Applicazione e Manutenzione dei Contattori CA | Analisi Approfondita della Gestione delle Principali Avarie, Padroneggiare il Tutto in un Articolo
1 Analisi dei Componenti Chiave dei Contattori AC
Un contattore AC è un interruttore elettromagnetico automatico utilizzato per la commutazione a lungo termine e ad alta frequenza di circuiti principali e di controllo in corrente alternata. Presenta vantaggi come l'operazione automatica, la protezione contro la sottotensione e la mancanza di tensione, l'operazione ad alta capacità, una forte stabilità e requisiti di manutenzione ridotti. Nei circuiti di controllo elettrico delle macchine utensili, i contattori AC sono principalmente utilizzati per controllare motori elettrici e altri carichi.
I componenti chiave di un contattore AC includono il sistema elettromagnetico, il sistema di contatto e il dispositivo di spegnimento dell'arco, ecc. È principalmente composto da parti strutturali come contatti principali, nucleo mobile, avvolgimento, nucleo fermo e contatti ausiliari.
1.1 Sistema Elettromagnetico
Il sistema elettromagnetico di un contattore AC è costituito principalmente da un avvolgimento, un nucleo mobile, un nucleo fermo e un anello di cortocircuito. Quando l'avvolgimento di controllo viene alimentato o disconnesso, completa rispettivamente l'azione di attrazione o rilascio, che può mantenere i contatti mobili e fissi in stato aperto o chiuso, al fine di realizzare lo scopo di commutare il circuito.
Per ridurre le perdite dovute alle correnti indotte e all'isteresi, il nucleo e l'armatura di un contattore AC sono prodotti principalmente laminando lastre di silicio a forma di E durante la produzione. Per aumentare la superficie dissipativa e evitare il surriscaldamento, l'avvolgimento viene realizzato come un cilindro spesso e piccolo avvolto su un telaio isolante, mantenendo una certa distanza dal nucleo per prevenire sovrapposizioni. Il nucleo a forma di E riserva uno spazio d'aria di 0,1 - 0,2 mm sulla faccia del cilindro centrale per ridurre l'effetto del campo magnetico residuo e prevenire l'inceppaggio dell'armatura.
Quando il contattore AC è in funzione, la corrente alternata nell'avvolgimento genera un campo magnetico alternato nel nucleo, causando l'oscillazione dell'armatura e la generazione di rumore. Viene fornita una scanalatura su ciascuna estremità del nucleo e dell'armatura, e un anello di cortocircuito realizzato in rame o lega nichel-rame è inserito nella scanalatura per risolvere il problema sopra menzionato. Dopo l'installazione di un anello di cortocircuito, quando la corrente alternata fluisce attraverso l'avvolgimento, si formano flussi magnetici Φ₁ e Φ₂ con fasi diverse, garantendo così che ci sia sempre una forza di attrazione tra il nucleo e l'armatura, riducendo notevolmente la vibrazione e il rumore.
1.2 Sistema di Contatto
Ci sono tre tipi di contatti per contattori AC, ovvero a contatto puntuale, a contatto lineare e a contatto superficiale, come mostrato nella figura seguente. In base alla forma strutturale, possono essere divisi in contatti a ponte e contatti a dito. I contatti a ponte includono il tipo a ponte con contatto puntuale e il tipo a ponte con contatto superficiale, adatti a diverse occasioni di corrente. I contatti a dito sono in gran parte in modalità a contatto lineare, e la loro area di contatto è una linea retta, adatta a occasioni frequenti e ad alta corrente. In base alla capacità di accoppiamento e spegnimento, possono essere divisi in contatti principali e contatti ausiliari. I contatti principali sono adatti a circuiti principali ad alta corrente, e generalmente ci sono 3 coppie di contatti normalmente aperti. I contatti ausiliari sono adatti a circuiti di controllo a bassa corrente, e generalmente ci sono 2 coppie di contatti normalmente aperti e 2 coppie di contatti normalmente chiusi.
1.3 Dispositivo di Spegnimento dell'Arco
Per circuiti ad alta corrente o ad alta tensione, inevitabilmente si formeranno archi quando i contattori AC si aprono, causando la bruciatura dei contatti, il danneggiamento del dispositivo, influenzando la sua durata e persino interferendo con il tempo di interruzione del circuito; in casi gravi, potrebbe portare a incendi. Per motivi di sicurezza, tutti i contattori con una capacità superiore a 10 A devono essere dotati di un dispositivo di spegnimento dell'arco. I metodi di spegnimento dell'arco comunemente utilizzati nei contattori AC includono il spegnimento dell'arco a doppia interruzione, il spegnimento dell'arco in scanalature longitudinali e il spegnimento dell'arco a griglia.
