Contactor - Contactor
- En las pruebas de semiconductores , los contactores también pueden denominarse enchufe especializado que conecta el dispositivo bajo prueba .
- En las industrias de procesos, un contactor es un recipiente en el que interactúan dos corrientes, por ejemplo, aire y líquido. Ver Contactor gas-líquido .
Un contactor es un interruptor controlado eléctricamente que se utiliza para conmutar un circuito de energía eléctrica. Un contactor normalmente se controla mediante un circuito que tiene un nivel de potencia mucho más bajo que el circuito conmutado, como un electroimán de bobina de 24 voltios que controla un interruptor de motor de 230 voltios.
A diferencia de los relés de propósito general , los contactores están diseñados para conectarse directamente a dispositivos de carga de alta corriente. Los relés tienden a ser de menor capacidad y generalmente están diseñados para aplicaciones normalmente cerradas y normalmente abiertas . Los dispositivos que conmutan más de 15 amperios o en circuitos con una clasificación de más de unos pocos kilovatios generalmente se denominan contactores. Aparte de los contactos auxiliares opcionales de baja corriente, los contactores están equipados casi exclusivamente con contactos normalmente abiertos ("forma A"). A diferencia de los relés, los contactores están diseñados con características para controlar y suprimir el arco producido cuando se interrumpen las fuertes corrientes del motor.
Los contactores vienen en muchas formas con diferentes capacidades y características. A diferencia de un disyuntor , un contactor no está diseñado para interrumpir una corriente de cortocircuito . Los contactores van desde aquellos que tienen una corriente de corte de varios amperios hasta miles de amperios y 24 V CC hasta muchos kilovoltios. El tamaño físico de los contactores varía desde un dispositivo lo suficientemente pequeño como para levantarlo con una mano, hasta dispositivos grandes de aproximadamente un metro (yarda) de lado.
Los contactores se utilizan para controlar motores eléctricos , iluminación , calefacción , bancos de condensadores , evaporadores térmicos y otras cargas eléctricas.
Construcción
utilizado en vehículos eléctricos industriales y, a veces, utilizado en conversiones de vehículos eléctricos (EV)
Un contactor tiene tres componentes. Los contactos son la parte portadora de corriente del contactor. Esto incluye contactos de potencia, contactos auxiliares y resortes de contacto. El electroimán (o " bobina ") proporciona la fuerza impulsora para cerrar los contactos. La caja es un marco que aloja los contactos y el electroimán. Los gabinetes están hechos de materiales aislantes como baquelita , nailon 6 y plásticos termoendurecibles para proteger y aislar los contactos y para proporcionar alguna medida de protección contra el contacto del personal con los contactos. Los contactores de marco abierto pueden tener una caja adicional para proteger contra el polvo, el aceite, los peligros de explosión y el clima.
Los reventones magnéticos utilizan bobinas de reventón para alargar y mover el arco eléctrico . Son especialmente útiles en circuitos de alimentación de CC. Los arcos de CA tienen períodos de baja corriente, durante los cuales el arco se puede extinguir con relativa facilidad, pero los arcos de CC tienen una corriente alta continua, por lo que apagarlos requiere que el arco se estire más que un arco de CA de la misma corriente. Las explosiones magnéticas en el contactor Albright que se muestra en la imagen (que está diseñado para corrientes de CC) son más del doble de la corriente que el contactor puede romper, incrementándola de 600 A a 1500 A.
A veces, también se instala un circuito economizador para reducir la potencia necesaria para mantener un contactor cerrado; un contacto auxiliar reduce la corriente de la bobina después de que se cierra el contactor. Se requiere una cantidad algo mayor de energía para cerrar inicialmente un contactor que la necesaria para mantenerlo cerrado. Un circuito de este tipo puede ahorrar una cantidad sustancial de energía y permitir que la bobina energizada se mantenga más fría. Los circuitos economizadores casi siempre se aplican en bobinas de contactores de corriente continua y en bobinas de contactores de corriente alterna grandes.
