Los contactores eléctricos son casi tan antiguos como la misma tecnología eléctrica (un hecho que ABB puede certificar, pues lleva más de 100 años fabricando equipamiento de baja tensión)
Ahora, sin embargo, la innovación y la nueva tecnología están dando nueva vida a los contactores y resolviendo muchos de los problemas que tradicionalmente frenaban el avance de este caballo de batalla del mundo de la conmutación eléctrica.
Los contactores AF de nueva generación de ABB están allanando el camino. Ahora, sin embargo, la innovación y la nueva tecnología están dando nueva vida a los contactores y resolviendo muchos de los problemas que tradicionalmente frenaban el avance de este caballo de batalla del mundo de la conmutación eléctrica. Los contactores AF de nueva generación de ABB están allanando el camino.
Un contactor es un dispositivo de conmutación controlado eléctricamente que funciona de forma muy parecida a un relé, pero para intensidades mayores. A diferencia del interruptor automático, que constituye otro tipo de dispositivo de conmutación, el contactor no puede cortar las corrientes de cortocircuito, aunque puede realizar muchas otras operaciones. Tradicionalmente, los contactores se utilizan para poner en marcha y detener maquinaria eléctrica. El tipo de contactor más común es el de tres polos, utilizado para establecer, conducir e interrumpir la corriente de un sistema trifásico.
Los contactores se construyen alrededor de un sistema de contacto que se conecta al circuito principal. Adyacente a este sistema de contactos se encuentra una cámara de ruptura que contiene diversos dispositivos que mejoran la actuación del corte. Los contactos móviles se accionan mediante un puente de contactos con muelles que proporcionan la fuerza de contacto en la posición de cerrado. El movimiento lo realiza un electroimán rodeado por una bobina.
Un circuito montado en la parte de atrás facilita la combinación con otros dispositivos de conmutación y evita obstaculizar el acceso a los cables del circuito principal.
Concepto de producto sencillo
Los grandes contactores de ABB se diferencian claramente de los de la competencia porque el circuito principal se encuentra en la parte trasera. Presentada hace unos 10 años, esta solución ya se ha probado sobre el terreno. Esta configuración facilita la combinación con otros dispositivos de conmutación, principalmente interruptores automáticos, e impide que los cables del circuito principal, que son gruesos y bastante rígidos, dificulten el acceso.
El coste de la electrónica se ha rebajado a un nivel que hace que estos contactores controlados electrónicamente sean comparables en precio a las convencionales. Los costes de montaje son bajos ya que el módulo electrónico encaja fácilmente dentro del contactor.
Menos materias primas
Cuando los contactores establecen o cortan grandes intensidades, se forman arcos. Estos arcos erosionan el material de los contactos y esta erosión determina la vida del contactor. Normalmente el principal componente de los contactos es una aleación de plata de ley elevada.
Puesto que la plata es un material caro, no es práctico aumentar el volumen de los contactos para prolongar su vida, por lo que ABB ha dedicado mucho esfuerzo de investigación a encontrar otras maneras de conseguirlo.
Han surgido varias soluciones:
- Mejora de los movimientos del contactor mediante el uso de un circuito de control electrónico
- Uso de soluciones de software que reduzcan el desgaste de los contactos
- Diseño de nuevos imanes que permitan mayores fuerzas en el contacto
- Introducción de nuevas cámaras de ruptura que eliminen y extingan los arcos
- Ajuste de la fabricación y la composición del material de los contactos para proporcionarles mayor duración
Cierre de los contactos
Cuando se cierran los interruptores, a veces se producen pequeños rebotes antes de que los contactos se queden fijos en la posición de cerrado. Este denominado rebote del contacto hace que se formen arcos menores, erosivos. Puesto que la intensidad es pequeña en este momento, el rebote del contacto no estan importante. Mucho más importante es el levantamiento del contacto.
El levantamiento del contacto se produce un poco después, cuando la intensidad es alta.
Los contactos están entonces normalmente en la posición correcta pero hay otros factores, como la corriente de conmutación elevada, que los puede separar y formar arcos. Cuando circulan intensidades elevadas, la erosión es grave.
Además, las vibraciones, que provienen del electroimán del contactor que se cierra, pueden interactuar con las fuerzas de separación para producir el levantamiento del contacto. Por lo tanto, los contactos deben mantenerse apretados a fondo para que soporten las posibles fuerzas de separación. Para ello, los nuevos contactores de ABB utilizan software y un circuito electrónico junto con un imán especialmente diseñado para desarrollar rápidamente una gran fuerza de contacto. El circuito incluye también un movimiento medido y controlado que reduce al mínimo las vibraciones. El levantamiento del contacto es poco frecuente y de esta forma se minimiza la erosión correspondiente.
Apertura de los contactos
Cuando se cortan intensidades elevadas (más de 100 A), el arco tiene que separarse rápidamente del material de contacto de plata para limitar la erosión. La erosión también tiene que estar distribuida tan uniformemente como sea posible entre las distintas fases.
Para separar el arco de los contactos, se utiliza una tecnología convencional. Una placa de acero rodea el contacto y aleja el arco. Los diseños se calculan ahora con cuidado y se optimizan utilizando herramientas de simulación. Se han puesto en duda y refutado algunas viejas verdades en tanto que se han aprovechado otras en todo su potencial.
