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Il Contattore

contattore Siemens Sirius 3RT...jpg

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Si tratta di un componente elettromeccanico, noto commercialmente anche con il termine tecnico improprio di teleruttore, presente in ogni impianto elettrico di automazione industriale e con il quale si ha a che fare spesso negli interventi manutentivi. Il componente si è trovato al centro di recenti discussioni nel forum di ElectroYou, cosicché ho rispolverato le nozioni delle sue caratteristiche, raccogliendo alcune informazioni utili (spero) su questo fondamentale componente.

Il contattore è un dispositivo elettromeccanico in quanto il suo funzionamento è legato a quello di un elettromagnete ed il suo utilizzo nei circuiti elettrici consiste nello stabilire contatti, cioè aprire e chiudere un circuito "sotto carico"; nella condizione di riposo, ad elettromagnete diseccitato, il contattore risulta aperto, ovvero i suoi contatti principali di potenza sono normalmente aperti (NO).

Indice

parti costituenti un contattore

in sostanza il contattore è costituito da due equipaggi, uno fisso e l'altro mobile. Il primo realizza un opportuno movimento ed è bilanciato da molle antagoniste che oppongono una certa resistenza al movimento dell'equipaggio mobile e lo riportano nello stato di riposo.
Gli elementi che costituiscono il contattore sono:

  • l' elettromagnete di comando, il cui nucleo è realizzato a colonne o a mantello, ed è diviso in due sezioni; quella con la bobina di eccitazione fa parte dell'equipaggio fisso, mentre l'altra fa parte dell'equipaggio mobile;
  • i contatti: gli elementi che, con il loro movimento, stabiliscono od interrompono la continuità metallica di un conduttore. Si distinguono in:
  • contatti fissi, montati sull'incastellatura del contattore;
  • contatti mobili, montati sulla parte mobile comandata dall'elettromagnete;
  • contatti principali, destinati all'apertura e chiusura del circuito di potenza;
  • contatti ausiliari, utilizzati per comandare i circuiti relativi a blocchi elettrici, segnalazioni, allarmi, ecc. Questi contatti possono essere di tipo normalmente aperto o normalmente chiuso; poiché supportano un'intensità di corrente inferiore a quella dei contatti principali risultano essere di dimensioni più piccole.
  • i separatori, diaframmi interposti fra le coppie di contatti principali con la funzione di delimitare l'arco elettrico durante l'apertura dei singoli contatti; hanno caratteristiche costruttive differenti a seconda della portata dei contatti.
contattore 3RT.. siemens.jpg

contattore 3RT.. siemens.jpg

contatti aux contattore 3RH...jpg

contatti aux contattore 3RH...jpg

parametri essenziali di un contattore

  • parametri fissi che caratterizzano un contattore dipendono dalle caratteristiche strutturali dello stesso, e rappresentano i valori massimi teorici di impiego;
  • parametri variabili che invece rappresentano i reali valori di impiego.

parametri fissi

  • tensione nominale Ui: è il valore di tensione al quale sono riferite le prove dielettriche. Qualora non fosse indicato dal costruttore coincide con la tensione più elevata di impiego Ue
  • corrente nominale termica Ith: valore dichiarato dal costruttore che il contattore può sopportare per la durata di 8 ore con i contatti principali chiusi ed in assenza di operazioni di apertura/chiusura. E' la massima corrente d'impiego del contattore in condizioni normali;
  • frequenza nominale di alimentazione: valore di frequenza per il quale il contattore è previsto ed al quale sono riferiti gli altri valori nominali;
  • durata meccanica: indica il numero di manovre (chiusura/apertura) che un contattore è in grado di effettuare a vuoto (senza carico collegato) dopo il quale necessita di una revisione ; valori normali sono (in milioni di manovre) :0,001-0,003-0,1-0,3-1-3-10

parametri variabili

  • Tensione nominale di impiego Ue: è il valore di tensione al quale si riferiscono i poteri di chiusura/apertura e determina l’utilizzo del contattore;
  • Corrente nominale di impiego Ie: dichiarato dal costruttore, specifica le prestazioni del contattore in funzione della tensione e della frequenza nominale di impiego, del tipo di servizio normale e della categoria di impiego;
  • Frequenza nominale di impiego fe: può essere diversa da quella di alimentazione
  • Numero di cicli a carico: risultano dipendenti dalla categoria di impiego e dalla frequenza di manovre, cioè dalla tipologia di servizio;
  • Potere di chiusura e di interruzione nominale: sono i valori di corrente che il contattore può stabilire e interrompere per un determinato numero di manovre, e sono espressi come multipli della corrente di impiego in funzione della categoria di impiego ( \frac{I}{I _{e}} )
  • Numero di cicli a carico: numero di manovre di chiusura/apertura che il contattore può effettuare sotto carico prima che necessitino interventi di manutenzione. La durata è funzione dell’intensità di corrente elettrica che il contattore dovrà interrompere. I valori sono in genere indicati da diagrammi che indicano il numero di cicli in relazione alla corrente di impiego, o alla potenza del carico alimentato.
  • Durata di vita dei contattori: si può determinare dal numero di cicli a carico ammessi in condizioni normali di esercizio in funzione delle ore di servizio giornaliere con gli anni di vita ed il numero di cicli totali, con l'uso di tabelle

Un’altra caratteristica importante del contattore è quella di dover sopportare la corrente di cortocircuito presunta nel punto di installazione per il tempo che occorre alle protezioni di intervenire, evitando che i contatti si danneggino o si saldino.

