Aplicación y Mantenimiento de Contactores AC | Análisis Completo del Manejo de Fallos Comunes, Dominarlo en un Solo Artículo
1 Análisis de los Componentes Clave de los Contactoras de CA
Un contactor de CA es un interruptor electromagnético automatizado utilizado para el conmutado a largo plazo y de alta frecuencia de circuitos principales y de control de CA. Presenta ventajas como operación automática, protección contra subtensión y falta de tensión, operación de alta capacidad, gran estabilidad y bajos requisitos de mantenimiento. En los circuitos de control eléctrico de máquinas herramientas, los contactores de CA se utilizan principalmente para controlar motores eléctricos y otras cargas.
Los componentes clave de un contactor de CA incluyen el sistema electromagnético, el sistema de contactos y el dispositivo de extinción de arco, entre otros. Está compuesto principalmente por partes estructurales como contactos principales, núcleo móvil, bobina, núcleo fijo y contactos auxiliares.
1.1 Sistema Electromagnético
El sistema electromagnético de un contactor de CA se compone principalmente de una bobina, un núcleo móvil, un núcleo fijo y un anillo de cortocircuito. Cuando la bobina de control está energizada o desenergizada, completará la acción de atracción o liberación respectivamente, lo que puede mantener los contactos móviles y fijos en estado abierto o cerrado respectivamente, para lograr el propósito de conmutar el circuito.
Para reducir las pérdidas por corriente de Foucault y de histeresis, el núcleo y el armadura de un contactor de CA se fabrican principalmente laminando láminas de acero silicio en forma de E durante la producción. Para aumentar el área de disipación de calor y evitar que se queme, la bobina se hace en forma de cilindro grueso y pequeño enrollado en un marco aislante, manteniendo una cierta distancia entre ella y el núcleo para evitar superposiciones. El núcleo en forma de E reserva un espacio de aire de 0,1 - 0,2 mm en la cara del cilindro central para reducir el efecto del campo magnético residual y prevenir que el armadura se atasque.
Cuando el contactor de CA está funcionando, la corriente alterna en la bobina forma un campo magnético alterno en el núcleo, causando que el armadura vibre y genere ruido. Se proporciona una ranura en cada extremo del núcleo y del armadura, y se incrusta un anillo de cortocircuito hecho de cobre o aleación de níquel-cromo en la ranura para resolver el problema mencionado. Después de instalar un anillo de cortocircuito, cuando fluye corriente alterna a través de un devanado, se formarán flujos magnéticos Φ₁ y Φ₂ con diferentes fases, asegurando así que siempre haya una fuerza de atracción entre el núcleo y el armadura, reduciendo enormemente la vibración y el ruido.
1.2 Sistema de Contactos
Existen tres tipos de contactos de contactor de CA, a saber, tipo de contacto puntual, tipo de contacto lineal y tipo de contacto superficial, como se muestra en la siguiente figura. Según la forma estructural, se pueden dividir en contactos puente y contactos dedo. Los contactos puente incluyen tipo de contacto puente puntual y tipo de contacto puente superficial, que son adecuados para diferentes ocasiones de corriente. Los contactos dedo son mayormente de modo de contacto lineal, y su área de contacto es una línea recta, lo que es adecuado para ocasiones frecuentes y de alta corriente. Según la capacidad de conexión y desconexión, se pueden dividir en contactos principales y contactos auxiliares. Los contactos principales son adecuados para circuitos principales de alta corriente, y generalmente hay 3 pares de contactos normalmente abiertos. Los contactos auxiliares son adecuados para circuitos de control de baja corriente, y generalmente hay 2 pares de contactos normalmente abiertos y 2 pares de contactos normalmente cerrados.
1.3 Dispositivo de Extinción de Arco
Para circuitos de alta corriente o alta tensión, inevitablemente se producirán arcos cuando los contactores de CA se abran, causando quemaduras en los contactos, daños al dispositivo, afectando su vida útil e incluso interfiriendo con el tiempo de apertura del circuito; en casos graves, puede provocar incendios. Por razones de seguridad, todos los contactores con una capacidad superior a 10 A deben estar equipados con un dispositivo de extinción de arco. Los métodos de extinción de arco comúnmente utilizados en contactores de CA incluyen extinción de arco de doble interrupción por fuerza eléctrica, extinción de arco por ranura longitudinal y extinción de arco por rejilla.
