Contattori elettromeccanici Pubblicato il: 31/05/2006 Aggiornato al: 31/05/2006 di Gianluigi Saveri I contattori elettromeccanici sono apparecchi meccanici in grado di stabilire, portare e interrompere le normali correnti di alimentazione degli utilizzatori. Il comando può essere manuale o automatico e la forza per la chiusura dei contatti principali, solitamente normalmente aperti, è fornita da un elettromagnete che quando è eccitato, vincendo la forza esercitata da due molle antagoniste provoca la commutazione dei contatti mobili. 1. Generalità I contattori elettromeccanici sono apparecchi meccanici in grado di stabilire, portare e interrompere le normali correnti di alimentazione degli utilizzatori. Il comando può essere manuale o automatico e la forza per la chiusura dei contatti principali, solitamente normalmente aperti, è fornita da un elettromagnete che quando è eccitato, vincendo la forza esercitata da due molle antagoniste, provoca la commutazione dei contatti mobili. Il contattore è un apparecchiatura che presenta alcune significative caratteristiche: può essere comandato a distanza e da più punti, garantisce quando è diseccitato la separazione galvanica tra due circuiti, se manca la tensione di alimentazione si diseccita automaticamente per azione delle molle di apertura e arresta in sicurezza la macchina che alimenta, opportunamente coordinato con un relè termico può essere utilizzato quale avviatore per i motori asincroni, può azionare circuiti ausiliari di comando e allarme. I contattori di bassa tensione sono assoggettati per le regole generali alla Norma CEI EN 60947-1 (CEI 17-44) mentre per le prescrizioni particolari alla Norma CEI EN 60947-4-1 (CEI 17-50). 1
2. Caratteristiche costruttive Costruttivamente un contattore elettromagnetico è composto essenzialmente dalle seguenti parti (fig. 1, 2 ). Contatti di potenza o contatti principali Sono i contatti principali normalmente aperti (NO) con il contattore diseccitato. Hanno il compito di stabilire, portare e interrompere le normali correnti di alimentazione degli utilizzatori ; Contatti ausiliari - Sono di dimensioni ridotte rispetto a quelli di potenza, variamente combinati fra loro sono utilizzati per la costruzione del circuito di comando e possono essere normalmente aperti (Normally Open - NO) oppure normalmente chiusi (Normally Close - NC); Fig.1: Principali caratteristiche costruttive di un contattore elettromagnetico Fig.2: Identificazione dei morsetti e composizione dei contatti di un contattore 2
Elettromagnete Quando è percorso da corrente genera il campo magnetico necessario a far muovere il nucleo mobile e i contatti ad esso fissati verso il nucleo fisso. I nuclei magnetici sono sempre composti da un pacchetto di lamierini con lo scopo di limitare la formazione di correnti parassite. I nuclei presentano la caratteristica forma a mantello e sul giogo centrale del nucleo fisso è inserita la bobina di eccitazione. Particolare attenzione viene posta nel dimensionamento del traferro (dell ordine dei decimi di millimetro) per impedire che il teleruttore possa restare nella posizione di lavoro quando si diseccita la bobina o riprendere la posizione di riposo con ritardo a causa della magnetizzazione residua. Per limitare la rumorosità e non pregiudicarne la durata di funzionamento, sui poli viene inserita la cosiddetta spira silenziatrice. La presenza di questa spira permette di sfasare in parte il flusso evitando in tal modo che possa mancare la forza elettromagnetica al passaggio della corrente per lo zero con momentaneo sgancio della parte mobile e conseguenti dannose vibrazioni; Molle antagoniste Si oppongono, caricandosi, al movimento dell equipaggio mobile e, scaricandosi, lo riportano in posizione di riposo quando l elettromagnete viene diseccitato; 3
