Aplicação e Manutenção de Contatores AC | Análise Completa do Tratamento de Falhas Comuns Mestre em Um Artigo

1 Análise dos Componentes Chave dos Contatores CA

Um contato CA é um interruptor eletromagnético automatizado usado para o comutação de longo prazo e alta frequência de circuitos principais e de controle CA. Ele apresenta vantagens como operação automática, proteção contra subtensão e falta de tensão, operação de alta capacidade, forte estabilidade e baixa exigência de manutenção. Nos circuitos de controle elétrico de máquinas-ferramenta, os contatos CA são principalmente usados para controlar motores elétricos e outras cargas.

Os componentes chave de um contato CA incluem o sistema eletromagnético, o sistema de contato e o dispositivo de extinção de arco, entre outros. É composto principalmente por partes estruturais como contatos principais, núcleo móvel, bobina, núcleo estático e contatos auxiliares.

1.1 Sistema Eletromagnético

O sistema eletromagnético de um contato CA consiste principalmente em uma bobina, núcleo móvel, núcleo estático e anel de curto-circuito. Quando a bobina de controle é energizada ou desenergizada, ela completará a ação de puxar ou liberar, respectivamente, o que pode manter os contatos móveis e estáticos no estado aberto ou fechado, respectivamente, para alcançar o objetivo de comutar o circuito.

Para reduzir as perdas por corrente parasita e histerese, o núcleo e o armadura de um contato CA são principalmente feitos por laminados de chapas de silício em forma de E durante a produção. Para aumentar a área de dissipação de calor e evitar queimar, a bobina é feita em um cilindro grosso e pequeno enrolado em um quadro isolante, mantendo uma certa distância dele em relação ao núcleo para evitar sobreposição. O núcleo em forma de E reserva uma fenda de 0,1 - 0,2 mm na face do cilindro central para reduzir o efeito do campo magnético residual e evitar que o armadura trave.

Quando o contato CA está funcionando, a corrente alternada na bobina forma um campo magnético alternado no núcleo, fazendo com que o armadura oscile e produza ruído. Uma ranhura é fornecida em cada extremidade do núcleo e do armadura, e um anel de curto-circuito feito de cobre ou liga de níquel-cromo é embutido na ranhura para resolver o problema acima. Após a instalação de um anel de curto-circuito, quando a corrente alternada flui através da bobina, fluxos magnéticos Φ₁ e Φ₂ com diferentes fases serão formados, garantindo assim que sempre haja uma força de atração entre o núcleo e o armadura, reduzindo consideravelmente a vibração e o ruído.

1.2 Sistema de Contato

Existem três tipos de contatos de contator CA, a saber, tipo de contato pontual, tipo de contato linear e tipo de contato superficial, conforme mostrado na figura a seguir. De acordo com a forma estrutural, eles podem ser divididos em contatos de ponte e contatos de dedo. Os contatos de ponte incluem o tipo de ponte de contato pontual e o tipo de ponte de contato superficial, que são adequados para diferentes ocasiões de corrente. Os contatos de dedo são, na maioria das vezes, do modo de contato linear, e sua área de contato é uma linha reta, o que é adequado para ocasiões frequentes e de grande corrente. De acordo com a capacidade de ligar e desligar, eles podem ser divididos em contatos principais e contatos auxiliares. Os contatos principais são adequados para circuitos principais de grande corrente, e geralmente há 3 pares de contatos normalmente abertos. Os contatos auxiliares são adequados para circuitos de controle de baixa corrente, e geralmente há 2 pares de contatos normalmente abertos e 2 pares de contatos normalmente fechados.

1.3 Dispositivo de Extinção de Arco

Para circuitos de grande corrente ou alta tensão, arcos inevitavelmente ocorrerão quando os contatos CA se abrirem, causando queimaduras nos contatos, danos ao dispositivo, afetando sua vida útil e até mesmo interferindo no tempo de interrupção do circuito; em casos graves, isso pode levar a incêndios. Por razões de segurança, todos os contadores com capacidade superior a 10 A devem ser equipados com um dispositivo de extinção de arco. Os métodos de extinção de arco comumente usados em contatos CA incluem extinção de arco por força elétrica dupla, extinção de arco por ranhura longitudinal e extinção de arco por grade.

