Diversi tipi di contattori elettrici: come confrontare e sceglierne uno

Un contattore da 25A che continua a bruciare la bobina solitamente non è un contattore difettoso. È il contattore sbagliato per il lavoro. Secondo uno schema familiare, il dispositivo si trova in un involucro caldo, l'alimentazione di controllo scende all'85% del valore nominale durante ogni avvio del motore e la bobina viene trattenuta per ore alla volta. Il contattore sta facendo esattamente quello che gli è stato detto, ma la famiglia a cui appartiene non è mai stata concepita per quel compito.

Sette famiglie di contattori elettrici compaiono nei pannelli reali: elettromagnetico CA standard, elettromagnetico CC, scopo definito, invertitore, ad aggancio magnetico, sottovuoto e a stato solido. La scelta tra loro si riduce a quattro domande. Quanta corrente deve essere commutata? Quante volte? Come si presenta il carico nell'istante in cui i contatti si aprono? E cosa dovrebbe fare la bobina quando l'alimentazione di controllo viene persa o ripristinata? Rispondi a questi quattro e la famiglia sceglierà se stessa.

Le sezioni seguenti riguardano ciò che ciascuna famiglia fa bene, dove fallisce e i numeri che separano le famiglie dalle altre. Valutazioni e dati sulla durata sono valori di pianificazione, quindi confermali con la scheda tecnica della parte esatta prima di ordinare.

Cosa deve fare un contattore prima di ogni altra cosa

Un contattore è un interruttore azionato a distanza costruito per un servizio ripetuto. Deve chiudersi contro la corrente di spunto senza saldare i contatti, trasportare la corrente senza surriscaldarsi, interrompere un arco senza bruciarsi e fare tutto questo decine di migliaia di volte. Ogni tipo di contattore rappresenta una serie diversa di compromessi rispetto a queste quattro esigenze.

L'hardware è simile tra le famiglie:

• Bobina o elettromagnete, che trasforma la tensione di controllo in forza meccanica
• Contatti fissi e contatti mobili, dimensionati per la corrente di carico
• Una molla di contatto che imposta la pressione di contatto, più una molla di ritorno che apre lo spazio
• Uno scivolo dell'arco o un soffio magnetico che allunga e raffredda l'arco
• Un telaio o una recinzione che trattiene lo spazio vuoto e isola i poli
• Contatti ausiliari che riportano lo stato al circuito di controllo

La pressione di contatto è la variabile silenziosa. Una molla troppo leggera consente rimbalzi e micro archi, mentre una troppo pesante costringe la bobina a lavorare di più e usura il meccanismo più velocemente. Questo compromesso è il motivo per cui un contattore da 40A per il riscaldamento resistivo può essere valutato solo da 25A per un carico motore.

Le principali tipologie di contattori elettrici

Queste sono le famiglie che incontrerai nei panel industriali e commerciali, più o meno nell'ordine in cui appaiono sul campo.

Contattori elettromagnetici CA standard

Questo è il cavallo di battaglia. Una bobina CA laminata tira un'armatura, chiude tre o quattro poli e li trattiene con corrente continua. I telai in stile IEC vanno da circa 9 A a 95A nelle dimensioni comuni e le bobine solitamente coprono da 24 V a 400 V a 50 o 60 Hz. Il punto debole è la bobina stessa: un anello di ombreggiatura le impedisce di vibrare, ma l'anello e l'isolamento della bobina sono le parti che soffrono di più quando la tensione di controllo diminuisce o l'ambiente si surriscalda. Al di sotto delle dimensioni dell'avviatore motore, un relè elettromagnetico per carichi pesanti in un telaio compatto spesso svolge lo stesso lavoro da 30 A a 40A e consente di risparmiare spazio sul quadro.

