contactores

El contactor.

Es un elemento que dispone de unos contactos principales también llamados de potencia que son gobernados mediante un vástago solidario a la culata que es atraída por el núcleo, el cual lleva alojada una bobina de alimentación, solamente tiene un estado estable, es decir, o se encuentra conectado o desconectado.

Una de las principales ventajas del contactor es que mediante tensiones e intensidades pequeñas o de utilización frecuente podemos gobernar grandes potencias.

Otra definición podría ser; es un elemento de gobierno de altas potencias mediante tensiones e intensidades pequeñas a distancia por medio de un circuito electromagnético o electroimán.

Los contactores están formados de tres partes bien diferenciadas a saber;

1. Circuito de potencia o contactos principales.
2. Circuito de maniobra o contactos auxiliares que normalmente se utilizan en el gobierno del circuito electromagnético.
3. Circuito electromagnético o electroimán.

Partes de un contactor.

Numeración de los distintos circuitos de un contactor.

Las bobinas de los contactores pueden funcionar a corriente continua o a corriente alterna, existiendo una gama de tensiones de utilización para ambos tipos de corriente. Los contactos principales o de potencia se pueden construir para una corriente u otra o para ambos tipos de corriente.

Como ejemplo en el mercado podemos encontrar;

1. Corriente; alterna o continua.

2. Frecuencia, en Europa 50 Hz, en otros países 60 Hz, actualmente podemos encontrar bobinas para poder funcionar a las dos frecuencias 50/60 Hz.

3. Tensiones; 230, 110, 48, 24 voltios, he puesto las tensiones que con más frecuencia me he encontrado en mi experiencia laboral, existen otras gamas de tensiones.

4. Factor de energía; este factor especifica qué potencia en vatios consume la bobina en el momento de la conexión también llamado llamada y qué potencia consume una vez que se encentra el electroimán cerrado.

5. Factor de potencia; especifica el factor de potencia cuando el electroimán se encuentra abierto y cuando el electroimán se encuentra cerrado.

6. Tiempos de conexión y desconexión; es el tiempo de cierre a la excitación o conexión y tiempo de apertura a la desexcitación o desconexión.

Funcionamiento en corriente continua.

Cuando circula por la bobina del contactor corriente continua, el núcleo se comporta como un electroimán que atrae la culata, la misma se aproxima al núcleo venciendo la fuerza del muelle y arrastra los contactos de potencia cerrándolos y el contacto normalmente cerrado (NC) abriéndolo y el contacto normalmente abierto (NO o NA) cerrándolo, debemos recordar que en los esquemas, normalmente, se representan sus contactos en estado de reposo.

La intensidad que circula por el bobinado solamente encuentra la resistencia del bobinado que determinará la intensidad necesaria para cerrar el electroimán, la resistencia es la misma cuando el electroimán se encuentra cerrado y por tanto su intensidad también cuando bastaría una intensidad mucho menor, es por eso que los contactores en corriente continua se les intercala una resistencia limitadora (también se la denomina economizadora) en el circuito una vez que el electroimán ha cerrado.

Gama contactores para diferentes potencias Sprecher schuh.

Contactor ABB. Foto: Viatger.

Detalle resistencia limitadora. Foto: Viatger.

Detalle contactos auxiliares. Foto: Viatger.

Funcionamiento en corriente alterna.

En este tipo de bobinas la fuerza (F) que hace el núcleo sobre la culata cuando ésta se encuentra en reposo es proporcional al cuadrado de la corriente (I²). En corriente alterna la fuerza siempre será de atracción (positiva) pero oscilante y de forma periódica será inferior a la del muelle (Fm), ver dibujo.

Como tenemos un entrehierro, para que podamos garantizar la desconexión, porque en caso contrario el magnetismo remanente podría mantener la culata unida al núcleo, esto hará oscilar a la culata produciendo una deficiente presión de los contactos principales o de potencia que se traduciría en calentamientos excesivos e incluso la destrucción del contactor, para poder evitar este problema se ponen en el núcleo dos espiras que pueden estar constituidas por cobre o aluminio, una a cada lado que cierran una parte de la sección del núcleo que reciben el nombre de espira de sombra, estas espiras no hacen otra cosa que proporcionar el suficiente flujo para que no oscile la culata como muestra el dibujo.
En ca no es necesario utilizar resistencia limitadora porque si bien la intensidad al cierre del electroimán solamente se encuentra limitada por la resistencia de la bobina una vez cerrado la reluctancia resulta débil y la impedancia de la bobina es elevada y, por tanto, la intensidad queda limitada.

Espira de sombra, el núcleo como se puede observar esta constituido por láminas aisladas entre sí para evitar las corrientes de Focault. Fotos: Viatger.

