contact ores y dispositivos de mando

Programa de Perfeccionamiento Fundamental

CONTACTORES Y DISPOSITIVOS DE MANDO

GENERALIDADES

Un contactor, figura 1, es fundamentalmente un interruptor electromagnético, es decir

accionado por un electroimán o bobina de corriente. Como tal, se utiliza para permitir o interrumpir

automáticamente el flujo de corriente a través de motores y otros tipos de cargas de potencia. Los

contactores se emplean normalmente para conmutar tensiones bajas y medias (<1kv) y corrientes

desde unos pocos hasta cientos de amperios. Aunque son esencialmente dispositivos

electromecánicos, muchos de ellos incluyen circuitos electrónicos que les permiten trabajar con una

vasta gama de tensiones de mando, funcionar indistintamente con AC o DC, y otras facilidades.

Figura 1. Las nuevas generaciones de contactores

electromagnéticos, fabricados pos Siemens (http://www.siemens.com),

pueden conmutar corrientes desde unos pocos hasta varios cientos de

amperios, trabajar indistintamente con AC o DC y ejecutan varios millones

de ciclos de maniobra durante su vida útil sin fallar. Algunos inclusive,

utilizan ASICs (circuitos integrados de aplicación específica) para vigilar y

regular sus parámetros de funcionamiento.

Los contactores electromagnéticos son dispositivos de conmutación y mando de potencia

relativamente sencillos, robustos y versátiles, con numerosas posibilidades de aplicación en sistemas

de distribución de energía y de automatización eléctrica. Los mismos que han reemplazados los

tradicionales interruptores de cuchillas en las instalaciones industriales, ofrecen entre otras, las

siguientes ventajas:

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• Permiten automatizar fácilmente el arranque y paro de motores.

• Posibilitan el control de una máquina desde varios puntos o estaciones de maniobra.

• Permiten accionar circuitos sometidos a corrientes muy altas, digamos 200 A, mediante

corrientes muy pequeñas.

• Proporcionan un alto nivel de seguridad para las personas, dado que las maniobras se

realizan desde lugares alejados de la carga y las corrientes y tensiones relacionadas con los

circuitos de mando son relativamente pequeñas.

• Permiten controlar y automatizar equipos y máquinas que manejan procesos relativamente

complejos mediante la ayuda de dispositivos auxiliares de mando como interruptores de

final de carrera, detectores de proximidad (inductivos, capacitivos fotoeléctricos etc.),

temporizadores presostatos, termostatos, etc.

• Se montan sobre rieles o perfiles normalizados DIN de 35 mm de ancho, como casi todos

los dispositivos de maniobra, mando y protección modernos, lo cual simplifica el diseño de

aplicaciones y permite aprovechar al máximo el espacio disponible en los tableros. Como

alternativa, pueden ser también fijados mediante tornillos.

• Disponen de una gran variedad de accesorios, incluyendo bloques de contacto auxiliares

NA y NC de instalación frontal o lateral, los cuales se acoplan generalmente a presión, sin

necesidad de herramientas. Esta característica reduce al mínimo el tiempo de montaje y

garantiza conexiones confiables y seguras.

Los contactores son muy similares en su concepción y funcionamiento a los tradicionales

“relés” electromagnéticos, figura 2. La diferencia radica en los niveles de potencia que cada uno

puede manejar, lo cual determina su tamaño. Mientras los relés están previstos para accionar

pequeñas potencias, generalmente inferiores a 1kw, los contactores pueden conmutar potencias muy

grandes, incluso de varios centenares de kilovatios. Típicamente, los relés se utilizan como

preaccionadores, es decir, dispositivos de accionamiento de cargas más potentes, incluyendo los

propios contactores. También constituyen la etapa de salida de muchos PLCs, sensores y otro

dispositivos electrónicos.

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Figura 2 Los relés son también interruptores electromagnéticos

como los contactores, pero manejan niveles de potencia más

bajos, utilizándose principalmente como preaccionadores

Los contactores se catalogan como dispositivos de maniobra automáticos con poder de corte,

lo cual implica que pueden abrir o cerrar un circuito sin intervención de un operador humano y bajo

condiciones de carga. En la figura 3 se muestra como ejemplo el diagrama simplificado de un sistema

básico de accionamiento de un motor con contactor. Este último (3) simplemente conecta o

desconecta a distancia el motor (5) de la red de baja tensión (1). El seccionador (2) y el relé térmico

(4) actúan como dispositivos de protección, abriendo, en su orden, el circuito de potencia o el circuito

de mando del contactor en caso de cortocircuito, sobrecarga o calentamiento excesivo del motor.

Figura 3 Diagrama de un sistema básico de accionamiento con contactor. El

seccionador (2) y el térmico (4) actúan como dispositivos de protección, el contactor (3)

como dispositivo de maniobra y el motor (5) como carga.

Además de su acción básica como dispositivos de maniobra

automáticos, los contactores pueden también realizar funciones de

control. Esta es una de sus principales fortalezas. Para ello disponen de

una gran variedad de accesorios, figura 4, los cuales se acoplan

mecánicamente a los mismos y sirven para señalizar otros circuitos.

Estos incluyen, principalmente, bloques de contactos auxiliares,

enclavamientos mecánicos, módulos de cableado, puentes de unión,

limitadores de sobretensiones, etc. A un contactor se le pueden también

acoplar directamente guardamotores, temporizadores electrónicos y

neumáticos, y otros dispositivos de mando y protección que

examinaremos más adelante.

