Application et maintenance des contacteurs à courant alternatif | Analyse complète du traitement des pannes courantes maîtrisez-le en un article

1 Analyse des composants clés des contacteurs à courant alternatif

Un contacteur à courant alternatif est un interrupteur électromagnétique automatisé utilisé pour le commutage de longue durée et à haute fréquence des circuits principaux et de commande en courant alternatif. Il présente des avantages tels que l'opération automatique, la protection contre les sous-tensions et les absences de tension, une capacité de fonctionnement élevée, une grande stabilité et des exigences de maintenance réduites. Dans les circuits de commande électrique des machines-outils, les contacteurs à courant alternatif sont principalement utilisés pour contrôler les moteurs électriques et autres charges.

Les composants clés d'un contacteur à courant alternatif comprennent le système électromagnétique, le système de contacts et le dispositif d'extinction d'arc, etc. Il est principalement composé de parties structurelles telles que les contacts principaux, le noyau mobile, la bobine, le noyau fixe et les contacts auxiliaires.

1.1 Système électromagnétique

Le système électromagnétique d'un contacteur à courant alternatif se compose principalement d'une bobine, d'un noyau mobile, d'un noyau fixe et d'un anneau de court-circuit. Lorsque la bobine de commande est alimentée ou déconnectée, elle effectue respectivement l'action d'attraction ou de libération, ce qui permet de maintenir les contacts mobiles et fixes dans l'état ouvert ou fermé, afin de réaliser le but de la commutation du circuit.

Pour réduire les pertes par courants de Foucault et par hystérésis, le noyau et l'armature d'un contacteur à courant alternatif sont principalement fabriqués par laminage de feuilles de silicium en forme de E lors de la production. Pour augmenter la surface de dissipation de chaleur et éviter la surchauffe, la bobine est fabriquée sous forme de cylindre épais et petit enroulé sur un cadre isolant, avec une certaine distance maintenue entre elle et le noyau pour éviter le chevauchement. Le noyau en forme de E réserve un jeu d'air de 0,1 à 0,2 mm sur la face de l'axe central pour réduire l'effet du champ magnétique résiduel et empêcher le blocage de l'armature.

Lorsque le contacteur à courant alternatif est en fonctionnement, le courant alternatif dans la bobine crée un champ magnétique alternatif dans le noyau, provoquant les oscillations de l'armature et générant du bruit. Une rainure est prévue à chaque extrémité du noyau et de l'armature, et un anneau de court-circuit en cuivre ou en alliage nickel-chrome est inséré dans la rainure pour résoudre le problème ci-dessus. Après l'installation d'un anneau de court-circuit, lorsque le courant alternatif circule dans un enroulement, des flux magnétiques Φ₁ et Φ₂ de phases différentes sont formés, assurant ainsi qu'il y ait toujours une force d'attraction entre le noyau et l'armature, réduisant considérablement les vibrations et le bruit.

1.2 Système de contacts

Il existe trois types de contacts de contacteur à courant alternatif, à savoir le type de contact ponctuel, le type de contact linéaire et le type de contact de surface, comme illustré dans la figure suivante. Selon la forme structurale, ils peuvent être divisés en contacts pont et contacts doigts. Les contacts pont incluent le type de pont à contact ponctuel et le type de pont à contact de surface, qui conviennent à différents cas de courant. Les contacts doigts sont généralement en mode de contact linéaire, et leur surface de contact est une ligne droite, ce qui convient aux occasions fréquentes et à fort courant. Selon la capacité de connexion et de disjonction, ils peuvent être divisés en contacts principaux et contacts auxiliaires. Les contacts principaux conviennent aux circuits principaux à fort courant, et il y a généralement 3 paires de contacts normalement ouverts. Les contacts auxiliaires conviennent aux circuits de commande à faible courant, et il y a généralement 2 paires de contacts normalement ouverts et 2 paires de contacts normalement fermés.

1.3 Dispositif d'extinction d'arc

Pour les circuits à fort courant ou à haute tension, des arcs se produisent inévitablement lors de l'ouverture des contacteurs à courant alternatif, provoquant la combustion des contacts, l'endommagement de l'appareil, affectant sa durée de vie, et même interférant avec le temps de coupure du circuit ; dans les cas graves, cela peut conduire à des incendies. Pour des raisons de sécurité, tous les contacteurs ayant une capacité supérieure à 10 A doivent être équipés d'un dispositif d'extinction d'arc. Les méthodes d'extinction d'arc couramment utilisées dans les contacteurs à courant alternatif comprennent l'extinction d'arc par double rupture de force électrique, l'extinction d'arc par fentes longitudinales et l'extinction d'arc par grille.

