But Nicu - Contactoare Electrice

36
CONTACTOARE ELECTRICE Îndrumător: Șl. Dr. Ing. Claudia Stașac Student: But Nicolae gr. 1321 A UNIVERSITATEA DIN ORADEA FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ ȘI TEHNOLOGIA INFORMAȚIEI SPECIALIZAREA: SISTEME ELECTRICE

Transcript of But Nicu - Contactoare Electrice

Page 1: But Nicu - Contactoare Electrice

CONTACTOARE ELECTRICE

Îndrumător:

Șl. Dr. Ing. Claudia Stașac

Student:

But Nicolae gr. 1321 A

2011

UNIVERSITATEA DIN ORADEAFACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ ȘI TEHNOLOGIA INFORMAȚIEI

SPECIALIZAREA: SISTEME ELECTRICE

Page 2: But Nicu - Contactoare Electrice

1 CUPRINS

1. Cuprins........................................................................................................2

2. Generalități..................................................................................................3

3. Definirea contactorului...............................................................................4

4. Clasificarea contactoarelor.........................................................................6

5. Contactoare electromagnetice de c.a. ........................................................8

6. Contactorul cu mișcare simplă te translație...............................................11

7. Contactorul cu mișcare dublă de translație................................................13

8. Contactoare de curent continuu.................................................................15

9. Contactoare statice....................................................................................24

10. Contactoare statice de c.a. ........................................................................25

11. Contactoare statice de c.c. ........................................................................28

12. Parametrii nominali ai contactoarelor.......................................................32

13. Bibliografie................................................................................................36

Page 3: But Nicu - Contactoare Electrice

2. GENERALITĂȚI

 Aparatele electrice se găsesc în numeroase variante constructive și funcționale în toate instalațiile electrice îndeplinind în circuitele dintre sursele de energie și receptoare, functii de deosebită importanță: închiderea, deschiderea sau comutarea circuitelor electrice; supravegherea și protecția instalațiilor și receptoarelor.

In funcție de rolul îndeplinit în instalația electrică, aparatele includ în constructia lor: căi de curent; circuite magnetice; mecanisme de acționare și de blocare; dispozitive de stingere a arcului electric; constructia metalică sau carcasa aparatului.

Aparatele complexe pot include în construcția lor ansamblul sau chiar aparate mai simple cu rol de comandă, semnalizare, protecție, etc. Există două categorii mari de aparate : aparate acționate manual și aparate acționate de la distanță sau de către releele de protecție.[1]

 

Page 4: But Nicu - Contactoare Electrice

3. DEFINIREA CONTACTORULUI

Contactorul este un aparat electric, cu utilizare largă în schemele electrice de comandă și acționare; definirea lui se poate face sub următoarea formă:

Contactoarele sunt aparate electrice de comutație cu o singură poziție de repaos, acționate altfel decât manual, capabile de a închide, de a întrerupe, de a suporta curenți în condiții normale de funcționare, inclusiv curenți de suprasarcină, iar în poziția închis pot suporta pe o durată mică de timp și curenți de scurtcircuit. [1]

Page 5: But Nicu - Contactoare Electrice

Aceste aparate sunt folosite în situații în care este nevoie de un număr mare de conectări respectiv deconectări, ele fiind capabile să reziste la un număr de 102...105 manevre ale circuitelor de forță în regim normal de funcționare și la suprasarcină.

Contactoarele mențin un circuit conectat, la apariția unei comenzi de natură electrică și îl mențin închis atâta vreme cât durează această comandă. Când aparatul se află în poziția de repaus, contactele principale, de forță, sunt normal deschise.

Există situații când aceste aparate sunt realizate în construcție specială, cu contactele principale normal închise, caz în care aparatul poartă denumirea de ruptor [1]

Page 6: But Nicu - Contactoare Electrice

4. CLASIFICAREA CONTACTOARELOR

Clasificarea contactoarelor se poate face din mai multe puncte de vedere.

După numărul de poli: - monopolare;

- bipolare;

- tripolare;

- tetrapolare;

După tipul mișcării traversei cu contacte:

- cu mișcare de translație;

- cu mișcare de rotație.

După sistemul de acționare:

- electromagnetice;

- electropneumatice [1]

Page 7: But Nicu - Contactoare Electrice

După tipul sarcinii: Contactoarele de curent alternativ se împart în 4 grupe:

AC1 – pentru comanda receptoarelor cu sarcini neinductive sau slab inductive

AC2 – pentru pornirea motoarelor cu inele de contact și la frânarea prin contracurent;

AC3 – pentru pornirea motoarelor în scurtcircuit și la oprirea acestora în plin mers;

AC4 – pentru pornirea motoarelor în scurtcircuit la mersul cu locuri și la inversarea sensului de rotație al motoarelor.