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Figura 4 Accesorios

para contactores. Los

mostrados en la ilustración

corresponden específicamente a

los ofrecidos por Siemens

(www.siemens.com) para sus

contactores de la serie Serius

3R, tamaños SO (5.5 – 11 kw)

y S3 (30 – 45 kw). La mayoría

se colocan y retiran a presión,

sin necesidad de herramientas

especiales, brindando máxima

comodidad. Los bloques de

contacto auxiliares, en

particular, se pueden montar a

la izquierda, a la derecha o al

frente.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Y CARACTERÍSTICAS

CONSTRUCTIVAS.

Un contactor electromagnético en su forma más simple, consta de una bobina, un núcleo fijo,

un núcleo móvil o armadura, y un juego de contactos, figura 5. La bobina está arrollada sobre el

núcleo fijo, mientras que la armadura soporta la pieza móvil de cada contacto. Las dos partes fijas de

este último se alojan en la carcasa o soporte general del contactor.

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Figura 5 Aspecto externo (a), construcción interna (b) y un principio de funcionamiento (c) de un contactor

electromagnético moderno. El dispositivo mostrado, en particular, fabricado por ABB (http://www.abb.com),

además de las partes usuales (bobinas, contactos núcleo, etc.), incluye un circuito integrado de aplicación específica

(ASIC) que realiza funciones de control especiales, incluyendo la regulación de la tensión y la corriente de la bobina,

vigilancia de la posición del núcleo magnético, etc.

Cada contacto móvil lleva un resorte que garantiza su conexión y desconexión efectiva

respecto a los contactos fijos desde el punto de vista mecánico. La carcasa provee también los bornes

de acceso de la bobina y los contactos. La bobina, el núcleo fijo y la armadura constituyen lo que se

denomina el circuito electromagnético.

Al aplicar tensión (7) a la bobina (6), a través de esta última circula una corriente (i) y se

produce en su interior un campo magnético, el cual es concentrado e intensificado por el núcleo fijo

(5). Este campo, a su vez, ejerce una fuerza (F) sobre la culata móvil (4), superior a la fuerza ejercida

por el resorte (2). Como resultado, la culata es atraída por el núcleo, cerrándose el circuito magnético,

y el resorte se comprime. Esto último causa que los contactos (1) se cierren. Esta situación se

mantendrá mientras permanezca energizada la bobina. Al retirar la tensión, cesa la corriente, se

extinguen el campo magnético y la fuerza atractiva, y el resorte retorna los contactos a su posición

original.

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http://www.abb.com)/


Figura 6. La bobina se encarga de generar el campo magnético que

atrae la armadura y permuta el estado de los contactos.

La bobina, figura 6, cuya función es generar el campo

magnético cuando se alimenta con tensión auxiliar AC o DC,

está formada por un gran número de espiras de alambre de

cobre muy delgado arrolladas sobre el núcleo y separadas de

este último a través de un carrete plástico aislante.

En el caso de una bobina AC, la corriente inicial,

denominada corriente de llamada o de cierre, es relativamente alta, lo cual permite producir un

campo magnético intenso, suficiente para que el núcleo atraiga la armadura. Una vez que se cierra el

circuito magnético, la corriente de llamada se reduce considerablemente hasta estabilizarse en un

valor diez o más veces menor, llamada corriente de mantenimiento.

Las bobinas AC se diseñan para soportar la alta corriente de llamada sólo durante unos pocos

milisegundos y operar con la baja corriente de mantenimiento el resto del tiempo. Si, por alguna

razón, el circuito magnético no se cierra por completo, la corriente de llamada circula durante más

tiempo del previsto y la bobina se calienta excesivamente, llegando incluso a quemarse. Esto no

sucede en una bobina DC, donde las corrientes de llamada y mantenimiento son iguales. Por esta

razón, una bobina AC no debe alimentarse con DC, y viceversa, excepto si el contactor utiliza una

bobina DC precedida de un rectificador, en cuyo caso puede ser alimentada con AC o DC, figura 7

Figura 7. Alimentación de una bobina DC con AC o

DC mediante el uso de un rectificador (1). El circuito

electrónico adicional (2), a través de un transistor de efecto

campo (5), mantiene constante la corriente a través de la

bobina (4), independiente del nivel de la tensión de entrada.

El diodo (3) protege el transistor cuando la bobina se

desenergiza, mientras que la resistencia (6) sensa

permanentemente la corriente a través de la bobina para

garantizar un control óptimo.

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En la actualidad, se consiguen contactores AC de 24v, 48v, 100-120v o 208-220v, para 50 ó 60

Hz, y contactores DC desde 12v hasta 220v. También se dispone de contactores que trabajan con

tensiones AC o DC dentro de una amplia gama de valores. Esta información aparece en las hojas de

datos o en el propio contactor. La tendencia actual es utilizar bobinas AC de 120v o 208-220v debido

a que consumen menos corriente. De cualquier modo, las normas internacionales estipulan que un

contactor debe funcionar, como mínimo, con tensiones entre el 85% y el 110% de la tensión nominal

de control. Así, un contactor de 220v debe trabajar eficientemente con tensiones entre 187v y 242v.