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Contattori elettromagnetici CC

Gli archi CC si comportano diversamente perché non esiste il passaggio per lo zero per estinguerli. Un contattore CC aggiunge quindi un magnete di spegnimento o uno scivolo dell'arco più lungo e spesso utilizza un circuito economizzatore o un magnete permanente per interrompere la corrente di mantenimento. Le dimensioni industriali vanno da pochi ampere fino a circa 40 A, con batterie, energia solare e circuiti di azionamento CC come applicazioni principali. La polarità della bobina è importante su molti contattori CC e l'inversione dei cavi di controllo può lasciare il dispositivo permanentemente chiuso o permanentemente aperto.

Contattori per scopi definiti

Questi sono costruiti per un'applicazione ristretta, molto spesso compressori, ventilatori e pompe HVAC. Solitamente commutano da 20 A a 40 A, costano meno di un telaio IEC per uso generale e sono dotati di una bobina fissa e di una disposizione dei terminali fissa. Il compromesso è la flessibilità: blocchi accessori, bobine intercambiabili e kit di contatti di ricambio solitamente non sono disponibili, quindi una modifica nella tensione di controllo significa un nuovo contattore anziché una nuova bobina.

Contattori di inversione

Un teleinvertitore è costituito da due contattori uniti da un interblocco meccanico, con un interblocco elettrico nel circuito di controllo. Un'unità gestisce la rotazione in avanti e l'altra gestisce la retromarcia e le due bobine non devono mai essere energizzate insieme. Il dettaglio critico è il tempo morto: una chiusura simultanea crea un guasto fase-fase nella rete. Gli interblocchi meccanici rappresentano la protezione primaria mentre gli interblocchi elettrici sono il backup. Montacarichi, trasportatori e azionamenti per porte sono le applicazioni classiche.

Contattori ad aggancio magnetico

Un contattore ad aggancio utilizza un breve impulso per cambiare stato e un magnete permanente per mantenerlo. La potenza di mantenimento scende a zero, il che è importante nella misurazione dell'energia, nella commutazione remota e nei pannelli alimentati a batteria. La conseguenza è che il dispositivo ricorda il suo ultimo comando dopo un'interruzione di corrente, quindi un contatto di feedback è essenziale ogni volta che il controller necessita di conoscere la posizione reale. Comprensione come un relè ad aggancio magnetico mantiene il suo stato è utile in questo caso perché lo stesso principio meccanico si ritrova nei contattori con ritenuta.

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Contattori in vuoto

In un contattore sottovuoto i contatti si trovano all'interno di una bottiglia di ceramica sigillata. Senza aria da ionizzare, l'arco si spegne quasi immediatamente e la distanza tra i contatti può essere molto breve. Queste unità gestiscono da 100A a 400 A e oltre a media tensione, il che le rende comuni nel settore minerario, negli azionamenti di motori pesanti e nella commutazione di utenze. I principali svantaggi sono il costo, le dimensioni e la necessità di sostituire le bottiglie sottovuoto complete piuttosto che i singoli contatti.

Contattori a stato solido

Un contattore a stato solido non ha parti mobili. Tiristori o triac effettuano la commutazione, quindi il dispositivo può eseguire cicli migliaia di volte all'ora senza usura, il che si adatta a elementi riscaldanti, illuminazione e controllo rapido del processo. Seguono due avvertenze. Innanzitutto, il semiconduttore diminuisce la tensione e produce calore, quindi è necessario un dissipatore di calore o aria forzata. In secondo luogo, non vi è alcun traferro fisico quando il dispositivo è spento, quindi scorre una piccola corrente di dispersione ed è necessaria una disconnessione separata per un isolamento sicuro.

Valutazioni attuali delle principali famiglie

La corrente nominale è il primo filtro, perché decide la dimensione del telaio, la dimensione del terminale e la quantità di rame che deve piegarsi all'interno del pannello.