O dispositivo de extinção de arco por força elétrica dupla divide o arco em duas partes e alonga o arco através da força elétrica do próprio circuito de contato, para realizar a dissipação de calor e resfriamento do arco e atingir o objetivo de extingui-lo. O dispositivo de extinção de arco por ranhura longitudinal é feito de argila resistente a arcos, cimento de amianto e outros materiais, com uma ou mais ranhuras longitudinais em seu lado interno, o que pode expandir a área de contato entre o arco e a parede da câmara de extinção de arco, e alcançar o efeito de extinção do arco comprimindo-o. Quando os contatos estão no estado separado, o arco é enviado para as ranhuras através de um campo magnético externo ou força elétrica, e a energia térmica é transferida para a parede da câmara de extinção de arco, para que o arco seja extinto rapidamente.

Com base nisso, propõe-se uma nova estrutura de extintor de arco de grade. A grade metálica adota chapas de ferro galvanizadas ou cobertas de cobre em forma de zigue-zague e é inserida na capa de extinção de arco. O arco formado pela interrupção do contato gera um campo magnético forte, e a existência de resistência magnética torna a intensidade do campo elétrico nesta área desigual, puxando o arco para as lacunas da grade para formar arcos curtos. Cada grade atua como um eletrodo, dividindo toda a queda de tensão do arco em várias seções, e a tensão do arco entre cada seção é menor que a tensão de ignição do arco. Ao mesmo tempo, a grade dissipa o calor para eliminar o arco rapidamente, alcançando o efeito de extinção [3-5].

1.4 Componentes Auxiliares

Os componentes auxiliares de um contato CA incluem mola de reação, mola amortecedora, mola de pressão de contato, mecanismo de transmissão, base, etc. A mola de reação empurra o armadura para liberar energia após a falta de energia, para que os contatos retornem ao seu estado original. A mola amortecedora pode mitigar a força de impacto. A mola de pressão de contato pode aumentar consideravelmente a pressão de contato e reduzir a resistência de contato. Os contatos de operação são acionados pelo armadura ou pela mola de reação para controlar sua conexão ou desconexão.

2 Uso Adequado dos Contatores CA

2.1 Princípios de Seleção dos Contatores CA

A tensão nominal dos contatos principais não deve ser inferior à tensão nominal do circuito de controle. A corrente nominal dos contatos principais deve atender aos requisitos de carga: para cargas resistivas, deve ser igual à corrente nominal; para cargas de motor, deve ser ligeiramente maior que a corrente nominal. A tensão da bobina de atração é selecionada de acordo com a complexidade do circuito de controle: 380 V ou 220 V podem ser selecionados para circuitos simples, e 36 V ou 110 V para circuitos complexos. O número e o tipo de contatos devem atender aos padrões básicos do circuito de controle.

2.2 Instalação e Manutenção dos Contatores CA

Para a inspeção pré-instalação, é necessário confirmar se os dados técnicos do contato (como tensão nominal, corrente, frequência de operação, etc.) estão em conformidade com os padrões, verificar se a aparência está danificada e o movimento é flexível, e medir o valor de resistência DC e o valor de resistência de isolamento da bobina. A posição de instalação deve ser vertical, com uma inclinação não superior a 5°, e o lado com orifícios de dissipação de calor deve estar voltado para a direção vertical. Durante a instalação e a fiação, evite que peças como parafusos, arruelas e terminais caiam, o que pode causar o travamento ou curto-circuito do contato CA.

Após a instalação, é necessário verificar se a fiação está correta. Sem energizar os contatos principais, energize e desenergize o contato CA várias vezes para verificar o movimento dos contatos principais e se há ruído após o núcleo ser puxado. Pode ser colocado em uso apenas se não houver erro. Não é permitido conectar o contato CA a uma fonte de alimentação CC, caso contrário, a bobina será queimada.

3 Falhas Comuns e Métodos de Manutenção dos Contatores CA

3.1 Falhas dos Contatos Principais

3.1.1 Fagulhamento Intenso no Momento da Conexão e Desconexão dos Contatos Principais Móveis e Estáticos

Quando a carga está funcionando normalmente, ocorre fagulhamento no momento em que os contatos se conectam e se desconectam. A superfície de contato forma pequenos buracos irregulares devido à alta temperatura do arco, resultando em uma área de contato reduzida, aumento da corrente e fagulhamento intenso. Para reparar os contatos danificados, é necessário verificar o grau de dano na superfície de contato; o contato pode ser reparado apenas se sua espessura for superior a 2/3 da espessura original. Ao reparar os contatos, primeiro coloque lixa fina em uma superfície horizontal, então lixe os contatos danificados na lixa, verifique a situação de reparo até que todos os pontos danificados sejam lixados, e finalmente trate as rebarbas.

