کلید برق چیست؟ انواع کلید در برق صنعتی کدامند؟

کلید برق چیست؟

کلید برق دستگاهی است که برای قطع و وصل (خودکار یا دستی) یک مدار الکتریکی استفاده می شود. به بیان دیگر، کلید برق دستگاهی کنترل کننده است که جریان برق را قطع و وصل می کند یا جهت جریان را در یک مدار تغییر می دهد.
تقریباً تمام سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی حداقل از یک کلید برای کنترل روشن و خاموش شدن دستگاه استفاده می‌کنند. به عبارت ساده، کلید برای کنترل عملکرد مدار با فعال یا غیرفعال کردن کل یا بخش‌های خاصی از یک مدار متصل استفاده می‌شود.
از آنجایی که کلیدها نقش مهمی در سیستم‌های کنترل دارند، ممکن است آنها را در همه جا، حتی برای دستگاه‌های کوچک و همچنین لوازم خانگی بزرگ، مشاهده کنید.
کاربردهای متعددی برای کلیدها وجود دارد، مانند:
کلیدهای روشنایی و کلیدهای ساده برای روشن و خاموش کردن چراغ‌ها، فن‌ها، رایانه‌ها، چاپگرها، دمنده‌ها در ساختمان‌های مسکونی و تجاری، خودروها، رایانه‌ها و تلفن‌های همراه ، کاربردهای رباتیک و هوافضایی و نظامی.
انواع مختلفی از کلیدها وجود دارند که برای کاربردهای مختلف، طراحی شده و استفاده می شوند.
برای مثال، یک کلید تک قطبی می‌تواند برای کنترل روشن و خاموش شدن یک لامپ استفاده شود.
به طور مشابه، یک کلید دوپل می تواند برای کنترل دو مدار یا دو عملکرد یک دستگاه استفاده شود.
علاوه بر این، کلیدهای میانی (کلید چهار طرفه) برای کنترل روشنایی از دو مکان مختلف استفاده می شوند، مانند سیم کشی راه پله، سیم کشی راهرو و ورودی، سیم کشی خوابگاه، سیم کشی انبار، سیم کشی تونل، سیم کشی بیمارستان و غیره.

-ویژگی های کلید برق

پیش از بررسی انواع مختلف کلید برق، بیایید نگاهی به برخی نکات مهم درباره ویژگی‌های کلید بیاندازیم.
دو ویژگی مهم یک کلید، قطب و پرتاب آن هستند.

• قطب ( پل ): نشان‌دهنده تعداد کنتاکت‌های (سیم‌های وصل‌کننده) یک کلید است. به عنوان مثال، یک کلید تک قطبی دارای یک کنتاکت و یک کلید دو قطبی دارای دو کنتاکت است.
• پرتاب (حالت): نشان‌دهنده تعداد وضعیت‌های اتصال یک کلید است. به عبارتی، تعداد مسیرهایی که کلید می‌تواند جریان الکتریکی را هدایت کند، تعیین می‌کند.

تعداد قطب‌ها و پرتاب‌ها برای توصیف یک کلید استفاده می‌شوند.
برخی از تعدادهای استاندارد قطب و پرتاب عبارتند از:

• تک (1پل 1 حالت): مانند کلیدهای روشن و خاموش ساده.
• دو (2 پل  1 حالت  ): مانند کلیدهای تبدیل که می‌توانند دو مدار را کنترل کنند.

اگر تعداد قطب‌ها یا پرتاب‌ها بیشتر از 2 باشد، اغلب به‌طور مستقیم از عدد استفاده می‌شود. به عنوان مثال، یک کلید شش پرتاب سه قطبی اغلب به عنوان 3P6T نمایش داده می‌شود.
ویژگی مهم دیگر یک کلید، عملکرد آن است که می‌تواند از نوع لحظه‌ای یا چفت‌شدنی باشد.

• کلیدهای لحظه‌ای (مانند دکمه‌های فشاری): فقط برای مدت کوتاهی (یا تا زمانی که دکمه فشرده شده است) تماس را برقرار می‌کنند.
• کلیدهای چفت‌شدنی: تا زمانی که به زور به موقعیت دیگری منتقل نشوند، تماس را حفظ می‌کنند.