El dispositivo de extinción de arco de doble interrupción por fuerza eléctrica divide el arco en dos partes, y estira el arco a través de la fuerza eléctrica del propio circuito de contactos, para lograr la disipación de calor y enfriamiento del arco y alcanzar el propósito de extinguirlo. El dispositivo de extinción de arco por ranura longitudinal está hecho de arcilla resistente al arco, cemento de amianto y otros materiales, con una o más ranuras longitudinales en su lado interno, lo que puede expandir el área de contacto entre el arco y la pared de la cámara de extinción de arco, y lograr el efecto de extinguir el arco comprimiéndolo. Cuando los contactos están en estado separado, el arco se envía a las ranuras a través de un campo magnético externo o fuerza eléctrica, y la energía térmica se transfiere a la pared de la cámara de extinción de arco, para que el arco se extinga rápidamente.
Basándose en esto, se propone una nueva estructura de extintor de arco de rejilla. La rejilla metálica adopta láminas de hierro galvanizadas o chapadas en cobre en forma de zigzag y se inserta en la cubierta de extinción de arco. El arco formado por la ruptura de los contactos genera un fuerte campo magnético, y la existencia de resistencia magnética hace que la intensidad del campo eléctrico en esta área sea desigual, tirando así del arco hacia los espacios de la rejilla para formar arcos cortos. Cada rejilla actúa como un electrodo, dividiendo toda la caída de voltaje del arco en varios segmentos, y el voltaje de arco entre cada segmento es menor que el voltaje de ignición del arco. Al mismo tiempo, la rejilla disipa el calor para eliminar el arco rápidamente, logrando el efecto de extinguir [3-5].
1.4 Componentes Auxiliares
Los componentes auxiliares de un contactor de CA incluyen un resorte de reacción, un resorte amortiguador, un resorte de presión de contacto, un mecanismo de transmisión, una base, etc. El resorte de reacción empuja el armadura para liberar energía después de un corte de energía, para que los contactos regresen a su estado original. El resorte amortiguador puede mitigar la fuerza de impacto. El resorte de presión de contacto puede aumentar enormemente la presión de contacto y reducir la resistencia de contacto. Los contactos de operación son accionados por el armadura o el resorte de reacción para controlar su conexión o desconexión.
2 Uso Adecuado de los Contactoras de CA
2.1 Principios de Selección de los Contactoras de CA
La tensión nominal de los contactos principales no debe ser inferior a la tensión nominal del circuito de control. La corriente nominal de los contactos principales debe cumplir con los requisitos de la carga: para cargas resistivas, debe ser igual a la corriente nominal; para cargas de motor, debe ser ligeramente mayor que la corriente nominal. La tensión de la bobina de atracción se selecciona según la complejidad del circuito de control: se puede seleccionar 380 V o 220 V para circuitos simples, y 36 V o 110 V para circuitos complejos. El número y tipo de contactos deben cumplir con los estándares básicos del circuito de control.
2.2 Instalación y Mantenimiento de los Contactoras de CA
Para la inspección previa a la instalación, es necesario confirmar si los datos técnicos del contactor (como la tensión nominal, corriente, frecuencia de operación, etc.) cumplen con los estándares, verificar si la apariencia está dañada y el movimiento es flexible, y medir el valor de resistencia DC y el valor de resistencia de aislamiento de la bobina. La posición de instalación debe ser vertical, con una inclinación no superior a 5°, y el lado con orificios de disipación de calor debe enfrentar la dirección vertical. Durante la instalación y cableado, evite que piezas como tornillos, arandelas y terminales caigan, lo que puede causar que el contactor de CA se atasque o se produzca un cortocircuito.
Después de la instalación, es necesario verificar si el cableado es correcto. Sin energizar los contactos principales, energice y desenergice el contactor varias veces para comprobar el movimiento de los contactos principales y si hay ruido después de que el núcleo se atrae. Solo se puede poner en uso si no hay errores. No se permite conectar el contactor de CA a una fuente de alimentación DC, de lo contrario, la bobina se quemará.
3 Fallos Comunes y Métodos de Mantenimiento de los Contactoras de CA
3.1 Fallos de Contactos Principales
3.1.1 Chispazos Severos en el Momento de Conectar y Desconectar los Contactos Principales Móviles y Fijos
Cuando la carga está funcionando normalmente, se producen chispazos en el momento en que los contactos se conectan y desconectan. La superficie de contacto forma pequeños cráteres irregulares debido a la alta temperatura del arco, resultando en una reducción del área de contacto, un aumento de la corriente y chispazos severos. Para reparar los contactos dañados, es necesario verificar el grado de daño en la superficie de contacto; el contacto solo se puede reparar si su grosor es más de 2/3 del grosor original. Al reparar los contactos, primero coloque papel de lija fino en una superficie horizontal, luego afine los contactos dañados sobre el papel de lija, verifique la situación de la reparación hasta que todos los puntos dañados se hayan lijado, y finalmente trate las rebabas.