3.1.2 Fusão, Queima e Adesão dos Contatos Principais Móveis e Estáticos

As principais causas de fusão, queima e adesão dos contatos principais móveis e estáticos incluem curto-circuito da carga, curto-circuito do circuito principal ou redução da impedância da carga. Entre elas, a ocorrência simultânea de curto-circuito e curto-circuito do circuito principal é o fator-chave. Devido às necessidades de trabalho, a frequência de operação do contato CA varia de baixa a alta; durante a conexão e desconexão frequentes dos contatos, a temperatura superficial aumenta, e sob a ação do arco, os contatos principais móveis e estáticos eventualmente fundem, queimam e aderem.

Existem geralmente dois métodos de tratamento: primeiro, substituir o contato CA por um com classificação de tensão e corrente mais elevada; segundo, reparar o contato CA: substituir os contatos com a mesma especificação, limpar os depósitos de carbono ao redor dos contatos móveis e estáticos, etc., e conectar dispositivos de extinção de arco Resistor-Capacitância (RC) em paralelo com cada um dos 3 pares de contatos principais.

3.2 Falhas dos Contatos Auxiliares

3.2.1 Resistência de Contato Excessivamente Alta dos Contatos Auxiliares Móveis e Estáticos

Uma resistência de contato excessivamente alta dos contatos auxiliares móveis e estáticos levará a um aumento na impedância do loop do circuito de controle e uma diminuição na tensão. Existem duas razões principais para esse fenômeno: primeiro, uma grande quantidade de óleo e poeira se deposita nos contatos; segundo, uma camada de óxido se forma na superfície de contato. Com base no mecanismo de proteção contra subtensão do contato CA, quando a tensão através da bobina do contato CA é inferior a 85% da tensão nominal, o circuito de controle deixará de funcionar. A solução é retirar os contatos, limpar com gaze limpa e depois tratar suavemente a superfície de contato com lixa fina.

3.2.2 Fagulhamento Intenso no Momento da Conexão e Desconexão dos Contatos Auxiliares Móveis e Estáticos

As principais razões para essa falha podem ser que o circuito controlado tenha sofrido um curto-circuito, ou que o valor de impedância dos componentes consumidores de energia no circuito de controle tenha diminuído, etc.

3.3 Falhas da Bobina

3.3.1 Circuito Aberto da Bobina

Um circuito aberto na bobina do contato CA fará com que o circuito de controle não funcione. Este fenômeno é relativamente raro e geralmente é causado por problemas de qualidade do contato ou instalação inadequada durante a montagem.

3.3.2 Curto-Circuito da Bobina

Um curto-circuito na bobina do contato CA fará com que o fusível de proteção contra curto-circuito no circuito de controle derreta. Uma situação comum de curto-circuito na bobina é que a tensão CA aplicada na bobina não esteja entre 0,85-1,05 vezes a tensão nominal; a operação prolongada da bobina sob tensão baixa ou alta pode causar um curto-circuito. Uma bobina de contato CA danificada deve ser substituída; ao substituir a bobina, deve-se prestar atenção ao tamanho da bobina, à tensão nominal e à especificação do contato CA.

3.4 Falhas nas Superfícies de Contato dos Núcleos Móveis e Estáticos

3.4.1 Adesão das Superfícies de Contato dos Núcleos Móveis e Estáticos

A principal razão para essa falha é a presença de manchas de óleo nas superfícies de contato dos núcleos móveis e estáticos. Depois de pressionar o botão de início, o motor funciona normalmente, mas ao pressionar o botão de parada, a bobina do contato CA perde a energia, os contatos não retornam ao seu estado original e o motor continua a funcionar. Após a mão sair do botão de parada, a bobina permanece energizada e o motor continua a funcionar. O método de tratamento é limpar as superfícies de contato dos núcleos móveis e estáticos.

3.4.2 Ruído Alto do Núcleo

As principais razões para o ruído alto do núcleo são a ruptura do anel de curto-circuito ou a presença de grande quantidade de ferrugem nas superfícies de contato dos núcleos móveis e estáticos. No caso de grande quantidade de ferrugem, a lixa fina pode ser usada para tratar a superfície de contato. Se o anel de curto-circuito estiver danificado, o núcleo geralmente é substituído para reparar a falha.

4 Conclusão

O uso adequado, o diagnóstico de falhas e as habilidades de manutenção dos contatos CA são cruciais para o funcionamento estável dos sistemas de controle elétrico. Para melhorar a eficiência de serviço dos contatos CA e prolongar sua vida útil, as falhas comuns devem ser reparadas de forma oportuna para reduzir a taxa de falha durante a produção.