Un contactor básico tendrá una entrada de bobina (que puede ser impulsada por una fuente de CA o CC, según el diseño del contactor). Las bobinas universales (impulsadas por CA y CC) también están disponibles en el mercado hoy en día. La bobina se puede energizar al mismo voltaje que un motor que el contactor está controlando, o se puede controlar por separado con un voltaje de bobina más bajo que se adapte mejor al control mediante controladores programables y dispositivos piloto de voltaje más bajo. Algunos contactores tienen bobinas en serie conectadas en el circuito del motor; estos se utilizan, por ejemplo, para el control automático de la aceleración, donde la siguiente etapa de resistencia no se corta hasta que la corriente del motor haya disminuido.
Principio de operación
Cuando la corriente pasa a través del electroimán , se produce un campo magnético que atrae el núcleo móvil del contactor. La bobina del electroimán consume más corriente inicialmente, hasta que su inductancia aumenta cuando el núcleo metálico entra en la bobina. El contacto móvil es propulsado por el núcleo móvil; la fuerza desarrollada por el electroimán mantiene unidos los contactos móviles y fijos. Cuando la bobina del contactor se desenergiza, la gravedad o un resorte devuelve el núcleo del electroimán a su posición inicial y abre los contactos.
Para los contactores energizados con corriente alterna , una pequeña parte del núcleo está rodeada por una bobina de sombreado , que retrasa ligeramente el flujo magnético en el núcleo. El efecto es promediar el tirón alterno del campo magnético y así evitar que el núcleo vibre al doble de la frecuencia de línea.
Debido a que el arco y el daño consecuente ocurren justo cuando los contactos se abren o cierran, los contactores están diseñados para abrirse y cerrarse muy rápidamente; A menudo existe un mecanismo de punto de inflexión interno para garantizar una acción rápida.
Sin embargo, el cierre rápido puede provocar un aumento del rebote del contacto, lo que provoca ciclos adicionales de apertura y cierre no deseados. Una solución es tener contactos bifurcados para minimizar el rebote de los contactos; dos contactos diseñados para cerrarse simultáneamente, pero que rebotan en diferentes momentos para que el circuito no se desconecte brevemente y cause un arco.
Una variante ligera tiene múltiples contactos diseñados para participar en una rápida sucesión. El primero en hacer contacto y el último en romperse experimentarán el mayor desgaste de contacto y formarán una conexión de alta resistencia que causaría un calentamiento excesivo dentro del contactor. Sin embargo, al hacerlo, protegerá el contacto principal de la formación de arco eléctrico, por lo que se establecerá una resistencia de contacto baja un milisegundo más tarde. Esta técnica solo es efectiva si los contactores se desconectan en orden inverso al que se conectaron. De lo contrario, el efecto dañino del arco se dividirá uniformemente entre ambos contactores.
Otra técnica para mejorar la vida útil de los contactores es la limpieza de contactos ; los contactos se mueven uno al lado del otro después del contacto inicial para eliminar cualquier contaminación.
Supresión de arco
Sin una protección de contacto adecuada , la aparición de un arco eléctrico provoca una degradación significativa de los contactos, que sufren daños importantes. Se produce un arco eléctrico entre los dos puntos de contacto (electrodos) cuando pasan de cerrado a abierto (arco de ruptura) o de abierto a cerrado (arco de cierre). El arco de ruptura suele ser más enérgico y, por lo tanto, más destructivo.
El calor desarrollado por el arco eléctrico resultante es muy alto, lo que finalmente hace que el metal en el contacto migre con la corriente. La temperatura extremadamente alta del arco (decenas de miles de grados Celsius) agrieta las moléculas de gas circundantes creando ozono , monóxido de carbono y otros compuestos. La energía del arco destruye lentamente el metal de contacto, lo que hace que parte del material se escape al aire en forma de partículas finas. Esta actividad hace que el material de los contactos se degrade con el tiempo, lo que finalmente da como resultado la falla del dispositivo. Por ejemplo, un contactor correctamente aplicado tendrá una vida útil de 10.000 a 100.000 operaciones cuando funcione con energía; que es significativamente menor que la vida útil mecánica (sin motor) del mismo dispositivo, que puede superar los 20 millones de operaciones.
