Un contactor es un interruptor controlado eléctricamente que se utiliza para conmutar un circuito de energía eléctrica. [1] Un contactor normalmente está controlado por un circuito que tiene un nivel de potencia mucho más bajo que el circuito conmutado, como un electroimán de bobina de 24 voltios que controla un interruptor de motor de 230 voltios.
A diferencia de los relés de uso general , los contactores están diseñados para conectarse directamente a dispositivos de carga de alta corriente. Los relés tienden a ser de menor capacidad y generalmente están diseñados para aplicaciones normalmente cerradas y normalmente abiertas . Los dispositivos que conmutan más de 15 amperios o en circuitos de más de unos pocos kilovatios suelen denominarse contactores. Aparte de los contactos auxiliares de baja corriente opcionales, los contactores están equipados casi exclusivamente con contactos normalmente abiertos ("forma A"). A diferencia de los relés, los contactores están diseñados con funciones para controlar y suprimir el arco producido al interrumpir corrientes intensas del motor.
Los contactores vienen en muchas formas con diferentes capacidades y características. A diferencia de un disyuntor , un contactor no está diseñado para interrumpir una corriente de cortocircuito . Los contactores varían desde aquellos que tienen una corriente de corte de varios amperios hasta miles de amperios y de 24 V CC hasta muchos kilovoltios. El tamaño físico de los contactores varía desde un dispositivo lo suficientemente pequeño como para levantarlo con una mano, hasta dispositivos grandes de aproximadamente un metro (yarda) de lado.
Los contactores se utilizan para controlar motores eléctricos , iluminación , calefacción , bancos de condensadores , evaporadores térmicos y otras cargas eléctricas.
Un contactor tiene tres componentes:
A veces también se instala un circuito economizador para reducir la potencia necesaria para mantener cerrado un contactor; un contacto auxiliar reduce la corriente de la bobina después de que se cierra el contactor. Se requiere una cantidad algo mayor de energía para cerrar inicialmente un contactor que para mantenerlo cerrado. Un circuito de este tipo puede ahorrar una cantidad sustancial de energía y permitir que la bobina energizada se mantenga más fría. Los circuitos economizadores casi siempre se aplican en bobinas de contactores de corriente continua y en bobinas de contactores de corriente alterna grandes.
Un contactor básico tendrá una entrada de bobina (que puede funcionar mediante un suministro de CA o CC, según el diseño del contactor). Actualmente también se encuentran disponibles en el mercado bobinas universales (impulsadas tanto por CA como por CC). [3] La bobina puede energizarse al mismo voltaje que un motor que controla el contactor, o puede controlarse por separado con un voltaje de bobina más bajo, más adecuado para el control mediante controladores programables y dispositivos piloto de menor voltaje. Ciertos contactores tienen bobinas en serie conectadas en el circuito del motor; Estos se utilizan, por ejemplo, para el control automático de la aceleración, donde la siguiente etapa de resistencia no se corta hasta que la corriente del motor haya disminuido. [4]
Cuando la corriente pasa a través del electroimán , se produce un campo magnético que atrae el núcleo móvil del contactor. La bobina del electroimán consume más corriente inicialmente, hasta que su inductancia aumenta cuando el núcleo metálico ingresa a la bobina. El contacto móvil es propulsado por el núcleo móvil; la fuerza desarrollada por el electroimán mantiene unidos los contactos fijos y móviles. Cuando la bobina del contactor se desactiva, la gravedad o un resorte devuelve el núcleo del electroimán a su posición inicial y abre los contactos.
Para los contactores alimentados con corriente alterna , una pequeña parte del núcleo está rodeada por una bobina de sombreado , que retrasa ligeramente el flujo magnético en el núcleo. El efecto es promediar la atracción alterna del campo magnético y así evitar que el núcleo zumbe al doble de la frecuencia de la línea.
Debido a que se producen arcos y daños consiguientes justo cuando los contactos se abren o cierran, los contactores están diseñados para abrirse y cerrarse muy rápidamente; A menudo existe un mecanismo interno de punto de inflexión para garantizar una acción rápida.