Il dispositivo di spegnimento dell'arco a doppia interruzione divide l'arco in due parti, e lo allunga attraverso la forza elettrica del circuito di contatto stesso, al fine di realizzare la dissipazione del calore e il raffreddamento dell'arco e raggiungere lo scopo di spegnerlo. Il dispositivo di spegnimento dell'arco in scanalature longitudinali è realizzato con argilla resistente all'arco, cemento amianto e altri materiali, con una o più scanalature longitudinali sul suo lato interno, che possono espandere l'area di contatto tra l'arco e la parete della camera di spegnimento, e raggiungere l'effetto di spegnimento dell'arco comprimendolo. Quando i contatti sono in stato separato, l'arco viene inviato nelle scanalature attraverso un campo magnetico esterno o forza elettrica, e l'energia termica viene trasferita alla parete della camera di spegnimento, in modo che l'arco si estingua rapidamente.
Su questa base, è stata proposta una nuova struttura di spegnitore a griglia. La griglia metallica adotta fogli di ferro rivestiti di rame a zig-zag o galvanizzati e viene inserita nel coperchio di spegnimento. L'arco formato dall'interruzione del contatto genera un campo magnetico forte, e l'esistenza della resistenza magnetica rende l'intensità del campo elettrico in quest'area non uniforme, trascinando l'arco nelle fessure della griglia per formare archi brevi. Ogni griglia agisce come un elettrodo, dividendo l'intera caduta di tensione dell'arco in più sezioni, e la tensione dell'arco tra ogni sezione è inferiore alla tensione di accensione dell'arco. Allo stesso tempo, la griglia dissipa il calore per eliminare rapidamente l'arco, raggiungendo l'effetto di spegnimento [3-5].
1.4 Componenti Ausiliari
I componenti ausiliari di un contattore AC includono una molla di reazione, una molla smorzatrice, una molla di pressione dei contatti, un meccanismo di trasmissione, una base, ecc. La molla di reazione spinge l'armatura a rilasciare energia dopo il mancato alimentazione, in modo che i contatti tornino allo stato originale. La molla smorzatrice può attenuare la forza d'impatto. La molla di pressione dei contatti può aumentare notevolmente la pressione dei contatti e ridurre la resistenza dei contatti. I contatti operativi sono azionati dall'armatura o dalla molla di reazione per controllarne l'accoppiamento o lo spegnimento.
2 Uso Corretto dei Contattori AC
2.1 Principi di Selezione dei Contattori AC
La tensione nominale dei contatti principali non deve essere inferiore alla tensione nominale del circuito di controllo. La corrente nominale dei contatti principali deve soddisfare i requisiti del carico: per carichi resistivi, deve essere uguale alla corrente nominale; per carichi motore, deve essere leggermente superiore alla corrente nominale. La tensione dell'avvolgimento di attrazione viene selezionata in base alla complessità del circuito di controllo: per circuiti semplici, si può scegliere 380 V o 220 V, e 36 V o 110 V per circuiti complessi. Il numero e il tipo di contatti devono soddisfare gli standard di base del circuito di controllo.
2.2 Installazione e Manutenzione dei Contattori AC
Per la verifica prima dell'installazione, è necessario confermare se i dati tecnici del contattore (come tensione nominale, corrente, frequenza di funzionamento, ecc.) sono conformi agli standard, verificare se l'aspetto è danneggiato e il movimento è flessibile, e misurare il valore della resistenza DC e della resistenza d'isolamento dell'avvolgimento. La posizione di installazione deve essere verticale, con un'inclinazione non superiore a 5°, e il lato con i fori di dissipazione del calore deve essere rivolto verso la direzione verticale. Durante l'installazione e la connessione, prevenire che parti come viti, rondelle e terminali cadano, poiché ciò potrebbe causare il blocco o il cortocircuito del contattore AC.
Dopo l'installazione, è necessario controllare se la connessione è corretta. Senza alimentare i contatti principali, alimentare e disconnettere il contattore più volte per controllare il movimento dei contatti principali e se c'è rumore dopo che il nucleo è stato attratto. Può essere messo in uso solo se non ci sono errori. Non è consentito collegare il contattore AC a una fonte di alimentazione continua, altrimenti l'avvolgimento verrà bruciato.
3 Malfunzionamenti Comuni e Metodi di Manutenzione dei Contattori AC
3.1 Malfunzionamenti dei Contatti Principali
3.1.1 Scintille Intense al Momento dell'Accoppiamento e dello Spegnimento dei Contatti Mobili e Fissi Principali
Quando il carico sta funzionando normalmente, si verificano scintille al momento dell'accoppiamento e dello spegnimento dei contatti. La superficie di contatto forma piccole fosse irregolari a causa dell'elevata temperatura dell'arco, riducendo l'area di contatto, aumentando la corrente e causando scintille intense. Per riparare i contatti danneggiati, è necessario verificare il grado di danno sulla superficie di contatto; il contatto può essere riparato solo se la sua spessore è maggiore di 2/3 dello spessore originale. Durante la riparazione dei contatti, prima si colloca carta vetrata fine su una superficie orizzontale, quindi si appianano i contatti danneggiati sulla carta vetrata, si verifica la situazione di riparazione fino a quando tutti i punti danneggiati sono stati rimossi, e infine si trattano le barbe.