La mayoría de los contactores de control de motores de bajo voltaje (600 voltios y menos) son contactores de rotura de aire; el aire a presión atmosférica rodea los contactos y extingue el arco al interrumpir el circuito. Los controladores modernos de motores de CA de media tensión utilizan contactores de vacío. Los contactores de CA de alto voltaje (más de 1000 voltios) pueden usar vacío o un gas inerte alrededor de los contactos. Los contactores de CC de alto voltaje (más de 600 V) aún dependen del aire dentro de conductos de arco especialmente diseñados para romper la energía del arco. Las locomotoras eléctricas de alto voltaje pueden aislarse de su suministro aéreo mediante disyuntores montados en el techo accionados por aire comprimido; se puede usar el mismo suministro de aire para "soplar" cualquier arco que se forme.
Calificaciones
Los contactores se clasifican según la corriente de carga diseñada por contacto (polo), la corriente máxima de resistencia a fallas, el ciclo de trabajo, la vida útil prevista, el voltaje y el voltaje de la bobina. Un contactor de control de motor de uso general puede ser adecuado para trabajos pesados de arranque en motores grandes; Los llamados contactores de "propósito definido" se adaptan cuidadosamente a aplicaciones tales como el arranque de motores de compresores de aire acondicionado. Las clasificaciones norteamericanas y europeas para contactores siguen diferentes filosofías, con los contactores norteamericanos de uso general para máquinas herramienta que generalmente enfatizan la simplicidad de la aplicación, mientras que el propósito definido y la filosofía de clasificación europea enfatizan el diseño para el ciclo de vida previsto de la aplicación.
Categorías de utilización de IEC
La clasificación actual del contactor depende de la categoría de uso . Ejemplos de categorías IEC en la norma 60947 se describen como:
- AC-1 - Cargas no inductivas o ligeramente inductivas, hornos de resistencia
- AC-2 - Arranque de motores de anillos colectores : arranque, desconexión
- AC-3 - Arranque de motores de jaula de ardilla y apagado solo después de que el motor haya alcanzado la velocidad. (Hacer amperios de rotor bloqueado (LRA), romper amperios de carga completa (FLA))
- AC-4 - Arranque de motores de jaula de ardilla con trabajo de avance lento y taponado. Arranque / parada rápidos. (Hacer y deshacer LRA)
Los relés y bloques de contactos auxiliares están clasificados de acuerdo con IEC 60947-5-1.
- AC-15 - Control de cargas electromagnéticas (> 72 VA)
- DC-13 - Control de electroimanes
NEMA
Los contactores NEMA para motores de bajo voltaje (menos de 1,000 voltios) están clasificados de acuerdo con el tamaño NEMA , lo que proporciona una clasificación de corriente continua máxima y una clasificación por caballos de fuerza para motores de inducción conectados. Los tamaños de contactores estándar NEMA se designan de 00, 0, 1, 2, 3 a 9.
Las clasificaciones de caballos de fuerza se basan en el voltaje y en las características típicas del motor de inducción y el ciclo de trabajo, como se indica en la norma NEMA ICS2. Los ciclos de trabajo excepcionales o los tipos de motores especializados pueden requerir un tamaño de arrancador NEMA diferente al valor nominal. La literatura del fabricante se utiliza para guiar la selección de cargas que no son de motor, por ejemplo, iluminación incandescente o capacitores de corrección del factor de potencia. Los contactores para motores de media tensión (más de 1.000 voltios) se clasifican por tensión y capacidad de corriente.
Los contactos auxiliares de los contactores se utilizan en circuitos de control y están clasificados con clasificaciones de contacto NEMA para el servicio del circuito piloto requerido. Normalmente, estos contactos no se utilizan en circuitos de motor. La nomenclatura es una letra seguida de un número de tres dígitos, la letra designa la clasificación de corriente de los contactos y el tipo de corriente (es decir, CA o CC) y el número designa los valores de diseño de voltaje máximo.