El núcleo, figura 8, cuya función es concentrar y aumentar el flujo magnético generado por la

bobina, es una pieza metálica cuya forma es de E hecha de láminas o chapas de acero al silicio,

aisladas entre sí pero unidas a través de remaches formando un bloque compacto. Esta disposición,

junto con un pequeño entrehierro que se deja respecto a la armadura, minimiza las corrientes

parásitas, causantes del calentamiento en el núcleo, y el magnetismo remanente que queda en este

último una vez que se desenergiza la bobina. En los contactores AC, se incluyen las llamadas espiras

de sombra, un arrollamiento suplementario que impide la extinción del campo magnético cuando el

voltaje aplicado a la bobina pasa por cero.

Figura 8. El núcleo concentra y aumenta el flujo magnético

producido por la bobina para atraer así, con mayor eficiencia, la

armadura. Observe la ubicación de las espiras de sombra, las cuales

suministran al circuito magnético un flujo adicional cada vez que la

tensión de alimentación de la bobina es cero.

La armadura, figura 9, cuya función es cerrar el

circuito magnético una vez que se energiza la bobina,

tiene una construcción similar a la del núcleo, excepto

que no siempre incluye espiras de sombra. En

condiciones de reposo se encuentra separada del núcleo

por la acción de un muelle o resorte, el cual permite que

tanto la apertura como el cierre del circuito magnético,

se realicen en un tiempo muy corto, del orden de unos pocos milisegundos. A la armadura están

unidos mecánicamente, pero no eléctricamente, las partes móviles de todos los contactos del

contactor, aprovechándose el movimiento de la misma para su accionamiento, es decir, su conexión o

desconexión de los contactos fijos.

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Figura 9. La armadura se encarga de cerrar el circuito magnético una vez energizada la bobina, aprovechándose este movimiento para permutar el estado de los contactos NA y NC acoplados mecánicamente a ella. Observe el resorte de recuperación, el cual mantiene la armadura separada del núcleo en condiciones de reposos. Las espiras de sombra son opcionales.

Los contactos, figura 10, cuya función es abrir o

cerrar uno o más circuitos externos cuando se energiza

la bobina, son generalmente de cobre fosforado y

constan de tres elementos: dos partes fijas, ubicadas en

la carcasa, y una parte móvil, colocada en la armadura.

El contacto móvil lleva un resorte que lo mantiene separado de los contactos fijos en condiciones de

reposo y garantiza su unión con los mismos en condiciones de trabajo. En los puntos de contacto

propiamente dichos, se utilizan aleaciones de platino, cadmio, níquel, paladio, etc., con el fin de

hacerlos más resistentes a los arcos eléctricos, la oxidación, el desgaste, la erosión y la tendencia a

soldarse o pegarse.

Figura 10. Los contactos se encargan de interrumpir o permitir el

flujo de corriente a través de los circuitos de potencia y de mando. El

contactor mostrado posee tres contactos principales y uno auxiliar, todos

ellos instantáneos y del tipo NA. Los bornes de los contactos principales se

identifican con las marcas 1L1-2L2T, 3L2-4T2 y 5L3-6T3, y los del contacto

auxiliar con las marcas 13NA y 14NA.

En un contactor se distinguen dos grupos de contactos:

los principales y los auxiliares. Los contactos principales, figura

11, son generalmente del tipo NA y se utilizan para conectar o

desconectar la carga de la fuente principal de potencia, por

ejemplo un motor de 25hp de una red trifásica de 380v. Por

tato, manejan directamente la corriente de la carga, la cual puede fluctuar desde unos pocos hasta

varios miles de amperios. Los mismos están ubicados en una zona llamada cámara desionizadora o

apagachispas, cuya función es extinguir, en el menor tiempo posible, el arco o chispa que se forma

entre los contactos cuando se abren y la corriente de carga continua circulando a través del aire

ionizado.

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La cámara apagachispas está construida con materiales resistentes al calor, generalmente

poliésteres con un alto porcentaje de fibra de vidrio. Si no extingue la chispa a tiempo, la chispa

puede transformarse en un verdadero arco, lo cual genera temperaturas muy elevadas, a veces

superiores a los 8000ºC , que erosionan los contactos, los debilitan y terminan por destruirlos

completamente. Para la extinción de la chispa, los contactores utilizan internamente diversas técnicas,

incluyendo el soplado por autoventilación, el empleo de láminas metálicas disipadoras de calor en las

paredes de la cámara, la división o fraccionamiento de la chispa en chispas más pequeñas, el soplado

magnético, etc.

Figura 11. Los contactos principales se hacen de aleaciones metálicas especiales que les proporcionan una

alta resistencia mecánica y una larga vida útil. El mostrado en la figura utiliza plata y óxido de cadmio.

En el soplado por autoventilación, por ejemplo adecuado para bajas corrientes, la cámara

apagachispas tiene una abertura tiene una aventura amplia en la parte inferior y otra más pequeña en

la parte superior. Así, al producirse la chispas y calentarse el aire dentro de la cámara, éste sale por la

abertura superior y es sustituido por el aire fresco que entra por la parte inferior. Como resultado de

este desplazamiento de aire, la chispa se alarga, enfriándose al rozar con las piezas metálicas

circundantes y extinguiéndose al cabo de unos pocos milisegundos. El soplado magnético, por su

parte, utiliza un campo magnético, derivado del propio campo del arco, para alejar este último por

repulsión y alargarlo hasta su total extinción.