-انواع کلید برق

به طور کلی، کلیدها را می توان به دسته های زیر تقسیم کرد:

• کلیدهای مکانیکی: این کلیدها با استفاده از یک مکانیزم فیزیکی عمل می کنند و عمدتاً برای کنترل دستگاه های الکتریکی استفاده می شوند. نمونه هایی از کلیدهای مکانیکی شامل کلیدهای فشاری، اهرمی، پدالی و چرخشی هستند.
• کلیدهای الکتریکی و الکترونیکی: این کلیدها با استفاده از اصول الکتریکی یا الکترونیکی عمل می کنند و به طور گسترده در مدارهای الکترونیکی و دستگاه های دیجیتالی استفاده می شوند. نمونه هایی از کلیدهای الکتریکی و الکترونیکی شامل ترانزیستورها، رله ها، سوئیچ های نوری و کلیدهای لمسی هستند.

هر دو نوع کلید مکانیکی و الکتریکی/الکترونیکی به طور گسترده در کاربردهای الکتریکی و الکترونیکی استفاده می شوند. انتخاب نوع کلید مناسب به الزامات و نیازهای سیستم بستگی دارد که در آن قرار گرفته است.
علاوه بر این، کلیدها را می توان بر اساس پایه ها و عوامل مختلفی دسته بندی کرد. در این مقاله از آموزش برق صنعتی به طور مفصل به هر یک از این دسته بندی ها خواهیم پرداخت.

کلید برق مکانیکی

کلید مکانیکی نوعی کلید برق است که در آن دو صفحه فلزی (کنتاکت‌های سوئیچ) با هم تماس فیزیکی برقرار می‌کنند تا جریان از آن عبور کند و برای قطع جریان از هم جدا می‌شوند.
انواع مختلفی از کلیدهای مکانیکی وجود دارند که بر اساس ظرفیت تحمل توان، تعداد قطب و پرتاب (SPST، SPDT، DPST، DPDT، DPMT و غیره)، ساختار و عملکرد، تعداد کنتاکت‌ها، حالت نگه‌داری (قفل‌شده و لحظه‌ای) طبقه‌بندی می‌شوند.

انتخاب مواد تماس برای کلیدهای الکترومکانیکی با در نظر گرفتن این نکته انجام می‌شود که اکسیدهای فلزی تولید شده به دلیل خوردگی، عمدتاً عایق هستند و لایه‌های چنین اکسیدهایی روی صفحات سوئیچ، عملکرد عادی سوئیچ را مختل می‌کنند. به همین ترتیب، مس کشیده سخت یا مس آهنگری گزینه خوبی برای مواد تماس است که جریان نامی را نگه می‌دارد و حمل می‌کند.

کلیدهای مکانیکی را می‌توان بر اساس عوامل مختلف، طراحی و عملکرد به شرح زیر طبقه‌بندی کرد:

کلیدهای تک پل

این نوع کلید، یک کلید برق سادهٔ روشن و خاموش است که به‌طور معمول در خانه‌های ما برای مدارهای روشنایی، لوازم با بار کم و همچنین رایانه‌ها و دستگاه‌ها یافت می‌شود. به آن کلید «یک طرفه» یا «تک راه» نیز می‌گویند. این کلید یک عملکرد واحد را در یک مدار کنترل می‌کند، یعنی مدار را وصل یا قطع می‌کند. به‌طور کلی، تماس کلید SPST(Single Pole Single Throw) می‌تواند NO (به طور عادی باز) برای موقعیت خاموش یا NC (به طور عادی بسته) برای موقعیت روشن باشد.
کلید باز نشان‌دهندهٔ قطع شدن مدار است؛ یعنی جریان الکتریکی در آن متوقف می‌شود. کلید بسته نشان‌دهندهٔ کامل شدن مدار و جریان یافتن جریان الکتریکی در آن است.
شکل زیر، ساختار و عملکرد یک کلید SPST (تک پل تک حالت) که همچنین به عنوان کلید یک‌طرفه شناخته می‌شود، را نشان می‌دهد. این کلید عمدتاً دارای دو ترمینال به نام «ورودی خط» (به عنوان منبع)، «خروجی خط» (به نقطه بار) و یک پین اختیاری اضافی به عنوان ترمینال زمین است.