Contactoarele de curent continuu se clasifică în 5 grupe:

DC1 – pentru comanda receptoarelor cu sarcini neinductive sau slab inductive;

DC2 – pentru pornirea motoarelor cu derivaie sau pentru pornirea acestora în plin mers;

DC3 – pentru pornirea motoarelor derivație la mersul cu șocuri și la inversarea sensului de rotație al motoarelor;

DC4 – pentru pornirea motoarelor serie și oprirea acestora în plin mers;

DC5 – pentru pornirea motoarelor serie la mersul cu ocuri i la inversarea

sensului de rotaie în plin mers al motoarelor.

Page 8: But Nicu - Contactoare Electrice

5. CONTACTOARE ELECTROMAGNETICE DE CURENT

ALTERNATIV

Aceste contactoare sunt destinate conectării motoarelor care lucrează în regim intermitent (conectări repetate de scurtă durată), pentru conectarea

reostatelor de pornire și pentru diverse comutații în rețele de forță și iluminat

de curent alternativ.

Au bobina de acționare alimentată în majoritatea cazurilor în curent alternativ și circuitul magnetic se execută din tole de 0,35 ... 1 mm grosime, pentru limitarea curenților turbionari.

Pentru amortizarea vibrațiilor armăturii datorită pulsației forței de atracție polii miezului sunt parțial ecranați cu spire în scurtcircuit.

Contactoarele cu șocuri mari de curent în momentul anclanșării nu pot fi utilizate la frecvențe mari de conectare, de aceea bobinele de acționare se recomandă a fi alimentate în curent continuu. Contactoarele de curent alternativ este construiesc în două variante, și anume: cu simplă micare de translație și cu dublă mișcare de translație. [2]

Page 9: But Nicu - Contactoare Electrice

[3] Contactoare de Curent alternativ

Page 10: But Nicu - Contactoare Electrice

Contactor electromagnetic de curent alternativ ( Moeller)

DILM17-01(230V50HZ,240V60HZ) - contactor 17A, pt acționare motor7,5kw / 400V AC3, tensiune bobina 230V a.c, 1NC, Moeller [4]

Page 11: But Nicu - Contactoare Electrice

6. Contactorul cu mișcare simplă de translație:

Figura 1 Elementele constructive ale contactorului cu mișcare de translațieConform figurii 1. organul motor este un electromagnet monofazat cuspiră în scurtcircuit (reperele 1, 2, 3). Resorturile antagoniste 4 asigură stareade repaus. Pe calea de curent 5 sunt plasate elementul fix de contact și una din borne. Calea de curent are două locuri de rupere, în zone plasate între plăcile feromagnetice 6. Piesele mobile de contact sunt lipite de puntea 7. Resortul 8, asigură forța de apăsare pe contacte și este plasat în caseta 9. Camera de stingere are ca principiu efectul de electrod și nișă

Page 12: But Nicu - Contactoare Electrice

Figura 2

Figura 2: Diagrama forței rezistente în funcție de întrefier la contactorul cu mișcare simplă de translație.

Pentru determinarea numărului de segmenți ai camerei de stingerepornim de la expresia căderii de tensiune pe arcul electric.

Pentru un arc electric scurt, tensiunea de ardere este: Ua = n·αi unde n este numrul de intervale, αi »25V – tensiunea pe interval, iar Ua este tensiunea arcului electric. Ca urmare trebuie îndeplinit condiția:Us < n·αi unde Us este tensiunea sursei.

Page 13: But Nicu - Contactoare Electrice

7. Contactorul cu mișcare dublă de translație

Pentru intensități mari ale curentului nominal (100...400A), masele în deplasare fiind mai mari, energia cinetică corespunztoare este importantă. În aceste cazuri este

necesară micșorarea vitezei de închidere a contactelor, iar cinematica aparatului comportă o mișcare de translație dublă: a contactelor și a electromagnetului.

Schema cinematică este prezentată în figura 2.2.