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Figura 12. Contactos autolimpiantes

estriados.

Los contactos auxiliares se utilizan en la

etapa de mando para permitir o interrumpir el

flujo de corriente hacia las bobinas de los

contactores o los elementos de señalización. Por

esta razón, están diseñadas para transportar

corrientes pequeñas, usualmente inferiores a un

amperio. Con el fin de mejorar su confiabilidad y garantizar su funcionamiento sin fallos durante cada

maniobra, los platinos de los contactos auxiliares se construyen usualmente con estrías cruzadas,

figura 12, y son autolimpiantes, es decir, el contacto móvil se desliza lateralmente sobre el contactos

fijo en cada cierre. Esto también es aplicable a los contactos principales.

Figura 13. Simbología de contactos auxiliares.

Los contactos auxiliares pueden ser normalmente

abiertos (NA) o cerrados (NC), y actuar tan pronto se

energiza la bobina, o hacerlo unos milisegundos antes o

después. En el primer caso se habla de contactos

instantáneos de cierre o de apertura, y en el segundo de

contactos con adelanto o retraso al cierre o la apertura,

Figura 1. También se dispone de contactos de apertura lenta

y de apertura positiva. En los primeros, el contacto móvil

sigue exactamente el movimiento de la armadura, mientras

que en los segundos los contactos NA y NC nunca están

cerrados al mismo tiempo. Normalmente, al energizar la

bobina, primero se abren los contactos NC y luego se cierran

los NA.

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Figura 14. Circuito básico de mando de un

contactor utilizando contacto auxiliar de retención.

Típicamente, los contactos principales tienen

por lo menos un contacto auxiliar NA, el cual utiliza

generalmente como contacto de retención o

sostenimiento. La función de un contacto de retención

es mantener alimentada la bobina cuando se libera el

pulsador NA de marcha. En la figura 14 se ilustra esta

situación.

Al pulsar S1 (botón de arranque), se cierra el

circuito 1 y la tensión auxiliar (fases R y S) queda

aplicada entre los bornes de la bobina KM1 (A1 y A2) y

el piloto H1 (X1 y X2). Al mismo tiempo se cierra el

contacto auxiliar 13-14 de KM1. Al liberar S1, la bobina y el piloto no se desenergizan puesto que

continúan realimentados a través del contacto auxiliar.

Al pulsar S0 (botón de paro), se abre el circuito 1 y tanto la bobina KM1 como el piloto H1 se

desenergizan. Como resultado, se abre el contacto auxiliar 13-14. Al liberar S0, este último se cierra,

pero la bobina continúa desenergizada puesto que tanto S1 como el contacto auxiliar, conectados en

paralelo, están abiertos. La bobina también se desenergiza cuando se abre el contacto 95-96 del relé

térmico F1 debido a una sobrecarga.

En este caso, si se cierra el contacto 97-98 de F1 y se energiza el piloto H2, el cual se ilumina

para señalizar el paro de emergencia. Sin contacto de retención, debería mantenerse pulsado S1 todo

el tiempo que se requiera permanezca energizada la bobina.

Figura 15. Contactos auxiliares.

Si se desean más contactos auxiliares, tanto NA

como NC, existen alternativas: utilizar uno o más

contactores auxiliares, o uno o más bloques de contactos

auxiliares. Un contactor auxiliar, figura 15, como su

nombre lo indica, es un contactor de baja potencia que

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tiene únicamente contactos auxiliares NA, NC o una combinación de ambos. En este caso, la bobina

del contactor auxiliar se conecta en paralelo con la bobina del contactor principal, de modo que los

contactos del primero actúan como si fueran contactos auxiliares extendidos del segundo. La bobina y

los contactos de los contactores auxiliares se identifican en los diagramas de mando mediante la

marca –KA..., por ejemplo –KA2.

Figura 16. Bloques de contactos auxiliares

a) Bloque con dos contactos auxiliares.

b) Instalación frontal a presión (Cage Clamp).

c) Aspecto final de un contactor con bloque de contactos auxiliares acoplados

Los bloques de contactos auxiliares, figura 16a, son estructuras de contactos NA, NC o NC/NC,

sin bobina, que se acoplan mecánicamente al contactor principal, a presión o por otro medio, y se

accionan con la misma armadura de este último. Pueden ser de montaje lateral o frontal. En la figura

16b se ilustra la forma de instalar frontalmente un bloque de contactos auxiliares a presión y en la

figura 16c la forma de instalarlo lateralmente por la técnica de agarre o muelle o Cage Clamp.

Esta última, utiliza por ejemplo en los contactores de la familia Sirius 3R de Siemens, es

particularmente adecuada cuando el contactor expuesto a fuertes impactos o vibraciones.

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Figura 17. La carcasa aloja todos los

componentes de un contactor y le proporciona su

robustez final.

Finalmente, la carcasa, figura 17, es la

estructura que soporta todos los elementos del

contactor, incluyendo el circuito electromagnético y

los contactos. La misma está hecha de material

aislante de alta rigidez dieléctrica, alta resistencia al calor y alto porcentaje de fibra de vidrio.