–  کلیدهای چرخشی و انتخاب گر

کلیدهای انتخاب کننده، سوئیچ‌های چرخشی هستند که با چرخاندن یک دستگیره، ترمینال مشترک را به تعدادی از ترمینال‌های خروجی متصل می‌کنند. عملکرد این کلیدها مشابه کلیدهای گردان در مولتی‌مترهای دیجیتال یا آنالوگ است و بر اساس اصل دمولتی‌پلکسر کار می‌کند. از کاربردهای این کلیدها می‌توان به ابزارهای اندازه‌گیری و سنجش الکتریکی، انتخاب باندهای رادیویی، انتخاب کانال در سیستم‌های ارتباطی و… اشاره کرد.

-کلید برق میانی

دارای چهار ترمینال است که وظیفه تغییر مسیر جریان برق بین حالات مختلف را بر عهده دارد. این نوع کلید برای کنترل یک وسیله، مانند لامپ، در مکان های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.

-کلید اهرمی

کلید های اهرمی نوعی سوئیچ هستند که با فشار دادن اهرم در یک جهت یا بیشتر (معمولاً به سمت بالا یا پایین) کار می کنند. این سوئیچ ها در حالت خود پایداری قرار دارند و تا زمانی که دوباره فشرده نشوند، در همان حالت (روشن یا خاموش) باقی می مانند. اکثر سوئیچ های کنترل روشنایی در خانه ها از نوع اهرمی هستند.

این کلیدهای اهرمی انعطاف پذیری زیادی دارند و می توانند برای طیف وسیعی از جریان ها، از جریان های کوچک تا جریان های بالا (بیش از 30 آمپر) مورد استفاده قرار گیرند. به این ترتیب، هم برای مصارف خانگی کم جریان و هم برای مصارف صنعتی با جریان بالا مناسب هستند.
ظرفیت جریان (رتبه بندی)، شکل و طراحی سوئیچ بسته به نیازهای مدار و کاربردهای مختلف، متفاوت خواهد بود. بنابراین، مهم است که هنگام انتخاب سوئیچ، به جریان مورد نیاز و نوع کاربردی که سوئیچ برای آن استفاده می شود، توجه کنید.

– کلید برق کشویی

کلید کشویی: همانطور که از نامش پیداست، یک کلید کشویی از یک لغزنده به عنوان محرک استفاده می کند که با حرکت رفت و برگشتی خود بر روی کنتاکت های داخلی، مدار را وصل یا قطع می کند.

این کلید برای کنترل روشن و خاموش شدن مدار استفاده می شود. در حالی که انواع دیگر کلیدها برای تغییر جهت جریان در مدار و کنترل عملکردهای مختلف در عملیات سوئیچینگ کاربرد دارند.

– کلید فشاری

همانطور که از نامش پیداست، کلید برق فشاری یک سوئیچ لحظه‌ای است که با فشار دادن آن برای مدت کوتاهی عمل می‌کند. مکانیزم فنری محرک داخلی آن برای بستن یا باز کردن مدار برای خاموش و روشن کردن استفاده می‌شود.

هنگامی که دکمه کلید فشاری را فشار می دهید، کنتاکت‌های متحرک متصل به دکمه بر روی کنتاکت‌های ثابت (ایستا) قرار می‌گیرند و آن‌ها را به صورت سری ( پشت سر هم) متصل می‌کنند تا مدار را کامل کنند. در نتیجه، جریان الکتریکی می‌تواند از طریق مدار عبور کند و مدار روشن می‌شود.
پس از رها کردن فشار، کنتاکت‌های متحرک از روی کنتاکت‌های ثابت جدا می‌شوند و مدار به حالت اولیه خود یعنی روشن یا خاموش بازمی‌گردد.

-کلید حد یا Limit Switch

کلید حد (Limit Switch) یک سوئیچ کنترل کننده است که به صورت خودکار (توسط اجزای مکانیکی یا ماشین) یا به صورت دستی توسط یک شیء فعال می شود. بازوی ضربه گیر در این سوئیچ به عنوان محرک عمل می‌کند و هنگامی که فشرده شود یا با یک شیء تماس پیدا کند، جهت جریان جاری را تغییر می‌دهد و در نتیجه موقعیت و عملکرد مدار را تغییر می‌دهد.