Conform figurii 3. un pol al aparatului este reprezentat prin conductoarele 1, 2 pe care sunt plasate contactele fixe și bornele aparatului A,B. Pe puntea conductoare 3 sunt plasate contactele mobile, în caseta 4 se află resortul precomprimat 5. Electromagnetul de acționare este figurat prin armătura mobilă 7, bobina 8 și armătura fixă 9. Transmiterea mișcării de la armătura mobilă 7 la puntea 3 cu contactele mobile se realizează cu sistemul de pârghii 10, 11, 12. Resortul precomprimat 6 asigură forța necesară menținerii contactorului deschis. [2]

Page 14: But Nicu - Contactoare Electrice

Figura 3. Cinematica contactorului cu mișcare dublă de translație

Figura 4. Diagrama forței rezistente în funcție de întrefier la contactorul cu mișcare dublă de translație.

Page 15: But Nicu - Contactoare Electrice

8. CONTACTOARE DE CURENT CONTINUU

Contactoarele de curent continuu au circuitul magnetic de tip clapetă,

cu armătura mobilă de tip clapetă și cu armătura mobilă sprijinită pe o prismă pentru asigurarea unei rezistențe la uzură mai mare. Uneori aceste contactoare sunt prevăzute cu rezistențe economizoare, legate în serie cu bobina de acționare. În poziția deschis aceste rezistențe sunt scurtcircuitate de un contact auxiliar (normal închis – NI) și curentul care parcurge bobina de acționare are o valoare mare, fiind limitată numai de rezistența bobinei. În poziția închis a contactorului, se deschide contactul auxiliar și curentul se micșorează, deoarece în acest caz el este limitat de rezistența bobinei și de rezistența economizatoare, legate în serie pe sursă.

Circuitele magnetice ale contactoarelor de curent continuu au întrefier

de lucru la poziția închis foarte mică, pentru micșorarea solenației necesare obținerii forței portante dorite. Întrefierul este de cca 4-10 mm.

Contactorul de curent continuu este folosit în tracțiunea electrică și în

instalațiile de acționări electrice. [2]

Page 16: But Nicu - Contactoare Electrice

Din punct de vedere constructiv, există două variante, în funcție de principiul de stingere a arcului electric și anume:

A. Contactorul cu mișcare de translație cu întrerupere dublă, la care se folosește efectul de electrod pentru stingerea arcului electric. Acesta este introdus în camera de stingere prin efectul de buclă al căii de curent și efectul de nișă.

B. Contactorul cu mișcare de rotație, întrerupere simplă, la care se folosește principiul contactului arcului electric cu pereți reci în vederea răcirii și stingerii lui (efectul deion). Arcul electric este introdus în camera de stingere cu ajutorul suflajului magnetic.

Contactorul cu mișcare de translație folosește ruperea arcului electric în două locuri iar camera de stingere este identică cu aceea a contactorului de curent alternativ. Principiul de stingere a arcului electric este cel al efectului de nișă asociat cu efectul de electrod. [2]

Page 17: But Nicu - Contactoare Electrice

Figura 6. Contactorul cu un loc de rupere și mișcare de rotație, de c.c.1-element fix de contact; 2-element mobil de contact;3-miezul magnetic al bobinei de suflaj; 4-înfurarea bobinei de suflaj;5-pol magnetic; 6- resort pentru asigurarea sub aciunea forței Lorentz: F=JxB arcul electric este dirijat în camera de stingere alungit apreciabil între rampele 8 și 10, pus în contact cu perețiireci și apoi stins.

În figurile următoare sunt prezentate câteva variante constructive decontactoare de curent alternativ și curent continuu.

Page 18: But Nicu - Contactoare Electrice

Figura 7. Contactor CRF1 – AC3.

Contactor cu acționare magnetică tri și tetrapolar pentru comandamotoarelor (circuitul de comandă este alimentat in c.a. i c.c.). Imax=150A, tensiunea 48V, frecvena 40.. 400Hz. [2]

Page 19: But Nicu - Contactoare Electrice

Figura 8. Contactor LP4 D (DC, AC3)

Contactor tripolar de larg consum pentru comanda motoarelor 9-25A(comanda în curent continuu). Contactorul, alimentat în curent continuu nunecesită nici o interfață, consumul redus îl recomandă la comanda directă aPărților statice. Este ideal pentru coexistena circuitelor de putere și celeelectronice. Contactor tripolar de larg consum pentru comanda motoarelor 115-800A (comanda în curent alternativ).[2]

Page 20: But Nicu - Contactoare Electrice

Figura 9. Contactor LP4 K (DC, AC3) 6-12A

Minicontactor tripolar pentru comanda motoarelor (circuit de comandă în curent continuu) [2]

Page 21: But Nicu - Contactoare Electrice

Figura 10. Contactor pe bar tripolar LC1 B (AC, AC3) 750-1800A pentru comanda motoarelor. [2]

Page 22: But Nicu - Contactoare Electrice

Figura 11 Schema completă (de lucru) și Schema electrică desfășurată (funcțională) pentru alimentarea și comanda unui contactor bipolar de c.c. acționat de un electromagnet de c.c.