Le dispositif d'extinction d'arc par double rupture de force électrique divise l'arc en deux parties, et étire l'arc par la force électrique du circuit de contact lui-même, afin de réaliser la dissipation thermique et le refroidissement de l'arc et d'atteindre le but de son extinction. Le dispositif d'extinction d'arc par fentes longitudinales est fabriqué en argile résistante à l'arc, ciment d'amiante et autres matériaux, avec une ou plusieurs fentes longitudinales sur son côté interne, ce qui peut augmenter la surface de contact entre l'arc et la paroi de la chambre d'extinction d'arc, et atteindre l'effet d'extinction de l'arc en le comprimant. Lorsque les contacts sont dans l'état séparé, l'arc est envoyé dans les fentes par un champ magnétique externe ou une force électrique, et l'énergie thermique est transférée à la paroi de la chambre d'extinction d'arc, de sorte que l'arc s'éteint rapidement.

Sur cette base, une nouvelle structure de dispositif d'extinction d'arc par grille est proposée. La grille métallique adopte des plaques de fer galvanisées ou recouvertes de cuivre en forme de hache et est insérée dans le couvercle d'extinction d'arc. L'arc formé par la rupture des contacts génère un champ magnétique puissant, et la présence de la résistance magnétique rend l'intensité du champ électrique dans cette zone inégale, tirant ainsi l'arc vers les interstices de la grille pour former des arcs courts. Chaque grille agit comme une électrode, divisant la chute de tension totale de l'arc en plusieurs sections, et la tension d'arc entre chaque section est inférieure à la tension d'amorçage de l'arc. En même temps, la grille dissipe la chaleur pour éliminer l'arc rapidement, réalisant l'effet d'extinction [3-5].

1.4 Composants auxiliaires

Les composants auxiliaires d'un contacteur à courant alternatif comprennent un ressort de réaction, un ressort tampon, un ressort de pression de contact, un mécanisme de transmission, une base, etc. Le ressort de réaction pousse l'armature pour relâcher l'énergie après une panne de courant, de sorte que les contacts reviennent à leur état initial. Le ressort tampon peut atténuer la force d'impact. Le ressort de pression de contact peut augmenter considérablement la pression de contact et réduire la résistance de contact. Les contacts opérationnels sont actionnés par l'armature ou le ressort de réaction pour les contrôler afin qu'ils soient connectés ou déconnectés.

2 Utilisation correcte des contacteurs à courant alternatif

2.1 Principes de sélection des contacteurs à courant alternatif

La tension nominale des contacts principaux ne doit pas être inférieure à la tension nominale du circuit de commande. Le courant nominal des contacts principaux doit répondre aux exigences de charge : pour les charges résistives, il doit être égal au courant nominal ; pour les charges de moteur, il doit être légèrement supérieur au courant nominal. La tension de la bobine d'attraction est choisie en fonction de la complexité du circuit de commande : 380 V ou 220 V peuvent être choisis pour les circuits simples, et 36 V ou 110 V pour les circuits complexes. Le nombre et le type de contacts doivent répondre aux normes de base du circuit de commande.

2.2 Installation et maintenance des contacteurs à courant alternatif

Pour l'inspection pré-installation, il est nécessaire de confirmer si les données techniques du contacteur (telles que la tension nominale, le courant, la fréquence de fonctionnement, etc.) sont conformes aux normes, vérifier si l'apparence est endommagée et si le mouvement est flexible, et mesurer la valeur de résistance directe et la valeur de résistance d'isolement de la bobine. La position d'installation doit être verticale, avec une inclinaison ne dépassant pas 5°, et le côté avec les trous de refroidissement doit faire face à la direction verticale. Lors de l'installation et du câblage, évitez que des pièces telles que des vis, des rondelles et des bornes tombent, ce qui pourrait entraîner le blocage ou le court-circuit du contacteur à courant alternatif.

Après l'installation, il est nécessaire de vérifier si le câblage est correct. Sans alimenter les contacts principaux, alimentez et déconnectez le contacteur plusieurs fois pour vérifier le mouvement des contacts principaux et s'il y a du bruit après l'attraction du noyau. Il ne peut être mis en service que s'il n'y a pas d'erreur. Il n'est pas permis de connecter le contacteur à courant alternatif à une alimentation en courant continu, sinon la bobine sera brûlée.

3 Pannes courantes et méthodes de maintenance des contacteurs à courant alternatif

3.1 Pannes des contacts principaux

3.1.1 Étincelages intenses au moment de la connexion et de la disconnexion des contacts principaux mobiles et fixes

Lorsque la charge fonctionne normalement, des étincelles se produisent au moment où les contacts sont connectés et déconnectés. La surface de contact forme des petites cavités irrégulières en raison de la température élevée de l'arc, ce qui entraîne une diminution de la surface de contact, une augmentation du courant et des étincelages intenses. Pour réparer les contacts endommagés, il est nécessaire de vérifier le degré de dommage de la surface de contact ; le contact ne peut être réparé que si son épaisseur est supérieure à 2/3 de l'épaisseur initiale. Lors de la réparation des contacts, placez d'abord du papier de verre fin sur une surface horizontale, puis aplanissez les contacts endommagés sur le papier de verre, vérifiez la situation de réparation jusqu'à ce que tous les points endommagés soient polis, et traitez enfin les bavures.