En el taller se podría dar el caso de disponer de contactores cuyas bobinas funcionan a corriente alterna de 230 voltios 60 Hz, pero nuestra red es de 50 Hz, ¿se podrán conectar? Como ya sabemos unos de los parámetros fundamentales de la corriente alterna es la frecuencia y en un principio no pueden conectarse, pero sí se podría hacer si cambiásemos su tensión de alimentación.

Si disponemos de un contactor cuya bobina esta diseñada para funcionar a 230 V 60 Hz, ¿qué tensión deberemos aplicar para que pueda funcionar a 50 Hz? ¿Yen el caso de que sea la bobina del contactor 230 v 50 Hz y red de 60 Hz?

Uc = fc/f r* Ur = 50/60*230 = 191,66 V

Uc = fc/f r* Ur = 60/50*230 = 276 V

Uc = tensión bobina contactor.

Fc = frecuencia bobina contactor.

Fr = frecuencia de la red.

Ur = tensión red.

Antes era frecuente poder encontrarse con estos casos, pero hoy en día casi todas las firmas comerciales de contactores preparan sus bobinas para trabajar a 50/ 60 Hz.

Contactos principales o de potencia, en contactores de cierta potencia, estos se cambian cuando están desgastados. Fotos: Viatger.

Contactor Möeller con bobina preparada para trabajar a corriente continua 110 V, es fácil observar como los núcleos no llevan espira de sombra. Fotos: Viatger.

Contactor BBC (ahora ABB), para corriente alterna 50/60 Hz. Foto: Viatger.

La elección del contactor.

Existen una serie de parámetros que debemos conocer a la hora de escoger correctamente el contactor que queramos instalar.

Gama de contactores para diferentes potencias ABB.

Corriente de los contactos principales.

Es fácil averiguar que uno de los datos imprescindibles es la intensidad que pueden soportar los contactos principales por tanto:

- Intensidad nominal térmica (Ith): es la corriente que pueden soportar los polos o contactos principales de un contactor durante un mínimo de 8 horas sin que su temperatura sobrepase los límites fijados por las normas.

- Intensidad de empleo (Ie): es la corriente que puede operar y está definida por la categoría de empleo (AC1, AC2, DC1, etc.) y la temperatura ambiente.

Clase de servicio y duración.

- Robustez eléctrica: es el número de ciclos/maniobra (conexión + desconexión) que es capaz de realizar el contactor sin reposición de sus contactos, en este caso debe circular intensidad por los contactos principales. Este dato depende de la categoría de empleo, tensiones nominales e intensidad de empleo.

- Robustez mecánica: es el número de maniobras en vacío, es decir, sin paso de intensidad por los polos, que es capaz de efectuar el contactor sin fallo mecánico.

Partes de un modelo de contactor Sprecher schuh.

La robustez eléctrica es inferior a la mecánica debido a la posible formación de arcos eléctricos al desconectar los polos del contactor.

Clases de servicio: 

1. Servicio permanente: el contactor permanece conectado circulando por sus contactos principales la intensidad de empleo ininterrumpidamente por tiempo indefinido y superior a 8 horas.

2. Servicio de 8 horas: los polos del contactor pueden permanecer cerrados durante un tiempo suficiente alcanzando el equilibrio térmico, pero que no sobrepase las 8 horas sin interrupción. Al final de este periodo de tiempo, el contactor debe haber efectuado por lo menos, una desconexión en carga.

3. Servicio temporal: los polos del contactor pueden permanecer cerrados durante un tiempo insuficiente para que el circuito principal alcance el equilibrio térmico, pero permanece en reposo un tiempo suficiente para que el circuito principal se enfríe hasta adquirir la temperatura ambiente. En este tipo de servicio 10, 30, 60, 90 minutos se consideran valores normales.

4. Servicio intermitente: este servicio presenta períodos de trabajo y reposo, de duración constante y definida, es decir, ciclos de trabajo iguales compuestos cada uno de ellos por un tiempo de conexión y un tiempo de desconexión, siendo insuficiente la duración de cada tiempo para que el circuito principal alcance el equilibrio térmico.

Servicio de corta duración, Tb es el tiempo de funcionamiento, P intensidad, Pv potencia y T la temeratura de trabajo. Viatger,

Gráfica de la izquierda servicio permanente, la de la derecha servicio intermitente. Viatger.

Dentro del servicio intermitente, según el número de maniobras a efectuar en una hora, se establecen 5 clases de servicio:

- Clase 0 Número de maniobras por hora menor o igual a 6.
- Clase I Número de maniobras por hora menor o igual a 30.
- Clase II Número de maniobras por hora menor o igual a 150.
- Clase III Número de maniobras por hora menor o igual a 600.
- Clase IV Número de maniobras por hora menor o igual a 1200.

Gama de contactores Siemens.

