Aplicació i manteniment de contactors AC | Anàlisi exhaustiva del tractament de les faltes més comunes, assoleix la maestría en un sol article

1 Anàlisi dels components clau dels contactors AC

Un contactor AC és un interruptor electromagnètic automàtic utilitzat per a la commutació de circuits principals i de control d'AC a llarg termini i alta freqüència. Té avantatges com l'operació automàtica, la protecció contra baixa tensió i sense tensió, operació d'alta capacitat, forta estabilitat i baixes necessitats de manteniment. En els circuits de control elèctric de les màquines-herramienta, els contactors AC s'utilitzen principalment per controlar motors elèctrics i altres càrregues.

Els components clau d'un contactor AC inclouen el sistema electromagnètic, el sistema de contactes i el dispositiu d'extinció d'arc, entre d'altres. Està compost principalment per parts estructurals com els contactes principals, el nucli mòbil, la bobina, el nucli fixe i els contactes auxiliars.

1.1 Sistema electromagnètic

El sistema electromagnètic d'un contactor AC es compón principalment d'una bobina, un nucli mòbil, un nucli fixe i un anell de curcuit. Quan la bobina de control està energitzada o desenergitzada, completarà respectivament l'acció de tracció o alliberament, que pot mantenir els contactes mòbils i fixos en estat obert o tancat respectivament, així doncs, per a assolir l'objectiu de commutar el circuit.

Per reduir les pèrdues per corrents de Foucault i histeresis, el nucli i l'armadura d'un contactor AC són fabricats principalment laminant fulls de ferro siliciós en forma de E durant la producció. Per augmentar l'àrea de dissipació de calor i evitar que es quemi, la bobina es fa en forma de cilindre gruixut i petit envoltat en un marc aïllant, amb una certa distància mantenida entre aquesta i el nucli per evitar la superposició. El nucli en forma de E reserva una fenda d'aire de 0,1 - 0,2 mm en la superfície del cilindre mitjà per reduir l'efecte del camp magnètic residual i evitar que l'armadura s'encall.

Quan el contactor AC està treballant, la corrent alternada a la bobina forma un camp magnètic altern en el nucli, causant que l'armadura oscil·li i generi soroll. Es proporciona una ranura a cada extrem del nucli i de l'armadura, i s'incrusta un anell de curcuit fet de cobre o alli de níquel-crom en la ranura per solucionar el problema anterior. Després d'instal·lar un anell de curcuit, quan la corrent alternada flueix a través d'un voltant, es formaran fluxos magnètics Φ₁ i Φ₂ amb fases diferents, assegurant així que sempre hi hagi una força d'atracció entre el nucli i l'armadura, reduint granment la vibració i el soroll.

1.2 Sistema de contactes

Hi ha tres tipus de contactes de contactors AC, a saber, de contacte puntual, de contacte lineal i de contacte superficial, com es mostra en la següent figura. Segons la forma estructural, es poden dividir en contactes de pont i contactes de dit. Els contactes de pont inclouen el tipus de pont de contacte puntual i el tipus de pont de contacte superficial, que són adequats per a ocasions de corrent diferent. Els contactes de dit són la majoria de vegades en mode de contacte lineal, i la seva àrea de contacte és una línia recta, que és adequada per a ocasions freqüents i de gran corrent. Segons la capacitat de connexió i desconexió, es poden dividir en contactes principals i contactes auxiliars. Els contactes principals són adequats per a circuits principals de gran corrent, i generalment hi ha 3 parells de contactes normalment oberts. Els contactes auxiliars són adequats per a circuits de control de petita corrent, i generalment hi ha 2 parells de contactes normalment oberts i 2 parells de contactes normalment tancats.

1.3 Dispositiu d'extinció d'arc

En circuits de gran corrent o alta tensió, ineluctablement es produeixen arcs quan els contactors AC s'obreixen, causant la cremada dels contactes, danys al dispositiu, afectant la seva vida útil, i fins i tot interferint amb el temps de tall del circuit; en casos greus, pot arribar a provocar incendis. Per raons de seguretat, tots els contactors amb una capacitat superior als 10 A han de estar equipats amb un dispositiu d'extinció d'arc. Els mètodes d'extinció d'arc comunament utilitzats en contactors AC inclouen l'extinció d'arc per força elèctrica doble, l'extinció d'arc per ranures longitudinals i l'extinció d'arc per graella.