3.1.2 Fusione, Bruciatura e Adesione dei Contatti Mobili e Fissi Principali
Le cause principali della fusione, bruciatura e adesione dei contatti mobili e fissi principali includono il cortocircuito del carico, il cortocircuito del circuito principale, o la riduzione dell'impedenza del carico. Tra queste, la simultanea presenza di cortocircuito e cortocircuito del circuito principale è il fattore chiave. A seconda delle esigenze di lavoro, la frequenza di funzionamento del contattore AC varia da bassa a alta; durante l'accoppiamento e lo spegnimento frequenti dei contatti, la temperatura superficiale aumenta, e sotto l'azione dell'arco, i contatti mobili e fissi principali finiranno per fondersi, bruciare e aderire.
Ci sono generalmente due metodi di trattamento: primo, sostituire il contattore AC con uno a tensione e corrente nominali superiori; secondo, riparare il contattore AC: sostituire i contatti con quelli della stessa specifica, pulire i depositi di carbonio intorno ai contatti mobili e fissi, ecc., e connettere dispositivi di spegnimento dell'arco RC in parallelo con ciascuna delle 3 coppie di contatti principali.
3.2 Malfunzionamenti dei Contatti Ausiliari
3.2.1 Resistenza di Contatto Eccessivamente Alta dei Contatti Mobili e Fissi Ausiliari
Una resistenza di contatto eccessivamente alta dei contatti mobili e fissi ausiliari porterà a un aumento dell'impedenza del circuito di controllo e a una diminuzione della tensione. Ci sono due motivi principali per questo fenomeno: primo, una grande quantità di oli e polveri si deposita sui contatti; secondo, si forma un strato ossidativo sulla superficie di contatto. Basandosi sul meccanismo di protezione per sottotensione del contattore AC, quando la tensione all'interno dell'avvolgimento del contattore AC è inferiore al 85% della tensione nominale, il circuito di controllo smetterà di funzionare. La soluzione consiste nell'estraire i contatti, asciugarli con garza pulita e poi trattare delicatamente la superficie di contatto con carta vetrata fine.
3.2.2 Scintille Intense al Momento dell'Accoppiamento e dello Spegnimento dei Contatti Mobili e Fissi Ausiliari
Le cause principali di questo malfunzionamento possono essere che il circuito controllato ha subito un cortocircuito, o il valore di impedenza dei componenti dissipativi nel circuito di controllo è diminuito, ecc.
3.3 Malfunzionamenti dell'Avvolgimento
3.3.1 Interruzione dell'Avvolgimento
Un'interruzione dell'avvolgimento del contattore AC causerà il malfunzionamento del circuito di controllo. Questo fenomeno è relativamente raro e solitamente è causato da problemi di qualità del contattore o da un'installazione impropria durante l'assemblaggio.
3.3.2 Cortocircuito dell'Avvolgimento
Un cortocircuito dell'avvolgimento del contattore AC causerà il fusibile del circuito di protezione contro il cortocircuito nel circuito di controllo a saltare. Una situazione comune di cortocircuito dell'avvolgimento è che la tensione AC applicata all'avvolgimento non sia 0,85-1,05 volte la tensione nominale; l'operazione a lungo termine dell'avvolgimento a tensioni basse o elevate può causare un cortocircuito. Un avvolgimento di contattore AC danneggiato deve essere sostituito; durante la sostituzione dell'avvolgimento, si deve prestare attenzione alle dimensioni dell'avvolgimento, alla tensione nominale e alla specifica del contattore AC.
3.4 Malfunzionamenti delle Superfici di Contatto dei Nuclei Mobili e Fermi
3.4.1 Adesione delle Superfici di Contatto dei Nuclei Mobili e Fermi
La causa principale di questo malfunzionamento è la presenza di oli sulle superfici di contatto dei nuclei mobili e fermi. Dopo aver premuto il pulsante di avvio, il motore funziona normalmente, ma quando si preme il pulsante di stop, l'avvolgimento del contattore AC perde la tensione, i contatti non tornano allo stato originale, e il motore continua a funzionare. Dopo aver rilasciato il pulsante di stop, l'avvolgimento rimane alimentato, e il motore continua a funzionare. Il metodo di trattamento consiste nel pulire le superfici di contatto dei nuclei mobili e fermi.
3.4.2 Rumore Forte dal Nucleo
Le cause principali del rumore forte dal nucleo sono la rottura dell'anello di cortocircuito, o una grande quantità di ruggine sulle superfici di contatto dei nuclei mobili e fermi. Nel caso di una grande quantità di ruggine, si può utilizzare carta vetrata fine per trattare la superficie di contatto. Se l'anello di cortocircuito è danneggiato, generalmente si sostituisce il nucleo per riparare il malfunzionamento.
4 Conclusione
L'uso corretto, la diagnosi dei malfunzionamenti e le competenze di manutenzione dei contattori AC sono cruciali per il funzionamento stabile dei sistemi di controllo elettrico. Per migliorare l'efficienza di servizio dei contattori AC e prolungare la loro durata, i malfunzionamenti comuni devono essere riparati tempestivamente per ridurre il tasso di guasti durante la produzione.