Desgraciadamente, el circuito de control, junto con la bobina y el imán, pueden hacer que las fases del contactor sufran cargas irregulares ya que la tensión en el circuito de control está frecuentemente relacionada con el circuito principal y se puede producir una cierta sincronización entre el momento de la conmutación y la fase de la tensión. Entonces, la carga no se distribuirá uniformemente entre las fases del contactor y la fase que se utilice más se desgastará más pronto y, al hacerlo, determinará la vida de todo el dispositivo. Es mejor distribuir uniformemente la carga entre las fases e igualar la erosión de los contactos. El software y la electrónica de ABB hacen exactamente eso al eliminar esa sincronización. Se han conseguido mejoras considerables en la duración. El método tiene una patente en trámite.
Una mezcla de plata y óxido de estaño con dopantes, es un buen material para el contactor.
Rebote de contactos y levantamiendo de contactos
Material de contacto
El material que se utiliza para los contactos y su método de fabricación tienen gran influencia en la erosión. Anteriormente,las aleaciones de plata y cadmio proporcionaban unas características muy buenas, pero el cadmio fue prohibido hace mucho tiempo. Los contactos puros de plata serían excelentes si no fuera porque se sueldan entre sí y se erosionan rápidamente. Una mezcla de plata y óxido de estaño, con dopantes, es un buen material para el contactor. Como este material es tan crítico, ABB utiliza una mezcla determinada cuidadosamente y los procesos de fabricación más avanzados para producirlo.
Levantamiendo de contactos - instantánea de una película.
El arco consume material del contactor
Circuito de control clásico convencional y bien comprobado
La fiabilidad es fundamental
La fiabilidad es la cualidad del contactor más apreciada por los clientes. ABB ha dedicado mucho trabajo meticuloso de diseño y pruebas exhaustivas para comprobar que los productos del contactor cumplen los requisitos más exigentes de fiabilidad. La calidad del circuito de control es esencial.
El circuito de control
El circuito de control de un contactor está construido alrededor de un electroimán seccionado que trabaja con un sistema de muelles. El imán es activado por una corriente que circula a través de una bobina que hace que se atraigan entre sí las dos mitades del imán. Esta atracción cierra el imán y, por medio del sistema de muelles; también cierra los contactos y les transmite fuerza. Cuando se desactiva el imán, se abre, junto con los contactos y corta la corriente principal ➔ 5. Este principio básico se ha utilizado durante más de 100 años y nadie ha presentado aún una opción más competitiva. ABB y sus principales competidores utilizan esta solución sencilla, bien probada y fiable para establecer, conducir y cortar grandes intensidades.
Los contactores automáticos AF de ABB utilizan un circuito patentado controlado por microprocesador que asegura que la intensidad en la bobina es correcta, independientemente de las fluctuaciones de tensión.
Los contactores automáticos AF de ABB utilizan un circuito patentado controlado por microprocesador que asegura que la intensidad en la bobina es correcta, independientemente de las fluctuaciones de tensión.
El método, sin embargo, tiene inconvenientes:
- Sensibilidad a las variaciones de tensión. Las variaciones de la tensión de alimentación producen modificaciones en la corriente de la bobina. Que a su vez tienen un efecto cuadrático sobre la fuerza magnética. En casos desafortunados, los contactos se pueden abrir y cerrar bruscamente y provocar el fallo del dispositivo.
- La mayoría de los usuarios desearán utilizar una tensión de control de corriente alterna, por ejemplo de 230 V a 50 Hz. El imán debe ser a la vez grande y complejo para mantener la fuerza cuando la tensión de control pasa por cero.
- El consumo de energía en el circuito es elevado, especialmente cuando se alimenta con corriente alterna.
- Los requisitos de tolerancia de la superficie en los polos del imán son extremadamente altos. Durante un uso exigente, pueden variar las dimensiones provocar el deterioro de la fuerza magnética. Ahora, una tecnología moderna y un diseño innovador se encargan de estos aspectos.
El circuito proporciona un movimiento medido y controlado que reduce al mínimo las vibraciones.
Novedad en los circuitos de control
Los nuevos contactores AF de ABB emplean un circuito controlado por microprocesador con algoritmos patentados que aseguran que la corriente en la bobina es siempre correcta, independientemente de las fluctuaciones de tensión.
En consecuencia, tanto el flujo magnético como las fuerzas de contacto están optimizados.
El circuito convierte asimismo la CA en CC. Esto reduce las necesidades de potencia, proporciona una fuerza magnética más suave y obvia la cuestión de los pasos por cero. También permite utilizar un imán más pequeño, más sencillo y fiable. Se ha minimizado el desgaste mecánico y eléctrico.
Puesto que se eliminan los pasos por cero y se controla la corriente en la bobina, los diseños antiguos y bien probados de imanes que, de otro modo tendrían graves limitaciones, pueden ser recuperados y completamente aprovechados.
En los contactores AF más pequeños, se utiliza un imán cilíndrico con pistón móvil y superficie de los polos cónica. Se trata de una disposición muy compacta y de baja potencia. Es tan eficaz y requiere tan poca potencia que los contactores pueden funcionar con una débil fuente de alimentación tal como la salida de un transistor. Los interruptores automáticos AF mayores utilizan un imán cuyas partes móviles y fijas tienen forma de T y de U, respectivamente. Ésta es también una solución compacta que necesita poca potencia. Ambos tipos de imán aprovechan el hecho de que en la bobina solo circula CC.
El software y la electrónica de ABB distribuyen uniformemente la carga entre las fases e igualan la erosión de los contactos.
El diseño de los contactores, aunque con más de 100 años, se ha convertido en un nuevo e interesante campo de desarrollo de productos, gracias a una nueva tecnología y un pensamiento innovador.
Otras mejoras para simplificar el diseño, aumentar la fiabilidad, mejorar la logística y optimizar el servicio de este referente de la conmutación eléctrica avanzan a buen paso.