Il grafico mostra il limite superiore dell'intervallo industriale comune per ciascuna famiglia, non un limite rigido che un dispositivo non può mai superare. I contattori in vuoto raggiungono i 400 A e oltre, il che li colloca in una classe diversa di pannelli con pratiche diverse di cavi e sbarre collettrici. I contattori elettromagnetici CA standard e a stato solido si sovrappongono strettamente tra 95 A e 100 A, quindi la decisione tra loro riguarda solitamente la velocità di ciclo e il calore piuttosto che la corrente. Le unità ad aggancio magnetico e per uso definito riempiono la fascia centrale da 40 A a 63A, dove la potenza della bobina e lo spazio sul pannello contano più della potenza nominale. I telai di inversione e in miniatura rimangono al di sotto di 32 A, perché il meccanismo aggiunto o la piccola distanza tra i contatti limita ciò che i contatti possono trasportare. Utilizzalo come primo passaggio per restringere l'elenco, quindi controlla la classificazione del dispositivo per l'esatta categoria di carico, poiché lo stesso telaio può riportare due numeri molto diversi sull'etichetta.

Confronto delle tecnologie di commutazione fianco a fianco

Valutare ciascuna tecnologia rispetto ai criteri che determinano la maggior parte delle specifiche è un modo rapido per vedere dove si trovano i compromessi e la scala sottostante va da uno a cinque, dove cinque è il più favorevole.

Un contattore elettromagnetico CA standard ottiene buoni risultati in termini di resistenza allo spunto e costi, e meno bene in termini di velocità di commutazione ed energia di mantenimento, perché la sua bobina assorbe corrente finché il dispositivo è chiuso. Un contattore a stato solido inverte questa forma: commuta quasi istantaneamente e spreca pochissima energia di controllo, ma non offre alcuna distanza di contatto fisico e un prezzo di acquisto molto più elevato. Un contattore ad aggancio magnetico si trova al centro sulla maggior parte degli assi e si distingue per la capacità di trattenere l'energia, poiché non consuma nulla una volta cambiato stato. La forma di ogni poligono è più utile di ogni singolo punteggio, perché mostra quale debolezza stai accettando. Se due famiglie ottengono lo stesso punteggio per la vostra applicazione, i fattori decisivi sono solitamente lo spazio del pannello, la tensione di controllo disponibile e il numero di operazioni all'ora a cui il dispositivo deve sopravvivere.

Cosa fa il tipo di carico per contattare la vita

La durata del contatto viene sempre quotata per una categoria di carico e il divario tra le categorie è più ampio di quanto la maggior parte degli acquirenti si aspetta quando leggono un preventivo.

La curva superiore mostra un carico resistivo o leggermente induttivo, dove la corrente attraversa lo zero due volte per ciclo e l'arco si spegne rapidamente. La curva inferiore mostra un carico del motore, in cui la corrente di spunto è da cinque a otto volte la corrente di funzionamento e l'arco dura più a lungo ad ogni interruzione. A 5 A le due curve iniziano vicine, ma a 40 A la curva resistiva è circa quattro volte più alta della curva del motore. Questo divario è il motivo per cui il telaio di un contattore può riportare sull'etichetta due numeri molto diversi e perché un dispositivo da 40 A venduto per il riscaldamento può essere approvato solo per circa 25 A di servizio del motore. Quando si confrontano i preventivi, confrontare anche la categoria di utilizzo e la corrente, perché un'unità specificata per carichi resistivi non sopravvivrà a lungo ad un avviatore motore.

Ciò che fallisce sul campo

Le risposte sul campo rappresentano un utile controllo incrociato, perché il mix di guasti dice più sui dati di installazione e carico che sulla famiglia di contattori stessa.

