5.2: Contactores

Todo sobre los contactores

Cuando se utiliza un relé para conmutar una gran cantidad de energía eléctrica a través de sus contactos, se designa con un nombre especial: contactor. Los contactores suelen tener múltiples contactos, y esos contactos suelen estar (pero no siempre) normalmente abiertos, de modo que la alimentación a la carga se apaga cuando la bobina está desenergizada. Quizás el uso industrial más común para contactores es el control de motores eléctricos.

Los tres contactos superiores conmutan las fases respectivas de la alimentación de CA trifásica entrante, típicamente al menos 480 voltios para motores de 1 caballo de fuerza o más. El contacto más bajo es un contacto “auxiliar” que tiene una corriente nominal mucho menor que la de los grandes contactos de potencia del motor, pero es accionado por la misma armadura que los contactos de alimentación. El contacto auxiliar se usa a menudo en un circuito lógico de relé, o para alguna otra parte del esquema de control del motor, generalmente conmutando la alimentación de CA de 120 voltios en lugar del voltaje del motor. Un contactor puede tener varios contactos auxiliares, ya sea normalmente abierto o normalmente cerrado si es necesario.

Los tres dispositivos con forma de “interrogación en oposición” en serie con cada fase yendo al motor se denominan calentadores de sobrecarga. Cada elemento “calentador” es una tira de metal de baja resistencia destinada a calentarse a medida que el motor consume corriente. Si la temperatura de alguno de estos elementos calefactores alcanza un punto crítico (equivalente a una sobrecarga moderada del motor), un contacto de interruptor normalmente cerrado (no mostrado en el diagrama) se abrirá por resorte. Este contacto normalmente cerrado suele estar conectado en serie con la bobina del relé, de manera que cuando se abre el relé se desenergizará automáticamente, apagando así la alimentación al motor. Veremos más de este cableado de protección contra sobrecarga en el próximo capítulo. Los calentadores de sobrecarga están diseñados para proporcionar protección contra sobrecorriente para motores eléctricos grandes, a diferencia de los disyuntores y fusibles que sirven para el propósito principal de proporcionar protección contra sobrecorriente para conductores de energía.

La función del calentador de sobrecarga a menudo se malentiende. No son fusibles; es decir, no es su función quemarse y romper directamente el circuito como un fusible está diseñado para hacer. Más bien, los calentadores de sobrecarga están diseñados para imitar térmicamente la característica de calentamiento del motor eléctrico particular que se va a proteger. Todos los motores tienen características térmicas, incluyendo la cantidad de energía térmica generada por disipación resistiva (I ² R), las características de transferencia térmica del calor “conducido” al medio de enfriamiento a través de la estructura metálica del motor, la masa física y el calor específico de los materiales constituyendo el motor, etc. Estas características son imitadas por el calentador de sobrecarga en una escala miniatura: cuando el motor se calienta hacia su temperatura crítica, también lo hará el calentador hacia su temperatura crítica, idealmente a la misma velocidad y curva de aproximación. Así, el contacto de sobrecarga, al detectar la temperatura del calentador con un mecanismo termomecánico, detectará un análogo del motor real. Si el contacto de sobrecarga se activa debido a una temperatura excesiva del calentador, será una indicación de que el motor real ha alcanzado su temperatura crítica (o, lo habría hecho en poco tiempo). Después del disparo, se supone que los calentadores se enfrían a la misma velocidad y curva de aproximación que el motor real, de modo que indiquen una proporción precisa de la condición térmica del motor, y no permitirán que se vuelva a aplicar energía hasta que el motor esté realmente listo para arrancar nuevamente.

Contactor de motor eléctrico trifásico

Aquí se muestra un contactor para un motor eléctrico trifásico, instalado en un panel como parte de un sistema de control eléctrico en una planta de tratamiento de agua municipal:

La alimentación trifásica de CA de 480 voltios entra en los tres contactos normalmente abiertos en la parte superior del contactor a través de terminales de tornillo etiquetados “L1”, “L2” y “L3" (el terminal “L2” está oculto detrás de un circuito “amortiguador” de forma cuadrada conectado a través de los terminales de la bobina del contactor). La alimentación del motor sale del conjunto del calentador de sobrecarga en la parte inferior de este dispositivo a través de terminales de tornillo etiquetados “T1”, “T2” y “T3”.

Las unidades calentadoras de sobrecarga en sí son bloques negros de forma cuadrada con la etiqueta “W34”, lo que indica una respuesta térmica particular para ciertos caballos de fuerza y clasificación de temperatura del motor eléctrico. Si un motor eléctrico de diferentes clasificaciones de potencia y/o temperatura se sustituyera por el que está actualmente en servicio, las unidades de calentamiento de sobrecarga tendrían que ser reemplazadas por unidades que tuvieran una respuesta térmica adecuada para el nuevo motor. El fabricante del motor puede proporcionar información sobre las unidades calefactoras adecuadas a usar.

Un pulsador blanco ubicado entre los calentadores de línea “T1” y “T2” sirve como una forma de restablecer manualmente el contacto del interruptor normalmente cerrado a su estado normal después de haber sido disparado por una temperatura excesiva del calentador. Las conexiones de cable al contacto del interruptor de “sobrecarga” se pueden ver en la parte inferior derecha de la fotografía, cerca de una etiqueta que dice “NC” (normalmente cerrada). En esta unidad de sobrecarga particular, una pequeña “ventana” con la etiqueta “Tripped” indica una condición disparada por medio de una bandera coloreada. En esta fotografía, no hay condición de “tropezado”, y el indicador aparece claro.

Como nota al pie de página, los elementos calefactores pueden usarse como una resistencia de derivación de corriente bruta para determinar si un motor está extrayendo corriente cuando el contactor está cerrado o no. Puede haber ocasiones en las que esté trabajando en un circuito de control del motor, donde el contactor se encuentra lejos del propio motor. ¿Cómo saber si el motor está consumiendo energía cuando la bobina del contactor está energizada y la armadura ha sido jalada? Si los devanados del motor se queman abiertos, podría estar enviando voltaje al motor a través de los contactos del contactor, pero aún así, tener corriente cero, y por lo tanto no hay movimiento desde el eje del motor. Si no hay disponible un amperímetro de sujeción para medir la corriente de la línea, puede tomar su multímetro y medir la militensión en cada elemento del calentador: si la corriente es cero, el voltaje a través del calentador será cero (a menos que el elemento calentador en sí esté abierto, en cuyo caso el voltaje a través de él será grande); si hay corriente que va al motor a través de esa fase del contactor, leerá un milivoltaje definido a través de ese calentador:

Este es un truco especialmente útil para resolver problemas de motores de CA trifásicos, para ver si el devanado de una fase está quemado abierto o desconectado, lo que resultará en una condición rápidamente destructiva conocida como “monofásico”. Si una de las líneas que transportan energía al motor está abierta, no tendrá ninguna corriente a través de él (como lo indica una lectura de 0.00 mV a través de su calentador), aunque las otras dos líneas lo harán (como lo indican pequeñas cantidades de voltaje caídas a través de los respectivos calentadores).

Revisar

• Un contactor es un relé grande, generalmente utilizado para cambiar la corriente a un motor eléctrico u otra carga de alta potencia.
• Los motores eléctricos grandes pueden protegerse de daños por sobrecorriente mediante el uso de calentadores de sobrecarga y contactos de sobrecarga. Si los calentadores conectados en serie se calientan demasiado debido a una corriente excesiva, el contacto de sobrecarga normalmente cerrado se abrirá, desenergizando el contactor enviando energía al motor.