Page 23: But Nicu - Contactoare Electrice

Figura 12. Schema completă și Schema electrică desfășurată pentrualimentarea și comanda unui contactor trifazat acționat de un electromagnetde c.c.

Page 24: But Nicu - Contactoare Electrice

9. CONTACTOARE STATICE

Odată cu dezvoltarea unor componente semiconductoare pentru curenți intenși și la prețuri accesibile, a apărut posibilitatea introducerii lor în tehnica comutației ca înlocuitoare pentru contactoarele electromagnetice.

Contactoarele statice folosesc dispozitive semiconductoare de putere

cum sunt dioda, tiristorul diacul sau triacul. Structura circuitului energetic al contactoarelor statice de c.c. Și c.a. Este asemănătoare cu a variatoarelor, diferind doar dispozitivul de comandă ce are

de regulă o structură mai simplă în concordanță cu regimul de comutație.

Contactoarele statice pot întrerupe și conecta sarcini la comenzi individuale sau periodice.

Deoarece contactoarele statice pot fi privite ca variatoare ce funcționează în regim închis-deschis, funcționarea lor poate fi dedusă prin analogie cu funcționarea variatoarelor statice. [2]

Page 25: But Nicu - Contactoare Electrice

10. CONTACTOARE STATICE DE CURENT ALTERNATIV

Pentru analiza fenomenelor ce au loc în cazul comutației statice de c.a. considerăm un contactor static de c.a. monofazat cu tiristoare ideale, legate în antiparalel alimentat cu o tensiune sinusoidală. Considerăm parametrii

sarcinii R, L constanți. Pentru ca circuitul consumatorului (R, L) să fie parcurs de curent se comandă cele două tiristoare T1 și T2 fiecare semiperioadă, în mod alternativ. La întreruperea comenzilor se va întrerupe și curentul din circuit. [2]

Figura 14 Schema de principiu a unui contactor static de c.a. monofazat

Page 26: But Nicu - Contactoare Electrice

Figura 15 Contactor static de c.a. cu punte redresoare semicomandat

Figura 16. Contactor static de c.a. cu un singur tiristor.

Page 27: But Nicu - Contactoare Electrice

Contactoarele statice de curent alternativ se pot realiza și cu ajutorul

unui triac care înlocuiește cele dou tiristoare montate în antiparalel. O astfel de schemă este prezentat în figura 17

Triacul îndeplinete funcția a celor două tiristoare în antiparalel iar grupul R, C realizează o reducere a vitezei de creștere a tensiunii pe triac, fiind indispensabil în cazul sarcinilor puternic inductive.

Figura 17 Contactor static de c.a. cu triac.Dintre schemele de contactoare statice de c.a. prezentate cea mai mare cădere de tensiune pe tiristor este în cazul schemei din figura 16Structura dispozitivelor de comandă ale contactoarelor de c.a. depindede natura ventilelor semiconductoare folosite (tiristoarele sau triacuri) și de regimul de funcționare.

Page 28: But Nicu - Contactoare Electrice

11. CONTACTOARE STATICE DE CURENT CONTINUU

Spre deosebire de contactoarele de c.a. la care stingerea tiristoarelor are loc în mod natural la trecerea prin zero a curentului comutat, contactoarele de c.c. Funcționează cu comutație forată fiind necesare circuite speciale pentru stingerea tiristorului care a condus curentul. În schimb nu sunt necesare circuite speciale pentru comanda grilelor tiristoarelor.

Deoarece tiristoarele nu pot fi blocate prin intermediul comenzii pe grila, în structura contactoarelor de c.c. este existenta prezența unei ramuri de comutație. La majoritatea contactoarelor de c.c. folosite în industrie, blocarea tiristorului principal se realizează prin aplicarea unei tensiuni inverse pe tiristorul principal obținute de la un condensator.