El dispositiu d'extinció d'arc per força elèctrica doble divideix l'arc en dues parts, i estira l'arc a través de la força elèctrica del propi circuit de contacte, així realitzant la dissipació de calor i refredament de l'arc i assolint l'objectiu d'extingir-lo. El dispositiu d'extinció d'arc per ranures longitudinals està fet de creta resistenta a l'arc, ciment d'amiant i altres materials, amb una o diverses ranures longitudinals en el seu costat interior, que pot ampliar l'àrea de contacte entre l'arc i la paret de la cambra d'extinció d'arc, i assolir l'efecte d'extingir l'arc comprimint-lo. Quan els contactes estan en estat separat, l'arc es porta a les ranures a través d'un camp magnètic extern o força elèctrica, i l'energia calorífica es transmet a la paret de la cambra d'extinció d'arc, de manera que l'arc s'extingeix ràpidament.

A partir d'això, es proposa una nova estructura de supressor d'arc de graella. La graella metàlica adopta fulles de ferro galvanitzades o cobertes de cobre en forma de zig-zag i s'insereix a la capsa d'extinció d'arc. L'arc format pel tall del contacte genera un fort camp magnètic, i l'existència de la resistència magnètica fa que la intensitat del camp elèctric en aquesta àrea sigui irregular, així tirant l'arc a les fentes de la graella per formar arcs curts. Cada graella actua com un electro, dividint la caiguda total de tensió de l'arc en diverses seccions, i la tensió d'arc entre cada secció és inferior a la tensió d'enclavament. Alhora, la graella dissipa calor per eliminar l'arc ràpidament, assolint l'efecte d'extingir [3-5].

1.4 Components auxiliars

Els components auxiliars d'un contactor AC inclouen una molla de reacció, una molla d'amortització, una molla de pressió de contacte, un mecanisme de transmissió, una base, etc. La molla de reacció empeny l'armadura per alliberar energia després de la falta d'alimentació, de manera que els contactes tornin al seu estat original. La molla d'amortització pot atenuar la força d'impacte. La molla de pressió de contacte pot augmentar considerablement la pressió de contacte i reduir la resistència de contacte. Els contactes operatius són impulsats per l'armadura o la molla de reacció per controlar-los per connectar-los o desconectar-los.

2 Ús adequat dels contactors AC

2.1 Principis de selecció dels contactors AC

La tensió nominal dels contactes principals no ha de ser inferior a la tensió nominal del circuit de control. La corrent nominal dels contactes principals ha de complir els requisits de càrrega: per càrregues resistives, ha de ser igual a la corrent nominal; per càrregues de motor, ha de ser lleugerament superior a la corrent nominal. La tensió de la bobina d'atracció s'escull segons la complexitat del circuit de control: es pot escollir 380 V o 220 V per circuits simples, i 36 V o 110 V per circuits complexos. El nombre i tipus de contactes han de complir els estàndards bàsics del circuit de control.

2.2 Instal·lació i manteniment dels contactors AC

Per a la inspecció pre-instal·lació, cal confirmar si les dades tècniques del contactor (com la tensió i corrent nominals, la freqüència d'operació, etc.) compleixen els estàndards, comprovar si l'aparença està deteriorada i el moviment és flexible, i mesurar el valor de la resistència DC i el valor de la resistència d'isolament de la bobina. La posició d'instal·lació ha de ser vertical, amb una inclinació no superior a 5°, i el costat amb les aletas de refrigeració ha de mirar en direcció vertical. Durant la instal·lació i cablejat, s'ha de prevenir que peces com tornills, rondelles i terminals caiguin, ja que podrien causar que el contactor AC s'encalli o s'encurtcircuiti.

Després de la instal·lació, cal comprovar si el cablejat és correcte. Sense energitzar els contactes principals, s'ha d'energitzar i desenergitzar el contactor diverses vegades per comprovar el moviment dels contactes principals i si hi ha soroll després que el nucli s'hagi atraït. Només es pot utilitzar si no hi ha errors. No es permet connectar el contactor AC a una font d'alimentació DC, altrament la bobina es quedarà bruta.

3 Avaries comunes i mètodes de manteniment dels contactors AC

3.1 Avaries dels contactes principals

3.1.1 Escintilles severes al moment de la connexió i desconexió dels contactes principals mòbils i fixos

Quan la càrrega està funcionant normalment, es produeixen escintilles al moment que els contactes es connecten i desconecten. La superfície de contacte forma petits pits irregulars degut a l'alta temperatura de l'arc, resultant en una reducció de l'àrea de contacte, un increment de la corrent, i escintilles severes. Per reparar els contactes dañats, cal comprovar el grau de daño a la superfície de contacte; el contacte només es pot reparar si la seva espessor és més de 2/3 de l'espessor original. Quan es reparen els contactes, primer s'ha de col·locar paper de vidre fin a una superfície horitzontal, després es lixa la part dañada del contacte sobre el paper de vidre, s'hi comprova la situació de la reparació fins que totes les zones dañades s'han llistat, i finalment es tracten les barbes.