Sin embargo, un cierre rápido puede provocar un aumento del rebote de los contactos , lo que provoca ciclos de apertura y cierre adicionales no deseados. Una solución es tener contactos bifurcados para minimizar el rebote de los contactos; dos contactos diseñados para cerrarse simultáneamente, pero rebotar en diferentes momentos para que el circuito no se desconecte brevemente y provoque un arco.
Otra técnica para mejorar la vida útil de los contactores es la limpieza de contactos ; los contactos se mueven entre sí después del contacto inicial para eliminar cualquier contaminación.
Sin una protección adecuada de los contactos , la aparición de arcos de corriente eléctrica provoca una degradación importante de los contactos, que sufren daños importantes. Se produce un arco eléctrico entre los dos puntos de contacto (electrodos) cuando pasan de cerrado a abierto (arco roto) o de abierto a cerrado (arco cerrado). El arco de ruptura suele ser más enérgico y, por tanto, más destructivo. [5]
El calor desarrollado por el arco eléctrico resultante es muy alto, lo que finalmente hace que el metal en el contacto migre con la corriente. La temperatura extremadamente alta del arco (decenas de miles de grados Celsius) rompe las moléculas de gas circundantes creando ozono , monóxido de carbono y otros compuestos. La energía del arco destruye lentamente el metal de contacto, lo que hace que parte del material escape al aire en forma de partículas finas. Esta actividad hace que el material de los contactos se degrade con el tiempo, lo que en última instancia provoca una falla del dispositivo. Por ejemplo, un contactor aplicado correctamente tendrá una vida útil de 10 000 a 100 000 operaciones cuando funcione con energía; que es significativamente menor que la vida mecánica (sin alimentación) del mismo dispositivo, que puede superar los 20 millones de operaciones. [6]
La mayoría de los contactores de control de motores de bajo voltaje (600 voltios y menos) son contactores con rotura de aire; el aire a presión atmosférica rodea los contactos y apaga el arco al interrumpir el circuito. Los controladores de motores de CA de media tensión modernos utilizan contactores de vacío. Los contactores de CA de alto voltaje (más de 1000 voltios) pueden usar vacío o un gas inerte alrededor de los contactos. Los contactores de CC de alto voltaje (más de 600 V) aún dependen del aire dentro de conductos de arco especialmente diseñados para romper la energía del arco. Las locomotoras eléctricas de alto voltaje pueden aislarse de su suministro aéreo mediante disyuntores montados en el techo accionados por aire comprimido; se puede utilizar el mismo suministro de aire para "apagar" cualquier arco que se forme. [7] [8]
Los contactores se clasifican según la corriente de carga diseñada por contacto (polo), [9] corriente máxima de resistencia a fallas, ciclo de trabajo, esperanza de vida de diseño, voltaje y voltaje de la bobina. Un contactor de control de motores de uso general puede ser adecuado para trabajos de arranque pesados en motores grandes; Los contactores denominados de "propósito definido" se adaptan cuidadosamente a aplicaciones tales como el arranque de motores de compresores de aire acondicionado. Las clasificaciones norteamericanas y europeas para contactores siguen diferentes filosofías: los contactores norteamericanos para máquinas herramienta de uso general generalmente enfatizan la simplicidad de la aplicación, mientras que el propósito definido y la filosofía de clasificación europea enfatizan el diseño para el ciclo de vida previsto de la aplicación.
La clasificación actual del contactor depende de la categoría de utilización . Las categorías IEC de ejemplo en la norma 60947 se describen como:
Los relés y bloques de contactos auxiliares están clasificados según IEC 60947-5-1:
Los contactores NEMA para motores de bajo voltaje (menos de 1000 voltios) están clasificados según el tamaño NEMA , lo que proporciona una clasificación de corriente continua máxima y una clasificación por caballos de fuerza para motores de inducción conectados. Los tamaños de contactores estándar NEMA se designan como 00, 0, 1, 2, 3 a 9.