Esto último hace que sea un elemento muy susceptible a quebrarse o partirse cuando se

golpea o deja caer el contactor. En caso de rotura, no es recomendable utilizar pegamentos de ningún

tipo para su reparación debido a los riesgos que representa. Sobre la carcasa se colocan o inscriben

también la placa de especificaciones, las marcas que identifican la bobina y los contactos, y otros tipos

de datos.

TIPOS DE CONTACTORES

Los contactores pueden ser clasificados de acuerdo a diversos criterios. Por ejemplo,

dependiendo de su construcción existen contactores electromecánicos y contactores estáticos o de

estado sólido. Estos últimos, figura 18, basados en tiristores (SCR, triac, etc.), no utilizan partes

móviles y son más silenciosos, seguros y compactos que las versiones electromecánicas equivalente,

pero son más costosos, disipan más alta potencia y son muy sensibles a los ruidos eléctricos.

Figura 18. Contactores de estado sólido

Por esta razón, los SCR sólo se

emplean en casos muy especiales, por

ejemplo, en atmósferas altamente

explosivas.

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Muchos contactores electromecánicos son a su vez electrónicos, esto es, incorporan circuitos

de estado sólido que se encargan de regular automáticamente la corriente aplicada a la bobina y

permiten que puedan ser operados con una amplia gama de tensiones AC y DC, figura 19

Figura 19. Tarjeta electrónica para el control de vigilancia de contactores.

Esta misma circuitería se encarga, además, de regular las maniobras de cierre y

mantenimiento, vigilar la posición del núcleo, reducir el consumo de potencia, etc. También existen

contactores AC, DC y AC/DC, dependiendo del tipo de alimentación de la bobina, y contactores

principales y auxiliares, dependiendo del tipo de contactos que poseen.

Una clasificación más general de los contactores es la relacionada con la clase de servicio o

categoría de empleo, la cual tiene en cuenta el valor de la corriente que el contactor puede establecer

o cortar durante una maniobra bajo carga. La clase de servicio la determinan la naturaleza de la carga

controlada (inductiva, resistiva) y las condiciones en las cuales se efectúan los cortes (motor lanzado,

inversión a plena marcha, frenado por contracorriente, corte durante arranque, etc.).los tipos de

servicios más frecuentes para contactores AC son las siguientes:

• Contactores clase AC1: Para la conexión y corte de cargas resistivas o débilmente

inductivas, con un factor de potencia por encima de 0.95.

• Contactores clase AC2: Para el mando de motores AC de rotor en cortocircuito (anillos), sin

posibilidad de corte durante el arranque ni inversión a plena marcha. En el instante del

cierre, el contactor debe permitir el paso de la corriente de arranque, la cual puede llegar a

unas 2.5 veces la corriente nominal. En la apertura, el contactor debe ser capaz de cortar

la corriente de arranque con una tensión aplicada igual o inferior a la de la red.

• Contactores clase AC3. Para el control de motores AC de rotor en jaula de ardilla o

cortocircuitado, con posibilidad de corte durante el arranque e inversión de marcha a motor

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lanzado. Al cierre, deben permitir el paso de la corriente de arranque, la cual puede llegar

hasta 5 ó más veces superior a la corriente nominal. A la apertura, debe cortar el peso de

la corriente nominal, que es una maniobra relativamente sencilla. Esta es la clase de

servicio más utilizada.

• Contactores clase AC4. Para el mando de motores AC de jaula de ardilla con limitación de

corriente por resistencias, autotransformador u otros medios, frenado por contracorriente,

y marcha por impulso permanente. Al cierre, deben permitir el paso de corrientes de

arranque de hasta 5 ó más veces la corriente nominal. A la apertura, deben cortar la

corriente nominal a la tensión de red a una tensión dependiente de la velocidad del motor.

Esta tensión aumenta a medida que disminuye la velocidad, y viceversa. La maniobra de

corte es relativamente severa.

También existen clases de servicio equivalentes para DC, designadas como DC1, DC2, DC3,

DC4 y DC5. De cualquier modo, un contactor especificado para una clase de servicio determinada

puede ser utilizado para controlar diferentes niveles de corriente, siempre y cuando no excedan las

recomendaciones del fabricante. Por ejemplo, un contactor que en clase AC1 tiene un poder de corte

de 80 A, puede ser usado en categoría AC3 para controlar hasta 63 A.

ESPECIFICACIONES

Además de la clase de servicio, otras especificaciones importantes de los contactores, que

determinan su idoneidad para una aplicación determinada y figuran en la placa de datos de los

mismos, son la tensión auxiliar o de mando (Un), la potencia de mando (Pn), la tensión de aislamiento

(Ui), la tensión de empleo (Ue), la corriente de empleo (Ie) y el poder de corte. Estos parámetro y

otras características relevantes de los contactores, se definen brevemente en el Anexo final. En la

tabla 1 se relacionan, a manera de ejemplo, las principales especificaciones de un contactor

representativo de la familia Siemens 3R de Siemens.

Es importante tener en cuenta que, en los contactores convencionales, la gama de tensiones

de mando está limitada por razones de seguridad de funcionamiento. Por una parte, la tensión auxiliar

debe ser suficientemente alta para cerrar los contactos con seguridad. Por otra parte, no puede ser

demasiado elevada, pues los contactos se cerrarían produciendo rebote que traería consigo un

calentamiento exagerado y provocaría daños en el aislamiento de la bobina. En ambos casos, se

acortaría la vida útil del contactor.