-کلید جریان

کلیدهای جریان (Flow Switches) برای تشخیص و کنترل جریان هوا یا حرکت مایعات (مانند آب، روغن و غیره) در مجراهای و لوله‌های متصل استفاده می‌شوند.
نحوه عملکرد:
هنگامی که جریان هوا یا مایع در لوله‌های فلزی یا پلاستیکی، از حد معینی فراتر رود، مکانیزم فنری یک حرکت سریع (Snap Action) ایجاد می‌کند.
این حرکت سریع، بازوی فلزی میکروسوئیچ را جابجا می‌کند که منجر به وصل یا قطع کنتاکت‌های داخلی سوئیچ می‌شود.در نتیجه، عملکرد سیستم (مانند پمپ، فن یا شیر برقی) تغییر می‌کند.

-کلید برق شناور

همانطور که از نامش پیداست، کلید شناور (Float Switch) یک سوئیچ شناور است که مدار یا ماشینی را درون یک مخزن پر از مایع (مانند مخزن آب) کنترل می‌کند. این سوئیچ، سطح مایع را تشخیص می‌دهد و بر اساس نیازهای تعیین شده، با بالا رفتن یا پایین آمدن سطح مایع، مدار را روشن یا خاموش می‌کند.

مثال: کنترل سطح آب در مخزن با کلید شناور
هنگامی که سطح آب در مخزن پایین‌تر از حد تعیین شده کاهش می‌یابد، بازوهای تماسی و میله‌ی شناور با هم تماس پیدا می‌کنند و مدار را فعال می‌نمایند. این امر باعث فعال شدن پمپ موتور (AC یا DC) می‌شود و آب دوباره وارد مخزن می‌شود.
به طور مشابه، هنگامی که مخزن آب پر می‌شود، شناور به بالاترین سطح خود می‌رسد و باعث قطع ارتباط بین بازوهای تماسی می‌شود. در نتیجه، پمپ موتور به صورت خودکار خاموش می‌شود.
کل این فرآیند، پر و خالی کردن مخزن آب، به صورت خودکار و هماهنگ با استفاده از کلید برق شناور انجام می‌شود.

– کلید برق جوی استیک

جوی استیک، که همچنین به عنوان دسته کنترلی یا سوئیچ کلاه (Hat switch) شناخته می‌شود، یک سوئیچ با اهرمی متصل به آن است. این اهرم به صورت آزاد حرکت می‌کند و جهت آن، با اتصال ترمینال‌های مختلف سوئیچ، مدار را کنترل می‌کند. کنتاکت‌های سوئیچ با حرکت اهرم به سمت راست، چپ، بالا و پایین فعال می‌شوند.

-کلید دما یا کلیدحرارتی

کلیدهای حرارتی و ترموستات وابسته به تغییرات دما هستند. عنصر حسگر گرما (مانند نوار bimetallic) در اثر انبساط حرارتی خم می شود، یعنی زمانی که در معرض گرما قرار می گیرد. برای مثال، زمانی که دما افزایش می‌یابد و از سطح پیش‌تنظیم‌شده عبور می‌کند، نوار bimetallic منبسط شده و تماس را قطع می‌کند و در نتیجه مدار باز می‌شود.
هنگامی که دما از سطح تنظیم‌شده پایین‌تر می‌آید، نوار bimetallic جمع می‌شود (و به حالت عادی بازمی‌گردد) که منجر به برقراری تماس و در نتیجه بستن مدار می‌شود.

-کلیدهای تایمری

کلیدهای تایمری یا زمان دار (که به اختصار تایمر نامیده می‌شوند) برای ایجاد تأخیر زمانی در کاربردهای خاص استفاده می‌شوند. یک تایمر را می‌توان با استفاده از ساعت مکانیکی تنظیم کرد، جایی که پس از اتمام زمان تنظیم‌شده، تماس را برقرار یا قطع می‌کند و در نتیجه مدار متصل را از منبع روشن یا خاموش می‌کند.

کلیدهای زمان‌دار همراه با کنتاکتور و رله در مدارهای قدرت، تایمر گرم‌کن آب، کنترل حرارت مرکزی، وسایل نقلیه، تایمر خواب تلویزیون و غیره که بر اساس مکانیزم زمان‌بندی کار می‌کنند، استفاده می‌شوند.

منبع: https://www.electricaltechnology.org