابل تنظیم است.
سوئیچ شناور (Float Switch)
سوئیچ شناور یک تجهیز کنترلی الکترومکانیکی است که برای تشخیص سطح مایعات (مانند آب، روغن یا مواد شیمیایی) در مخازن، سیلوها یا حوضچه‌ها استفاده میشود. این سوئیچ با استفاده از یک شناور (Float) که روی سطح مایع شناور میشود، سطح مشخصی از مایع را تشخیص می‌دهد. با تغییر وضعیت خود (باز یا بسته کردن مدار الکتریکی)، فرمان‌هایی مانند روشن/خاموش کردن پمپ‌ها، فعالسازی آلارم‌ها یا کنترل جریان مایع را صادر می‌کند.
عملکرد سوئیچ شناور
عملکرد این سوئیچ بر اساس حرکت شناور و تغییر موقعیت آن نسبت به سطح مایع است. اجزای اصلی و مراحل کار به شرح زیر است:
شناور (Float):
یک جسم توخالی (معمولاً از جنس پلاستیک مقاوم یا فلز) که روی سطح مایع شناور می‌ماند.
با افزایش یا کاهش سطح مایع، شناور به سمت بالا یا پایین حرکت می‌کند.
مکانیسم فعالسازی:
حرکت شناور باعث تغییر وضعیت یک اهرم، میله یا کابل متصل به سوئیچ میشود.
در برخی مدل‌ها، شناور حاوی یک آهنربا است که با نزدیک شدن به رله‌های مغناطیسی (Reed Switch)، مدار را قطع یا وصل می‌کند.
تغییر وضعیت الکتریکی:
هنگامی که شناور به سطح از پیش تعیین شده (مثلاً حداکثر یا حداقل سطح) می‌رسد، سوئیچ تحریک شده و مدار الکتریکی را باز یا بسته می‌کند.
این تغییر وضعیت می‌تواند:
پمپ را روشن کند (برای تخلیه مایع هنگام رسیدن به سطح بالا).
پمپ را خاموش کند (برای جلوگیری از خشک کاری پمپ هنگام رسیدن به سطح پایین).
آلارم هشدار را فعال نماید.
سوئیچ دما (Temperature Switch)
سوئیچ دما (ترموسات تابلویی) یک تجهیز الکترومکانیکی یا الکترونیکی است که برای نظارت و کنترل دما در سیستم‌های صنعتی و تجهیزات الکتریکی استفاده میشود. این سوئیچ با تشخیص تغییرات دما، مدار الکتریکی را باز یا بسته می‌کند تا از تجهیزات در برابر دمای بیش از حد (Overheating) محافظت شود یا دمای محیط را در محدوده مشخصی ثابت نگه دارد. ترموسات‌های تابلویی معمولاً در تابلوهای برق (Control Panels) نصب می‌شوند و به عنوان یک سیستم هشدار یا کنترلر خودکار عمل می‌کنند.
اجزای اصلی سوئیچ دما
۱. سنسور دما:
بخشی که تغییرات دما را تشخیص می‌دهد (مانند بی‌متال (Bimetallic Strip)، ترموکوپل، RTD یا ترمیستور).
در مدل‌های مکانیکی، از یک نوار دو فلزی (بی‌متال) استفاده میشود که با تغییر دما خم شده و کنتاکت‌های الکتریکی را فعال می‌کند.
۲. مکانیسم سوئیچینگ:
کنتاکت‌های الکتریکی (Normally Open یا Normally Closed) که با تحریک سنسور، وضعیت مدار را تغییر می‌دهند.
۳. تنظیمات دستی:
یک پیچ یا صفحه نمایش برای تنظیم دمای آستانه (Set Point) که در آن سوئیچ فعال میشود.
عملکرد سوئیچ دما
۱. تشخیص دما:
سنسور دما (مثلاً نوار بی‌متال) با گرم یا سرد شدن، تغییر شکل فیزیکی می‌دهد.
در مدل‌های الکترونیکی، سنسور (مانند ترمیستور) مقاومت الکتریکی خود را بر اساس دما تغییر می‌دهد.
۲. فعالسازی کنتاکت:
هنگامی که دما به حد تنظیم شده (Set Point) می‌رسد، تغییر شکل سنسور باعث حرکت مکانیکی یا سیگنال الکترونیکی میشود.
این حرکت، کنتاکت‌های سوئیچ را باز یا بسته می‌کند و مدار الکتریکی را قطع یا وصل می‌نماید.
۳. واکنش سیستم:
قطع مدار: خاموش کردن دستگاه (مانند موتور یا هیتر) برای جلوگیری از گرمای بیش از حد.
وصل مدار: روشن کردن سیستم خنک کننده (مثل فن یا پمپ آب) یا فعالسازی آلارم هشدار.