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Las normas internacionales estipulan que un contactor debe funcionar, como mínimo en un

intervalo que va del 85% al 110% del valor de la tensión nominal de control. Muchos contactores

modernos, sin embargo, particularmente los dotados de control electrónico, exceden esta norma. En

la figura 20, se muestra un ejemplo. En este caso, el contactor se cierra al 80% de la tensión nominal

y permanece cerrado hasta que la tensión de mando cae por debajo del 50%. La tensión máxima

admisible alcanza hasta el 25% de la tensión nominal.

Fabricante Siemens

Referencia 3RT1046

Características mecánicas

Tamaño S3

Ancho de montaje 70 mm

Robustez mecánica 10 millones de ciclos de maniobra

Características eléctricas

Tensión de empleo (Ue) 690V, máximo

Categorías de empleo AC-2 y AC-3

Corrientes de empleo

100A @ 440V, AC-1

95A @ 440V, AC-2

95A @ 440V, AC-3

Potencia de empleo (Pe)

22KW @ 220V,

45KW @ 440V

55KW @500V

55KW 690V

Tensión de mando (Un) 230V

Potencia de mando (Pn) 218VA

Potencia de retención (Ph) 21VA

Tabla 1 Especificaciones de un contactor representativo

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En la selección de un contactor juegan también un papel muy importante otros factores, tales

como las condiciones de servicio (ligera, normal, dura, extrema), la frecuencia de las maniobras de

cierre y apertura, la robustez mecánica y la robustez eléctrica. La robustez mecánica, en particular, se

refiere al número de maniobras de apertura y cierre que puede realizar un contactor en vacío y sin

ningún inconveniente, mientras que la robustez eléctrica se refiere al número de maniobras que

puede realizar el mismo bajo carga en función de la corriente máxima cortada. Si la frecuencia de las

maniobras es muy alta, puede ser necesario recurrir al uso de contactores estáticos o de estado

sólido.

i = Corriente de bobina U = Tensión auxiliar UΝ = Gama de tensiones auxiliares 1 = Contactor cerrado 2 = contactor abierto Figura 20, regulación de la corriente de bobina en función

de la gama de tensiones.

MANTENIMIENTO DE CONTACTORES

Los contactores electromagnéticos modernos son dispositivos muy robustos y eficientes. Sin

embargo, deben ser utilizados racionalmente y revisados con cierta periodicidad para garantizar un

funcionamiento seguro y libre de fallas. A continuación se proporcionan algunas recomendaciones

útiles de mantenimiento preventivo y correctivo relacionados con los diferentes elementos que

componen un contactor.

Generales

• Si un contactor no funciona o lo hace en forma deficiente, lo primero que se tiene que

hacer es revisar los esquemas y montajes físico de los circuitos de mando y de potencia.

Fíjese bien en el estado de los conductores y las conexiones a los bornes: muchas fallas

son causadas por contactos falsos, tornillos flojos alambres rotos, etc.

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Bobina

• Nunca alimente la bobina de un contactor AC con DC, ni viceversa, excepto si el contactor

utiliza una bobina CD precedida de un rectificador, en cuyo caso puede ser alimentada con

AC o DC.

• Nunca energice la bobina de un contactor si la misma no tiene el núcleo y la armadura

instalados, o si estos no pueden juntarse por alguna razón. De lo contrario, la bobina

puede destruirse por sobrecalentamiento debido al aumento excesivo de la corriente de

mantenimiento

• Durante la desenergización o desconexión de la bobina de un contactor se producen

sobretensiones de alta frecuencia, lasa cuales pueden producir interferencia en equipos

electrónicos. Para evitar este inconveniente, se recomienda el uso de bloques

antiparasitarios, los que se conectan en paralelo con la bobina.

• Las bobinas de los contactores están normalmente diseñadas para operar con tensiones

dentro del ±10% de la tensión nominal. Por fuera de este rango pueden no trabajar

confiablemente. Si las caídas de tensión en la red son frecuentes y de corta duración, se

pueden emplear retardadores de apertura capacitivos, para evitar interrupciones.

Núcleo y armadura

• Si el núcleo y la armadura no se juntan o se separan correctamente durante las maniobras

de cierre o apertura, se originan zumbidos, ruidos y vibraciones que pueden estropear el

contactor a corto o mediano plazo. Estos efectos pueden ser debidos a una tensión de

alimentación muy baja, resortes muy tensos o fatigados, presencia de cuerpos extraños en

la superficie del entrehierro, etc. En este último caso utilice productos especialmente

formulados para limpiar las superficies del núcleo y la armadura. Nunca las raspe, lije o

lime.

Contactos principales y auxiliares

• Los contactos principales de los contactores requieren de un mantenimiento periódico para

que el contacto se establezca siempre en forma óptima y tenga un adecuado y normal

funcionamiento. Este mantenimiento se hace empleando productos especialmente

fabricados para ello, y no limándolos, lijándolos o engrasándolos.

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• Los contactos principales de un contactor van sufriendo con el tiempo síntomas de

desgaste, por lo cual es necesario verificar periódicamente la cota de presión y cambiarlos

cuando esta última esté por debajo del 50% de su valor original. La cota de presión es la

distancia que permite que los contactos fijos y móviles se junten antes de que el circuito

electromagnético se cierre completamente. Un deterioro prematuro puede ser debido, por

ejemplo, a que el contactor no corresponde a la potencia nominal del motor o al número y

frecuencia de maniobras requerido por la aplicación.