Las clasificaciones de caballos de fuerza se basan en el voltaje y en las características típicas del motor de inducción y el ciclo de trabajo como se indica en la norma NEMA ICS2. Los ciclos de trabajo excepcionales o tipos de motores especializados pueden requerir un tamaño de arrancador NEMA diferente al nominal. La literatura del fabricante se utiliza para guiar la selección de cargas que no son de motor, por ejemplo, iluminación incandescente o condensadores de corrección del factor de potencia. Los contactores para motores de media tensión (más de 1000 voltios) se clasifican por voltaje y capacidad de corriente.
Los contactos auxiliares de los contactores se utilizan en circuitos de control y están clasificados con clasificaciones de contacto NEMA para el servicio requerido del circuito piloto. Normalmente estos contactos no se utilizan en circuitos de motores. La nomenclatura es una letra seguida de un número de tres dígitos, la letra designa la clasificación actual de los contactos y el tipo de corriente (es decir, CA o CC) y el número designa los valores de diseño de voltaje máximo. [10]
Los contactores se utilizan a menudo para proporcionar control central de grandes instalaciones de iluminación, como un edificio de oficinas o un edificio comercial. Para reducir el consumo de energía en las bobinas de los contactores se utilizan contactores autoenclavables que tienen dos bobinas de funcionamiento. Una bobina, momentáneamente energizada, cierra los contactos del circuito de potencia, que luego se mantienen cerrados mecánicamente; la segunda bobina abre los contactos.
Un arrancador magnético es un dispositivo diseñado para proporcionar energía a motores eléctricos. Incluye un contactor como componente esencial, al mismo tiempo que proporciona protección contra cortes de energía, subtensión y sobrecarga.
Los contactores de vacío utilizan contactos encapsulados en botella de vacío para suprimir el arco. Esta supresión de arco permite que los contactos sean mucho más pequeños y utilicen menos espacio que los contactos de rotura de aire a corrientes más altas. Como los contactos están encapsulados, los contactores en vacío se utilizan bastante en aplicaciones sucias, como la minería. Los contactores de vacío también se usan ampliamente en voltajes medios de 1000 a 5000 voltios, desplazando efectivamente a los disyuntores llenos de aceite en muchas aplicaciones.
Los contactores de vacío solo son aplicables para su uso en sistemas de CA. El arco de CA generado al abrir los contactos se autoextinguirá en el cruce por cero de la forma de onda de corriente, y el vacío impedirá que el arco se vuelva a encender a través de los contactos abiertos. Por lo tanto, los contactores de vacío son muy eficientes para interrumpir la energía de un arco eléctrico y se utilizan cuando se requiere una conmutación relativamente rápida, ya que el tiempo máximo de interrupción está determinado por la periodicidad de la forma de onda de CA. En el caso de una alimentación de 60 Hz (estándar norteamericano), la alimentación se interrumpirá en 1/120 de segundo (8,3 ms).
Un relé de mercurio , a veces llamado relé de desplazamiento de mercurio o contactor de mercurio, es un relé que utiliza el mercurio metálico líquido en un recipiente sellado aislado como elemento de conmutación.
Un relé humedecido con mercurio es una forma de relé, generalmente un relé de láminas , en el que los contactos están humedecidos con mercurio. Estos no se consideran contactores porque no están diseñados para corrientes superiores a 15 amperios.
Cuando se va a operar una serie de contactores en secuencia, esto se puede hacer mediante un árbol de levas en lugar de electroimanes individuales. El árbol de levas puede ser accionado por un motor eléctrico o un cilindro neumático. Antes de la llegada de la electrónica de estado sólido , el sistema de árbol de levas se usaba comúnmente para el control de velocidad en locomotoras eléctricas . [11]
Además de sus clasificaciones actuales y clasificación para el control del circuito del motor, los contactores a menudo tienen otros detalles de construcción que no se encuentran en los relés. A diferencia de los relés de menor potencia, los contactores generalmente tienen estructuras especiales para la supresión de arco que les permite interrumpir corrientes intensas, como la corriente de arranque de un motor. Los contactores generalmente tienen provisiones para la instalación de bloques de contactos adicionales, clasificados para servicio piloto, utilizados en circuitos de control de motores.
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