Como que para un mismo numero de maniobras por horas las condiciones de empleo del contactor son diferentes, según el tiempo de duración de la conexión y desconexión, cada clase de uso se subdivide a su vez en cuatro regímenes de marcha definidos en tanto por ciento llamado el factor de marcha ED %:

Son considerados normales los factores de marcha ED de 15, 25, 40 y 60 %, observar la tabla siguiente:

Poder de ruptura y conexión.

El poder de ruptura de un aparato, designa la mayor intensidad de corriente que puede cortar un aparato en unas condiciones de empleo dadas, aunque se distingue el poder de ruptura en servicio normal y en cortocircuito.

El poder de conexión expresa la mayor corriente que este aparato es capaz de cerrar a una temperatura dada y en las características preescritas de empleo y funcionamiento sin que existan deterioros, aunque se distingue el poder de conexión en servicio normal y en cortocircuito.

Categorías de servicio en corriente alterna según UNE-EN60947.4.1

Hay que distinguir cuatro categorías de servicio que fijan los valores que el contactor debe establecer o cortar.

- AC-1 = se aplica a todos los receptores en corriente alterna que el factor de potencia sea al menos cos φ = 0,95 o mayor, un ejemplo serían resistencias de calefacción, distribución, etc.

- AC-2 = esta categoría hace referencia al arranque, frenado por contracorriente así como a la marcha por impulsos de un motor de anillos rozantes.

- AC-3 = se refiere a los motores de jaula de ardilla, el corte se realiza a motor lanzado.

- AC-4 = esta categoría se refiere a las aplicaciones con frenado, a contracorriente y marcha por impulsos con motores de jaula o de anillos.


Gráfica donde se refleja en qué momento del funcionamiento del motor según la categoría de servicio efectúa el contactor el corte. Viatger.

Categorías de servicio en corriente continua según UNE-EN60947.4.1

- DC-1 = Se aplica a todos los receptores que utilizan corriente continua y cuya constante de tiempo L/R es inferior o igual a 1ms.

- DC-3 = se refiere al arranque y frenado en contracorriente, así como a la marcha por impulsos de los motores shunt. Constante de tiempo inferior a 2 ms.

- DC-5 = se refiere al arranque y frenado en contracorriente, así como a la marcha por impulsos de los motores serie. Constante de tiempo inferior a 7,5 ms.

Partes de un modelo de contactor sacada del Telesquemario de Telemecanique.

Características dieléctricas de los contactores.

Son aquellas tensiones que los materiales de los que está hecho el contactor pueda soportar en servicio o en eventuales sobretensiones.

- Tensión nominal de empleo (Ue): Valor del voltaje que en combinación con una intensidad de empleo determina el empleo del contactor y al que se refieren los poderes de cierre y corte, el tipo de servicio y la categoría de empleo. Para los contactores que se utilicen en circuitos trifásicos se expresa mediante la tensión compuesta.

- Tensión nominal de aislamiento (Ui): La tensión nominal de aislamiento de un contactor es el valor del voltaje que caracteriza a este aislamiento y a la que se refieren sus ensayos dieléctricos, las líneas de fuga y las distancias de aislamiento, en la a mayoría de casos la Ui es el valor máximo de Ue.

Otras características a tener en cuenta.

- Impedancia de los polos: La impedancia de un polo es aquella impedancia que caracteriza a todo el polo desde el borne de entrada hasta el borne de salida. Es función de la frecuencia y se expresa para 50 Hz, este valor se entiende para su Ie.

- Altitud: La disminución de la densidad del aire con la altura influye sobre, la tensión disruptiva de aire y, por tanto, sobre la Ue, su poder refrigerante y por ende afecta a la Ie, normalmente se traduce en que un contactor de 30 amperios, por ejemplo, pasados los 1000 metros de altitud tan solo puedan circular como Ie = 21 A.

- Potencia nominal de empleo: Un contactor suele ser destinado al control de cierta potencia bajo la Ue indicada expresadas normalmente en Kw (antiguamente se expresaba en CV, aunque depende el sector se sigue utilizando).

- Tiempo de funcionamiento: se divide en dos; tiempo de cierre que es el comprendido entre la aparición de la tensión en las bobinas del contactor y la unión de los polos del mismo; tiempo de apertura es el tiempo comprendido desde el momento en que se corta el circuito de la bobina del contactor hasta la separación de los polos. Para obtener el tiempo total del corte es necesario incluir al tiempo de apertura el tiempo de extinción del arco que depende de las condiciones de corte. Ambos tiempos se expresan en milisegundos.

Aplicaciones de los contactores.

La aplicación más conocida del contactor es su utilización para el gobierno de motores eléctricos, pero existen muchas más aplicaciones como:

- circuitos de calefación.
- circuitos de alumbrado.
- transformadores.
- en la conexión de condensadores correctores del factor de potencia.
- también existen contactores para media tensión.

Contactor de garrote de alta potencia.

Dada la importancia del contactor en otras entradas lo seguiremos tratando.