3.1.2 Fusió, cremat i adhesió dels contactes principals mòbils i fixos

Les causes principals de fusió, cremat i adhesió dels contactes principals mòbils i fixos inclouen el curtcircuït de la càrrega, el curtcircuït del circuit principal, o la reducció de la impedància de la càrrega. D'entre elles, la simultaneïtat del curtcircuït i el curtcircuït del circuit principal és el factor clau. Degut a les necessitats de treball, la freqüència d'operació del contactor AC va des de baixa a alta; durant la connexió i desconexió freqüents dels contactes, la temperatura superficial augmenta, i sota l'acció de l'arc, els contactes principals mòbils i fixos acabaran fonint, cremant i adherint-se.

Hi ha generalment dos mètodes de tractament: primer, substituir el contactor AC per un amb una tensió i corrent més elevades; segon, reparar el contactor AC: substituir els contactes amb la mateixa especificació, netejar els depòsits de carboni al voltant dels contactes mòbils i fixos, etc., i connectar dispositius d'extinció d'arc Resistor-Capacitance (RC) en paral·lel amb cada un dels 3 parells de contactes principals.

3.2 Avaries dels contactes auxiliars

3.2.1 Resistència de contacte excessivament alta dels contactes auxiliars mòbils i fixos

Una resistència de contacte excessivament alta dels contactes auxiliars mòbils i fixos portarà a un increment de la impedància del bucle del circuit de control i una disminució de la tensió. Hi ha dues raons principals per a aquest fenomen: primer, una gran quantitat de safates i polsos s'han depositat en els contactes; segon, s'ha format una capa d'òxid a la superfície de contacte. Basant-se en el mecanisme de protecció contra baixa tensió del contactor AC, quan la tensió a través de la bobina del contactor AC és inferior al 85% de la tensió nominal, el circuit de control deixarà de funcionar. La solució és treure els contactes, netejar-los amb gasa neta, i després tractar suavement la superfície de contacte amb paper de vidre fin.

3.2.2 Escintilles severes al moment de la connexió i desconexió dels contactes auxiliars mòbils i fixos

Les raons principals d'aquest defecte poden ser que el circuit controlat ha experimentat un curtcircuït, o que el valor de la impedància dels components consumidors d'energia en el circuit de control ha disminuït, etc.

3.3 Avaries de la bobina

3.3.1 Circuit obert de la bobina

Un circuit obert de la bobina del contactor AC farà que el circuit de control no funcioni. Aquest fenomen és relativament rar, i generalment es produeix per problemes de qualitat del contactor o per una instal·lació inadequada durant la montatge.

3.3.2 Curtcircuït de la bobina

Un curtcircuït de la bobina del contactor AC farà que el fusible de la protecció contra curtcircuït en el circuit de control es funda. Una situació comuna de curtcircuït de la bobina és que la tensió AC aplicada a través de la bobina no és 0,85-1,05 vegades la tensió nominal; la operació prolongada de la bobina a baixa o alta tensió pot causar un curtcircuït. Una bobina de contactor AC dañada ha de ser substituïda; en substituir la bobina, s'ha de prestar atenció a la mida de la bobina, la tensió nominal, i la especificació del contactor AC.

3.4 Avaries de les superfícies de contacte dels nuclis mòbils i fixos

3.4.1 Adhesió de les superfícies de contacte dels nuclis mòbils i fixos

La raó principal d'aquest defecte és la presència de safates a les superfícies de contacte dels nuclis mòbils i fixos. Després de premer el botó d'inici, el motor funciona normalment, però quan es preme el botó d'atur, la bobina del contactor AC perd la alimentació, els contactes no tornen al seu estat original, i el motor continua funcionant. Després que la mà deixa el botó d'atur, la bobina roman energitzada, i el motor continua funcionant. El mètode de tractament és netejar les superfícies de contacte dels nuclis mòbils i fixos.

3.4.2 Soroll fort del nucli

Les raons principals del soroll fort del nucli són la ruptura de l'anell de curcuit, o una gran quantitat de ferrugem a les superfícies de contacte dels nuclis mòbils i fixos. Per al cas d'una gran quantitat de ferrugem, es pot utilitzar paper de vidre fin per tractar la superfície de contacte. Si l'anell de curcuit està dañat, generalment es substitueix el nucli per reparar el defecte.

4 Conclusió

L'ús adequat, el diagnòstic d'avaries i les habilitats de manteniment dels contactors AC són crucials per a l'operació estable dels sistemes de control elèctric. Per a millorar l'eficiència de servei dels contactors AC i allargar la seva vida útil, s'han de reparar les avaries comunes de manera oportuna per reduir la taxa de fallada durant la producció.