În momentul în care se dorește blocarea tiristorului principal, ramura de comutație este conectată în paralel cu tiristorul principal, cu ajutorul unui tiristor auxiliar, astfel încât tensiunea condensatorului să foreze prin tiristorul principal un curent invers care anulează curentul inițial blocând tiristorul. În funcție de modul în care se realizează încărcarea condensatorului din ramura de comutație, deosebim mai multe scheme de contactoare statice de c.c. prezentate schematic în figurile urmtoare. [2]

Page 29: But Nicu - Contactoare Electrice

Figura 19 Contactor static de c.c. cu circuit de încrcare R, C.Prin tiristorul T1 se alimentează consumatorul Zs și prin rezistența Rcondensatorul C se încarcă cu polaritatea inițială, schema revenind la situațiaInițială. Acest contactor de c.c. se folosește la frecvențe de comutație redusedatorită timpului necesar încărcării condensatorului.

Figura 20 Contactor static de c.c. cu circuit de încrcare L, C.Pentru frecvențe mari de comutație se utilizează contactoare statice dec.c., cu circuit de încărcare L, C,.

Page 30: But Nicu - Contactoare Electrice

Figura 21 Contactor static de c.c. cu condensatorul montat în brațul uneiPunți cu tiristoare.

La început se comandă tiristoarele auxiliare T1 si T2 și condensatorul Cse încarcă la polaritatea din figură, dup care cele două tiristoare seblochează.Prin comanda tiristorului principal T, consumatorul Zs este străbătut decurentul de sarcină. Oprirea funcționării consumatorului se face prin comandatiristoarelor auxiliare T3 si T4, când condensatorul C se polarizează inverstiristorul principal T provocând blocarea lui.

Page 31: But Nicu - Contactoare Electrice

Figura 2.23 Contactoare staticeContactoarele statice de c.a. se pot realiza și cu un triac care înlocuieștecele două tiristoare montate în antiparalel. Grupul R, C realizează o reducerea vitezei de creștere a tensiunii pe triac, fiind indispensabil în cazul sarcinilorputernic inductive. [2]

Page 32: But Nicu - Contactoare Electrice

12. PARAMETRII NOMINALI AI CONTACTOARELOR

Principalii parametrii nominali ai contactoarelor sunt:- tensiunea nominală Un pentru care este construit

contactorul și este tensiunea din circuitul contactelor principale la care se dimensionează mărimea izolației;

- tensiunea de serviciu Us este tensiunea la care este folosit aparatul, care poate fi mai mică sau cel puțin egală cu Un;

- tensiunea de comandă Uc, care este tensiunea de alimentare a înfășurării electromagnetului de acționare sau a bobinei electrovalvei în cazul contactorilor cu sistem de acționare hidraulic, sau pneumatic;

Page 33: But Nicu - Contactoare Electrice

- curentul nominal In este valoarea maximă standardizată a curentului pe care îl poate suporta contactorul, fără a depăși în regim de lungă durată valorile admisibile a încălzirii;

- frecvența de acționare este numărul maxim de acționări pe care îl poate suporta contactul în decursul unei ore;

- durata relativă de conectare Dc este definită ca raportul:

Dc==%)

= timpul de lucru;

= timpul de pauză;

= durata unui ciclu.- rezistența la uzură a contactorului reprezintă durata de

viață a contactorului adică numărul de acționări pe care îl poate suporta contactul în gol. [1]

Page 34: But Nicu - Contactoare Electrice

- capacitatea de închidere și cea nominală de rupere reprezintă valoarea curentului pe care contactorul îl poate conecta sau deconecta de un anumit număr de ori fără a se produce sudură sau o uzură avansată a contactelor;

- caracteristicile de timp ale contactorului care reprezintă timpul de închidere și respectiv timpul de deschidere, durata arcului electric, timpul total de deschidere, durata de vibrație;

Valoarea tensiunii nominale în joasă tensiune este fixată prin STAS 553-73 la 1000 V c.a. Și 1200 V c.c.

Deosebirile esențiale între aparatele de diferite tensiuni nominale constau în:

- grosimea izolației;

- condiții de stingere a arcului electric;

- dimensiunea electromagneților de acționare.

Page 35: But Nicu - Contactoare Electrice

Contactoarele se caracterizează prin rezistența mecanică mare și capacitatea de rupere relativ mare, ceea ce le permite să suporte un număr mare de manevre.

Din punct de vedere a rezistenței contactelor la uzura mecanică, ele se clasifică în funcție de durata de serviciu în gol, exprimată prin numărul de acționări minime. [1]

Clasa Număr de acționări

I 250.000

II 1.200.000

III 1.200.000

IV 10.000.000