• Al cambiar los contactos principales del contactor, tenga en cuenta las siguientes

recomendaciones

1. Cambie todos los contactos y no solamente el dañado.

2. Alinee los contactos, respetando la cota inicial de presión.

3. Verifique la presión de los tornillos y tuercas queden bien apretados.

• Los contactos auxiliares también necesitan un mantenimiento periódico, a no ser que sean

autolimpiantes, es decir, se trate de contactos en los cuales la parte móvil se desliza sobre

la parte fija antes de que se establezca el contacto definitivo.

Carcasa

• Si se presenta algún tipo de rotura, parcial o total, de la carcasa de un contactor, no utilice

adhesivos de ningún tipo para repararla. Reemplácela completamente.

DISPOSITIVOS DE MANDO

Los contactores, por sí solos, son simplemente dispositivos de maniobra. Con el fin de

incorporarlos a un automatismo eléctrico, los mismos necesitan de elementos de mando, ya sea

accionados directamente por el operario para establecer un diálogo hombre-máquina, o por factores

externos como la presión, el tiempo, la luz, la temperatura, una acción mecánica, un campo

magnético, etc., para actuar automáticamente. El primer grupo (manuales) incluye, por ejemplo, los

pulsadores y los selectores, mientras que el segundo (auxiliares) incluye, entre otros, los interruptores

de límite o final de carrera, los temporizadores o relés de tiempo, los presostatos, los termostatos, los

programadores y los detectores de proximidad.

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Fig. 21 Pulsadores

Los pulsadores, figura 21, son dispositivos de

maniobra manuales cuyo contacto o contactos cambian de

estado mientras se ejerce una fuerza externa sobre ellos,

retornado a sus posiciones originales cuando se liberan.

Dependiendo de la función que realizan, pueden ser normalmente cerrados (NC) o de desconexión y

normalmente abiertos (NA) o de conexión. También se dispone de pulsadores de desconexión

múltiple, de conexión-desconexión simple, y de conexión-desconexión múltiple, formados, en su

orden, por dos o más contactos NC, dos o más contactos NA, un contacto NA con otro NC, y tres o

más contactos NA/NC combinados.

En los pulsadores de conexión-desconexión, a su vez, se presentan variantes en la forma de

abrir y cerrar los contactos. Normalmente, cuando se oprime el botón del pulsador, el contacto NC se

abre mientras que el contacto NA se mantiene abierto durante un lapso adicional antes de cerrarse.

Todos estos dispositivos vienen en una gran variedad de tamaños, presentaciones, formas de

montaje, modos de accionamiento, etc. Existen, por ejemplo, pulsadores de montaje rasante o

saliente, de accionamiento por llave, de emergencia, con capuchón, de pedal, con señalización

incorporada (luminosos), etc.

Fig. 22 Selector de dos posiciones

Los selectores o conmutadores, figura 22, son

interruptores de dos o más posiciones, generalmente giratorios,

que se utilizan para elegir un determinado tipo de maniobra, por

ejemplo el sentido de giro de un motor o la operación de una

máquina en el modo manual o automático. Pueden ser de

retorno manual o automático, y de accionamiento por perilla,

balancín, llave, etc. Al igual que los pulsadores, están diseñados

para ser colocados en el frente de los tableros de control.

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Figura 23 Interruptor de límite de carrera

Los interruptores de límite o final de carrera, figura 23, son

dispositivos auxiliares de mando especialmente diseñados para ser

accionados por máquinas o partes de las mismas e indicar su

presencia, ausencia o posición. Normalmente poseen dos contactos,

uno NA y otro NC, unidos mecánicamente y que se comportan como

los contactos de un pulsador de conexión-desconexión, excepto que

son de apertura o ruptura brisca. Esto último significa que la

velocidad de desplazamiento de los contactos móviles no depende

de la velocidad del órgano de mando. Por tanto, una vez iniciado el

recorrido, debe completarlo necesariamente.

Los interruptores de límite se identifican principalmente por el modo de ataque o

accionamiento, el cual depende de cada aplicación específica. Los modos de ataque más comunes son

el frontal, el cual utiliza una cabeza cilíndrica o un vástago de acero, y el lateral (unidireccional,

bidireccional, o multidireccional), basado en el uso de roldanas, varillas flexibles, resortes y otros

mecanismos.

Una variable de los interruptores de límite son los microinterruptores, utilizados en máquinas

de dimensiones pequeñas y con desplazamientos cortos. También existen interruptores de límite

accionados por boyas o flotadores, empleados para controlar o regular el nivel de líquidos.

Figura 24 Detector de proximidad

Los detectores o captadores, figura 24, son

dispositivos electrónicos que transmiten información

sobre presencia, ausencia, paso, fin de recorrido,

rotación, conteo, etc., de objetos sin entrar en contacto

físico con las piezas. Pueden ser inductivos, capacitivos o fotoeléctricos. Estos últimos, a su vez,

pueden ser de sistema de barrera, reflex, auto-reflex, fibra óptica, etc. Los inductivos se utilizan para

detectar objetos metálicos y los capacitivos para detectar tanto objetos metálicos.

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(a) Temporizador neumático ondelay (b) Relé de tiempo electrónico multidireccional

acoplado a un contactor.