Il guasto della bobina domina l'elenco e nella maggior parte dei casi la bobina è il messaggero piuttosto che la causa: sottotensione prolungata, temperatura ambiente elevata o un inceppamento meccanico finiscono tutti in una bobina bruciata. Seguono i contatti saldati o fortemente vaiolati e di solito indicano una corrente di spunto superiore a quella consentita dalla potenza nominale del contatto o a troppe operazioni all'ora. L'usura meccanica dell'armatura e del collegamento è il guasto lento e prevedibile che si manifesta dopo anni di servizio. Terminali allentati o ossidati e contaminazione da polvere e umidità sono problemi di installazione e custodia e, insieme, rappresentano circa un quarto dei resi. È più economico prevenire tutte e cinque le cause in fase di specifica che ripararle sul campo, motivo per cui dati di carico accurati e dati ambientali realistici valgono l'ora di lavoro in più.

Una tabella di selezione e una lista di controllo

La tabella seguente è un punto di partenza per i pannelli industriali generali. Non sostituisce la scheda tecnica, ma restringe rapidamente l'elenco.

Analizzare il seguente elenco prima di richiedere un preventivo:

1. Confermare la corrente di carico e la categoria di utilizzo, non solo l'amperaggio della targa del motore.
2. Misurare o stimare l'ambiente all'interno dell'armadio con la porta chiusa.
3. Prendere nota della tensione di controllo disponibile e di quanto potrebbe abbassarsi durante l'avvio.
4. Contare le operazioni previste per ora e per anno.
5. Decidi cosa deve fare il dispositivo dopo un'interruzione di corrente: aprire, rimanere chiuso o mantenere il suo ultimo stato.
6. Verificare se il pannello necessita di un traferro fisico per un isolamento sicuro.
7. Confermare le dimensioni del terminale, della guida di montaggio e dei blocchi accessori prima di ordinare.

Contattore o relè, dove si trova la linea

La linea tra un contattore e un relè non è un singolo numero. È una combinazione di attualità, dovere e intento progettuale. I relè solitamente commutano correnti inferiori e sono costruiti per la logica di controllo e i percorsi dei segnali, mentre i contattori sono costruiti per la commutazione del carico con uno scivolo ad arco e un meccanismo più pesante. La sovrapposizione, però, è reale: un relè elettromagnetico ad alta corrente può commutare da 30 A a 40 A, coprendo piccole pompe, riscaldatori e circuiti di illuminazione dove un telaio completo di contattore sarebbe sovradimensionato.

In questi casi, un modulo con montaggio su guida semplifica la sostituzione e mantiene il cablaggio ordinato, poiché il dispositivo può essere sostituito senza disturbare il cablaggio del pannello.

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Da dove provengono le parti

Ogni specifica di cui sopra dipende dal dispositivo che viene costruito su di essa. Ningbo Chengyuan Chuangke Electronics produce relè e componenti di controllo a Ningbo dal 1996 e il suo catalogo comprende relè elettromagnetici per uso generale, relè reed, relè ad aggancio magnetico e moduli di controllo industriale con montaggio su guida. Questa gamma è in linea con le famiglie di contattori qui discusse, il che aiuta quando un pannello necessita di un set abbinato di dispositivi di commutazione da un'unica fonte anziché da tre fornitori. Puoi leggere di più sul produttore e la routine di produzione e qualità dietro queste parti, oppure inviare i dati di carico e il valore ambientale e lasciare che il team confermi la giusta dimensione del telaio e la tensione della bobina.

Scegli prima la famiglia, poi la dimensione del telaio, quindi la tensione della bobina. Un contattore per scopi definiti per un condizionatore d'aria, un'unità di bloccaggio magnetico per un contatore remoto e un dispositivo a stato solido per un riscaldatore a ciclo rapido sono tutte risposte corrette e ciascuna di esse sarebbe un errore in una delle altre due posizioni.

Vale la pena tenere nota sul banco di lavoro le quattro domande all'inizio di questa guida: corrente, frequenza di ciclo, tipo di carico all'interruzione e comportamento della bobina dopo un'interruzione di corrente. Quando arriva un preventivo senza categoria di utilizzo o classificazione ambientale, è il momento di chiedere, perché questi due numeri decidono se il contattore nella scatola funzionerà ancora tra cinque anni.