3.1.2 Fusion, brûlure et adhérence des contacts principaux mobiles et fixes

Les principales causes de la fusion, de la brûlure et de l'adhérence des contacts principaux mobiles et fixes incluent le court-circuit de la charge, le court-circuit du circuit principal, ou la réduction de l'impédance de la charge. Parmi ces causes, la survenue simultanée de court-circuit et de court-circuit du circuit principal est le facteur clé. En raison des besoins de travail, la fréquence d'utilisation du contacteur à courant alternatif varie de basse à haute ; lors de la connexion et de la disconnexion fréquentes des contacts, la température de surface augmente, et sous l'action de l'arc, les contacts principaux mobiles et fixes finissent par fondre, brûler et adhérer.

Il existe généralement deux méthodes de traitement : premièrement, remplacer le contacteur à courant alternatif par un modèle ayant une tension et un courant nominaux plus élevés ; deuxièmement, réparer le contacteur à courant alternatif : remplacer les contacts par des spécifications identiques, nettoyer les dépôts de carbone autour des contacts mobiles et fixes, etc., et connecter des dispositifs d'extinction d'arc RC en parallèle avec chacune des 3 paires de contacts principaux.

3.2 Pannes des contacts auxiliaires

3.2.1 Résistance de contact trop élevée des contacts auxiliaires mobiles et fixes

Une résistance de contact trop élevée des contacts auxiliaires mobiles et fixes entraînera une augmentation de l'impédance du circuit de commande et une diminution de la tension. Il y a deux raisons principales à ce phénomène : premièrement, une grande quantité de taches d'huile et de poussière s'est déposée sur les contacts ; deuxièmement, une couche d'oxyde s'est formée sur la surface de contact. Sur la base du mécanisme de protection par sous-tension du contacteur à courant alternatif, lorsque la tension à travers la bobine du contacteur à courant alternatif est inférieure à 85 % de la tension nominale, le circuit de commande cessera de fonctionner. La solution consiste à retirer les contacts, à les essuyer avec un chiffon propre, puis à traiter doucement la surface de contact avec du papier de verre fin.

3.2.2 Étincelages intenses au moment de la connexion et de la disconnexion des contacts auxiliaires mobiles et fixes

Les principales raisons de cette panne peuvent être que le circuit contrôlé a subi un court-circuit, ou que la valeur d'impédance des composants dissipateurs d'énergie dans le circuit de commande a diminué, etc.

3.3 Pannes de la bobine

3.3.1 Circuit ouvert de la bobine

Un circuit ouvert de la bobine du contacteur à courant alternatif entraînera la non-fonction de la circuit de commande. Ce phénomène est relativement rare et est généralement causé par des problèmes de qualité du contacteur ou une installation incorrecte lors de l'assemblage.

3.3.2 Court-circuit de la bobine

Un court-circuit de la bobine du contacteur à courant alternatif entraînera la rupture du fusible de protection contre les courts-circuits dans le circuit de commande. Une situation courante de court-circuit de la bobine est que la tension alternative appliquée aux bornes de la bobine n'est pas de 0,85 à 1,05 fois la tension nominale ; le fonctionnement prolongé de la bobine sous une tension basse ou élevée peut causer un court-circuit. Une bobine de contacteur à courant alternatif endommagée doit être remplacée ; lors du remplacement de la bobine, attention doit être portée à la taille de la bobine, à la tension nominale et à la spécification du contacteur à courant alternatif.

3.4 Pannes des surfaces de contact des noyaux mobiles et fixes

3.4.1 Adhérence des surfaces de contact des noyaux mobiles et fixes

La principale raison de cette panne est la présence de taches d'huile sur les surfaces de contact des noyaux mobiles et fixes. Après avoir appuyé sur le bouton de démarrage, le moteur fonctionne normalement, mais en appuyant sur le bouton d'arrêt, la bobine du contacteur à courant alternatif perd l'alimentation, les contacts ne retournent pas à leur état initial, et le moteur continue de fonctionner. Après avoir relâché le bouton d'arrêt, la bobine reste alimentée, et le moteur continue de fonctionner. La méthode de traitement consiste à nettoyer les surfaces de contact des noyaux mobiles et fixes.

3.4.2 Bruit fort du noyau

Les principales raisons du bruit fort du noyau sont la rupture de l'anneau de court-circuit, ou une grande quantité de rouille sur les surfaces de contact des noyaux mobiles et fixes. Pour le cas d'une grande quantité de rouille, du papier de verre fin peut être utilisé pour traiter la surface de contact. Si l'anneau de court-circuit est endommagé, le noyau est généralement remplacé pour réparer la panne.

4 Conclusion

L'utilisation correcte, le diagnostic des pannes et les compétences de maintenance des contacteurs à courant alternatif sont cruciaux pour le fonctionnement stable des systèmes de commande électrique. Afin d'améliorer l'efficacité de service des contacteurs à courant alternatif et de prolonger leur durée de vie, les pannes courantes doivent être réparées en temps opportun pour réduire le taux de panne pendant la production.