3.1.2 Fusión, Quemadura y Adherencia de los Contactos Principales Móviles y Fijos
Las principales causas de fusión, quemadura y adherencia de los contactos principales móviles y fijos incluyen cortocircuito de la carga, cortocircuito del circuito principal, o reducción de la impedancia de la carga. Entre ellas, la ocurrencia simultánea de cortocircuito y cortocircuito del circuito principal es el factor clave. Debido a las necesidades de trabajo, la frecuencia de operación del contactor de CA varía desde baja a alta; durante la conexión y desconexión frecuente de los contactos, la temperatura de la superficie aumenta, y bajo la acción del arco, los contactos principales móviles y fijos eventualmente se fundirán, quemarán y adherirán.
Generalmente, hay dos métodos de tratamiento: primero, reemplace el contactor de CA con uno de mayor calificación de tensión y corriente; segundo, repare el contactor de CA: reemplace los contactos con la misma especificación, limpie los depósitos de carbono alrededor de los contactos móviles y fijos, etc., y conecte dispositivos de extinción de arco RC en paralelo con cada uno de los 3 pares de contactos principales.
3.2 Fallos de Contactos Auxiliares
3.2.1 Resistencia de Contacto Excesivamente Alta de los Contactos Auxiliares Móviles y Fijos
Una resistencia de contacto excesivamente alta de los contactos auxiliares móviles y fijos llevará a un aumento de la impedancia del bucle del circuito de control y una disminución de la tensión. Hay dos razones principales para este fenómeno: primero, se depositan grandes cantidades de manchas de aceite y polvo en los contactos; segundo, se forma una capa de óxido en la superficie de contacto. Basado en el mecanismo de protección contra subtensión del contactor de CA, cuando la tensión a través de la bobina del contactor de CA es inferior al 85% de la tensión nominal, el circuito de control dejará de funcionar. La solución es sacar los contactos, secarlos con gasa limpia y luego tratar suavemente la superficie de contacto con papel de lija fino.
3.2.2 Chispazos Severos en el Momento de Conectar y Desconectar los Contactos Auxiliares Móviles y Fijos
Las principales razones para este fallo pueden ser que el circuito controlado ha experimentado un cortocircuito, o que el valor de impedancia de los componentes consumidores de energía en el circuito de control ha disminuido, etc.
3.3 Fallos de Bobina
3.3.1 Circuito Abierto de la Bobina
Un circuito abierto de la bobina del contactor de CA hará que el circuito de control no funcione. Este fenómeno es relativamente raro, y generalmente se debe a problemas de calidad del contactor o a una instalación incorrecta durante el ensamblaje.
3.3.2 Cortocircuito de la Bobina
Un cortocircuito de la bobina del contactor de CA hará que el fusible de la protección contra cortocircuitos en el circuito de control se queme. Una situación común de cortocircuito de la bobina es que la tensión CA aplicada a través de la bobina no es de 0,85-1,05 veces la tensión nominal; la operación prolongada de la bobina bajo tensión baja o alta puede causar un cortocircuito. Una bobina de contactor de CA dañada debe ser reemplazada; al reemplazar la bobina, se debe prestar atención al tamaño de la bobina, la tensión nominal y la especificación del contactor de CA.
3.4 Fallos de las Superficies de Contacto de los Núcleos Móviles y Fijos
3.4.1 Adherencia de las Superficies de Contacto de los Núcleos Móviles y Fijos
La principal razón para este fallo es la presencia de manchas de aceite en las superficies de contacto de los núcleos móviles y fijos. Después de presionar el botón de inicio, el motor funciona normalmente, pero al presionar el botón de parada, la bobina del contactor de CA pierde potencia, los contactos no regresan a su estado original, y el motor continúa funcionando. Después de que la mano se separa del botón de parada, la bobina permanece energizada, y el motor continúa funcionando. El método de tratamiento es limpiar las superficies de contacto de los núcleos móviles y fijos.
3.4.2 Ruido Fuerte del Núcleo
Las principales razones para el ruido fuerte del núcleo son la rotura del anillo de cortocircuito, o una gran cantidad de óxido en las superficies de contacto de los núcleos móviles y fijos. Para el caso de una gran cantidad de óxido, se puede usar papel de lija fino para tratar la superficie de contacto. Si el anillo de cortocircuito está dañado, generalmente se reemplaza el núcleo para reparar el fallo.
4 Conclusión
El uso adecuado, el diagnóstico de fallas y las habilidades de mantenimiento de los contactores de CA son cruciales para la operación estable de los sistemas de control eléctrico. Para mejorar la eficiencia de servicio de los contactores de CA y prolongar su vida útil, los fallos comunes deben repararse de manera oportuna para reducir la tasa de fallas durante la producción.