Aplicaciones
Control de iluminación
Los contactores se utilizan a menudo para proporcionar un control central de grandes instalaciones de iluminación, como un edificio de oficinas o un edificio comercial. Para reducir el consumo de energía en las bobinas de los contactores, se utilizan contactores de enclavamiento, que tienen dos bobinas de operación. Una bobina, momentáneamente energizada, cierra los contactos del circuito de potencia, que luego se mantienen cerrados mecánicamente; la segunda bobina abre los contactos.
Arrancador magnético
Un arrancador magnético es un dispositivo diseñado para proporcionar energía a motores eléctricos. Incluye un contactor como componente esencial, al mismo tiempo que proporciona protección contra corte de energía, bajo voltaje y sobrecarga.
Contactor de vacío
Los contactores de vacío utilizan contactos encapsulados en botellas de vacío para suprimir el arco. Esta supresión de arco permite que los contactos sean mucho más pequeños y ocupen menos espacio que los contactos de rotura de aire a corrientes más altas. Como los contactos están encapsulados, los contactores de vacío se utilizan de forma bastante generalizada en aplicaciones sucias, como la minería. Los contactores de vacío también se utilizan ampliamente en voltajes medios de 1000 a 5000 voltios, lo que desplaza eficazmente los disyuntores llenos de aceite en muchas aplicaciones.
Los contactores de vacío solo son aplicables para su uso en sistemas de CA. El arco de CA generado al abrir los contactos se autoextinguirá en el cruce por cero de la forma de onda de la corriente, y el vacío evitará un reinicio del arco a través de los contactos abiertos. Por lo tanto, los contactores de vacío son muy eficientes para interrumpir la energía de un arco eléctrico y se utilizan cuando se requiere una conmutación relativamente rápida, ya que el tiempo máximo de interrupción está determinado por la periodicidad de la forma de onda de CA. En el caso de una potencia de 60 Hz (estándar norteamericano), la potencia se interrumpirá en 1/120 o 0,008333 de segundo.
Relé de mercurio
Un relé de mercurio , a veces llamado relé de desplazamiento de mercurio, o contactor de mercurio, es un relé que utiliza el metal líquido mercurio en un recipiente sellado y aislado como elemento de conmutación.
Relé mojado por mercurio
Un relé mojado con mercurio es una forma de relé, normalmente un relé de lengüeta , en el que los contactos están mojados con mercurio. Estos no se consideran contactores porque no están diseñados para corrientes superiores a 15 amperios.
Operación del árbol de levas
Cuando se va a operar una serie de contactores en secuencia, esto puede hacerse mediante un árbol de levas en lugar de mediante electroimanes individuales. El árbol de levas puede ser accionado por un motor eléctrico o un cilindro neumático. Antes de la llegada de la electrónica de estado sólido , el sistema de árbol de levas se usaba comúnmente para el control de velocidad en locomotoras eléctricas .
Diferencias entre un relé y un contactor
Además de sus clasificaciones de corriente y clasificación para el control del circuito del motor, los contactores a menudo tienen otros detalles de construcción que no se encuentran en los relés. A diferencia de los relés de menor potencia, los contactores generalmente tienen estructuras especiales para la supresión de arco que les permiten interrumpir corrientes pesadas, como la corriente de arranque de arranque del motor. Los contactores generalmente tienen provisión para la instalación de bloques de contactos adicionales, clasificados para servicio piloto, utilizados en circuitos de control de motores.
- Es raro ver altos voltajes de bobina para relés, pero a menudo se encuentran con contactores con voltajes de bobina desde 24 V CA / CC hasta 600 V CA posible
- Los relés suelen tener contactos normalmente cerrados; los contactores generalmente no lo hacen (cuando están desenergizados, no hay conexión).
- Los arrancadores de motor combinados solo utilizan contactores
- Los tiempos de conmutación son mucho más rápidos para los relés.