3. Principali caratteristiche tecniche I principali parametri elettrici che caratterizzano un contattore sono in parte prefissati, dipendendo dalle caratteristiche strutturali dell apparecchio, mentre altri sono vincolati al tipo di utilizzo, al tipo di servizio e alla frequenza delle manovre. Di seguito, per comodità del lettore, si riassumono le principali definizioni e tipi di servizio nominali che è necessario conoscere per una corretta lettura dei cataloghi tecnici forniti dai costruttori. Corrente nominale di impiego I e E la corrente in ampere dichiarata dal costruttore riferita alla tensione di impiego nominale, alla frequenza nominale, al servizio nominale, alla categoria di utilizzazione (tab. 1) e, se esiste, al tipo di involucro. Tabella 1 - Categorie di utilizzazione dei contattori Tipo di Categorie di Applicazioni tipiche corrente utilizzazione AC-1 Carichi non induttivi o debolmente induttivi, forni a resistenza AC-2 Motori ad anelli: avviamento, arresto AC-3 Motori a gabbia di scoiattolo: avviamento, arresto del motore durante la marcia ( 1 ) AC-4 Motori a gabbia di scoiattolo: avviamento, frenatura in controcorrente, manovra a impulsi AC-5a Comando di lampade a scarica AC-5b Comando di lampade a incandescenza Corrente AC-6a Comando di trasformatori alternata AC AC-6b Comando di batterie di condensatori AC-7a ( 3 ) Carichi leggermente induttivi in applicazioni domestiche e similari AC-7b ( 3 ) Carichi di motori in applicazioni domestiche Comando di motori per compressori ermetici di frigoriferi ( 2 ), con ripristino manuale dello AC-8a sganciatore di sovraccarico Comando di motori per compressori ermetici di frigoriferi ( 2 ), con ripristino automatico dello AC-8b sganciatore di sovraccarico DC-1 Carichi non induttivi o debolmente induttivi, forni a resistenza Motori in derivazione: avviamento, frenatura in controcorrente, manovra a impulsi. Corrente DC-3 Frenatura dinamica di motori in c.c. continua DC Motori in serie: avviamento, frenatura in controcorrente, manovra a impulsi. DC-5 Frenatura dinamica di motori in c.c. DC-6 Comando di lampade a incandescenza ( 1 )La categoria AC-3 può essere utilizzata per manovre sporadiche a impulsi o frenature in controcorrente per periodi limitati, come quelli relativi al posizionamento della macchina; durante tali periodi limitati, il numero di queste operazioni non dovrebbe superare cinque al minuto o dieci in un periodo di 10 min. ( 2 )I motori di compressori ermetici di frigoriferi, sono una combinazione costituita da un compressore e un motore, entrambi racchiusi nello stesso involucro, senza alberi o tenute d'albero esterne, in cui il motore opera nel refrigerante. ( 3 ) Per le categorie AC-7a e AC-7b vedi la IEC 61095. Corrente ininterrotta nominale (I u ) E il valore di corrente, indicato dal costruttore, che l apparecchio può portare ininterrottamente. Corrente termica convenzionale (I th ) - La corrente termica convenzionale in aria libera è il valore massimo della corrente di prova da usare nelle prove di riscaldamento di apparecchi (in aria libera o in involucro). Il valore della corrente termica convenzionale deve essere almeno uguale al massimo valore della corrente di impiego nominale dell apparecchio in un servizio della durata di otto ore. Tensione di impiego nominale (U e ) E il valore di tensione al quale sono riferite le prove applicabili e la categoria di utilizzazione e che, congiuntamente alla corrente di impiego nominale, fissa i limiti di utilizzo dell apparecchio stesso. Tensione di isolamento nominale (U i ) - E il valore di tensione al quale sono riferite le prove dielettriche, le distanze di isolamento superficiale e in aria. Se tale valore non viene specificato coincide con la più alta tensione di impiego nominale. 4
Tensione di tenuta a impulso nominale (U imp ) - Valore di picco di una tensione di prova ad impulso, di forma e polarità specificate, che l apparecchio può tollerare senza subire guasti in determinate condizioni di prova e al quale sono riferiti i valori delle distanze di isolamento in aria. Frequenza nominale (f) - Frequenza o frequenze di alimentazione per la quale l apparecchio è progettato e alla quale gli altri valori caratteristici corrispondono. Uno stesso apparecchio può essere previsto per l uso sia in corrente alternata sia in corrente continua. Corrente di cortocircuito condizionata nominale E il valore di corrente presunta dichiarata dal costruttore che l apparecchio, protetto da un dispositivo di protezione contro il cortocircuito specificato dal costruttore, può sopportare senza danni in condizioni di prova specificate. I