Figura 25 Temporizadores

Los temporizadores o relés de tiempo, figura 25, son dispositivos dotados de contactos NC o

NA que abren o cierran después de un tiempo preestablecido, contado a partir del instante en que se

abre o cierra su circuito de alimentación. Si los contactos actúan un tiempo después de haber sido

energizado el dispositivo, se habla de un temporizador al trabajo (on delay), mientras que si lo hacen

un tiempo después de haber sido desenergizado, se tiene un temporizador al reposo (off delay). En

este último caso, mientras el temporizador permanezca energizado, los contactos temporizados

actúan como contactos instantáneos.

Dependiendo de sus características constructivas, los temporizadores pueden ser

electromecánicos, neumáticos o electrónicos. En un temporizador electromecánico, el conteo del

tiempo se inicia energizando un pequeño motor que gira a velocidad constante y mueve una serie de

engranajes, en forma similar al mecanismo de un reloj. El último de los engranajes lleva un pin o tope

que acciona unos contactos de apertura lenta o un microinterruptor. Estos últimos actúan como

contactos temporizados. El tiempo se programa alejando o acercando manualmente el pin de

accionamiento. Estos temporizadores fueron muy populares en el pasado, pero actualmente son

prácticamente obsoletos.

En los temporizadores neumáticos, figura 25a, la temporización se obtiene regulando la

entrada de aire en un fuelle, hasta que este último se llena completamente y acciona unos contactos.

Los mismos se acoplan a los contactores de la misma forma que un bloque de contactos auxiliares. La

expulsión del aire se produce por acción de la armadura cuando se energiza la bobina. En el caso de

un temporizador neumático al trabajo, la armadura mantiene comprimido el fuelle cuando la bobina

está desenergizada. Al energizar esta última, la armadura se separa del fuelle y éste comienza a

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expandirse hasta llenarse completamente de aire. En ese instante se produce la permutación de los

contactos.

En un temporizador al reposo, por su parte, el fuelle se encuentra expandido cuando el

contactor está desnergizado, manteniendo los contactos en un determinado estado. Al energizarse la

bobina del contactor, la armadura comprime el fuelle, haciendo que los contactos actúen como

instantáneos, es decir, el NC se abre y el NA se cierra. Al desenergizarse el contactor, la armadura

deja de comprimir el fuelle y este empieza a expandirse nuevamente, iniciándose la temporización.

Una vez lleno de aire, el fuelle vuelve a accionar los contactos, los cuales retornan a su posición inicial

de reposo al cabo del tiempo propagado. Algunos temporizadores neumáticos traen su propia bobina.

En los temporizadores electrónicos, figura 25b, la temporización la controlan osciladores y

otros tipos de circuitos electrónicos. Son más delicados que los temporizadores electromecánicos y

neumáticos, pero su uso es cada vez más extendido debido a su gran versatilidad y los diferentes

modos de funcionamiento que proporcionan. En algunos modelos, el sistema de temporización se

conecta directamente a las líneas de alimentación, mientras que otros deben energizarse conectados

conectados necesariamente en serie con la bobina de un contactor.

Finalmente, los presostatos y los termostatos son dispositivos que abren o cierran circuitos al

detectar cambios de presión en sistemas hidráulicos o neumáticos, o de temperatura en sistemas

térmicos. Los presostatos, figura 26, pueden ser de membrana o de sistema tubular, y se instalan en

las tuberías de conducción de gases o líquidos, así como en los tanques de almacenamiento de dichos

productos.

Figura 26 Presostato o interruptor por presión

Los termostatos por su parte, figura 27,

pueden ser de láminas metálicas o de tubo capilar.

Los primeros se basan en la acción de flexión que

ejerce la temperatura sobre una lámina bimetálica,

mientras que los segundos aprovechan las variaciones

de presión que se producen en el fluido alojado en el

tubo delgado cuando varía la temperatura.

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Figura 27 Termostato o interruptor

por temperatura.

ANEXO: CARACTERÍSTICAS Y ESPECIFICACIONES RELEVANTES DE

LOS CONTACTORES

Tensión de mando :(Un) Tensión de alimentación de la bobina de mando.

Potencia de mando :(Pn) Potencia necesaria para accionar la bobina de mando.

Tensión de aislamiento :(Ui) Tensión de prueba entre circuito de mando y contactos.

Tensión de empleo :(Ue) Tensión de trabajo de los contactos de potencia.

Corriente térmica :(Ith) Corriente máxima que pueden soportar los contactos una vez

cerrados sin sobrepasar los límites de calentamiento. No debe confundirse con la corriente de empleo.

Corriente de empleo :(Ie) Es la corriente que el dispositivo es capaz de accionar e interrumpir

para cada tensión de empleo y con carga resistiva.

Poder de corte : Relacionado con la clase de servicio o categoría de empleo (AC1, AC3,

etc.). Se define por la corriente que el dispositivo es capaz de accionar e interrumpir para cada tipo de

carga (inductiva, capacitiva, motores, etc.) y para un número de maniobras determinado, sin riesgo

de daño de los contactos ni del aislamiento de la cámara apaga-chispas. Esta corriente es más débil

cuanto más alta es la tensión.

Poder de cierre : Valor de la corriente, independientemente de la tensión, que un

contactor puede establecer en forma satisfactoria y sin peligro de que sus contactos se suelden.

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contact ores y dispositivos de mando

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