servizi nominali di funzionamento normalmente considerati sono: Servizio di otto ore - Un apparecchio rimane con i contatti di potenza chiusi percorsi da una corrente costante per un tempo sufficiente a raggiungere l equilibrio termico ma non superiore a otto ore. In base a questo tipo di servizio viene specificata la corrente termica dell apparecchio. Servizio ininterrotto I contatti di potenza dell apparecchio, percorsi da una corrente costante, rimangono chiusi in servizio continuo senza interruzioni per tempi superiori alle otto ore. Fig.3: Esempio di diagramma di durata di un contattore in relazione alla corrente di impiego Servizio intermittente - I contatti principali di un apparecchio vengono aperti e chiusi ad intervalli di tempo rimanendo chiusi per intervalli di tempo tali da non consentire il raggiungimento dell equilibrio termico. Questo tipo di servizio influenzato dal valore e dalla durata del passaggio della corrente e dal rapporto di intermittenza cioè dal rapporto fra la durata del passaggio della corrente e la durata dell intero ciclo. Valori normali del rapporto di intermittenza sono: 15 %, 25 %, 40 % e 60 %. In relazione alla frequenza di manovre che gli apparecchi devono essere in grado di effettuare si possono individuare le seguenti classi di intermittenza preferenziali: Tabella 2 - Classi di intermittenza Classe Numero cilcli/ora Impieghi abituali 1 1 Comandi non automatici saltuari 3 3 Comandi automatici saltuari 12 12 Motori di impianti automatici, apertura porte e cancelli, trasporto e sollevamento 300 300 Macchine automatiche 1200 1200 Macchine automatiche a ciclo veloce 30 30 120 120 Servizio temporaneo - Servizio di durata limitata nel quale i contatti di potenza di un apparecchio rimangono chiusi per intervalli di tempo insufficienti a raggiungere il regime termico. I periodi di funzionamento sono alternati con periodi di non funzionamento senza corrente sufficienti a ristabilire l equilibrio termico col mezzo di raffreddamento. Le durate normali di servizio con contatti chiusi sono: 3 min, 10 min, 30 min, 60 min e 90 min. Servizio periodico - Operazioni ripetute con regolarità a carico costante o variabile. Atre informazioni vengono fornite dal costruttore relativamente alla vita di un contattore. La durata di un teleruttore è dichiarata in numero di cicli di apertura e chiusura che l apparecchio è in grado di compiere 5
senza bisogno di particolari interventi di manutenzione. Si definiscono in tal modo una durata meccanica, rappresentata dal numero di cicli a vuoto, e una durata elettrica, rappresentata dal numero di manovre a carico in condizioni stabilite dalle norme. I costruttori forniscono in genere opportuni diagrammi nei quali in ordinata sono indicati il numero di cicli a carico e in ascisse la corrente di impiego riferita ad una specifica categoria di utilizzazione (fig. 2). 6
4. Circuito di comando Oltre al circuito principale, caratterizzato dai contatti di potenza che forniscono l alimentazione all utilizzatore, nei contattori sono presenti anche alcuni contatti, detti ausiliari, che, variamente combinati, costituiscono i circuiti di comando. Un circuito di comando ha il compito di eccitare o diseccitare l elettromagnete del contattore e conseguentemente di permettere di aprire o chiudere i suoi contatti di potenza (i contatti devono chiudere in modo sicuro quando alla bobina è applicata una tensione compresa fra 0,85 e 1,1 volte la tensione nominale di comando, la bobina si diseccita se la tensione di alimentazione scende al di sotto del 30%). Un tipico circuito di comando automatico di marcia-arresto è rappresentato in figura 4 dove è possibile notare un pulsante di marcia (pulsante normalmente aperto S1) con in parallelo un contatto normalmente aperto NO (detto anche di autoritenuta perché, quando eccitata, mantiene autoalimentata la bobina del contattore), un pulsante di arresto (pulsante normalmente chiuso S2) ed in serie un contatto NO del dispositivo di protezione dal sovraccarico (relè termico). Il circuito di potenza alimenta l utilizzatore tramite la chiusura, quando la bobina è eccitata, dei contatti principali normalmente aperti. Fig.4: Esempio di circuito di comando e protezione 7