Perc ompletare linformazione occorre considerare anch ei gradi di protezione stabiliti dalle Norme applicati agli involucri costituenti materiale elettrico per tensione nominale non superiore ai 72,5 kV, ovvero il grado di protezione IP utilizzato con due cifre caratteristiche e con delle lettere addizionali per eventuali specifiche.

In questo codice la prima cifra indica il grado di protezione delle persone contro il contatto con parti pericolose ed il grado di protezione dei materiali contro l'ingresso di corpi solidi estranei; mentre la second acifra indica il grado di protezione dei materiali contro l'ingresso dannosso dell'acqua.

(per la tabella codice IP si rimanda al link in fondo)

circuiti del contattore

In un circuito elettrico in cui è presente un contattore, i circuiti che interessano quest’ultimo sono:

  • Il circuito comandato: è il carico cioè il circuito di potenza che interessa i contatti principale del contattore che hanno il compito di alimentarlo/disalimentarlo. Ad esempio il motore asincrono trifase nella figura.
  • Il circuito di comando, distinto dal precedente, assolve il compito di eccitare/diseccitare la bobina di comando dell’elettromagnete. Ad esempio il circuito di avviamento (comando start/stop) del motore asincrono trifase mostrato in figura.
  • Il circuito ausiliario: controllato dai contatti ausiliari del contattore, che si muovono in sincronismo con quelli principali e controllano circuiti di segnalazione, blocco etc.., gli ausiliari appunto.

È importante aver presente che il circuito comandato ed il circuito di comando possono essere alimentati con tensioni di alimentazione di diverso tipo e valore,per quanto concerne il circuito di comando usualmente si utilizzano tensioni di 24 V (DC/AC) ed anche in alcuni casi: 48 V ,110 Vca, 230 Vca.

individuazione dei morsetti del contattore

L’individuazione dei morsetti nel contattore assume una certa importanza in quanto indica la funzione specifica di ogni morsetto, e pertanto deve essere precisa; in questo senso le Norme CEI forniscono i principi base per l’identificazione dei morsetti.

  • I morsetti delle bobine vengono indicati con un sistema alfanumerico e caratteri maiuscoli, nei contattori ad esempio la bobina viene indicata con A1 ed A2
  • I morsetti dei contatti utilizzano un sistema di designazione di tipo numerico, dove il numero inferiore dispari indica l’entrata mentre il numero superiore pari indica l’uscita
  • I morsetti principali, ovvero quelli di potenza vengono designati con un numero ad una sola cifra
  • I morsetti dei contatti ausiliari utilizzano un sistema di designazione con un numero a due cifre, dove la prima indica il tipo di funzione, e la seconda indica il numero di sequenza, ovvero il numeri di funzione 1 e 2 indicano i contatti di apertura (NC) ed i numeri 3 e 4 quelli di chiusura (NO) ed i numeri 5 e 6 i contatti di apertura con particolare funzione, e di numeri 7 e 8 come i precedenti ma di chiusura, per particolare funzione si intende un contatto ad esempio ritardato…
  • La numerazione sul contattore viene realizzata da sinistra verso destra iniziando dal piano più vicino a quello di fissaggio.

criteri di scelta di un contattore

Il criterio di scelta di un contattore tiene in considerazione le condizioni di esercizio che potranno essere, a seconda dell’applicazione:

  • Condizioni di servizio leggero,
-Per carichi resistivi e non per motori, ad esempio riscaldatori.saldatrici-circuiti di illuminazione, categoria d’impiego Ac1
  • Condizioni di servizio normale, che potrà essere di tipo continuo, intermittente o di durata limitata,
-Per motori a gabbia e ad anelli
-Inserzione da fermo
-Disinserzione durante la marcia :Impiego tipo: compressori-montacarichi-mescolatori-pompe-centrifughe-scale mobili-areatori-trasportatori-forni-
-Inserzione fino a 6 x la In del motore
-Disinserzione fino a 1x corrente nominale del motore
-Categoria d’impiego : 99,5% AC3,AC2—AC4
  • Condizioni di servizio gravoso,per motori a gabbia e ad anelli
-Inserzione da fermo
-Disinserzione durante la marcia normale:Eccezionalmente comando ad impulsi ,frenatura in controcorrente, inversione diretta
-Impiego tipo: gru a ponte-miscelatori-elevatori elettrici-trasportatori-argani-centrifughe-macchineedili
-Caratteristiche elettriche parte come in servizio normale e parte come in servizio gravosissimo
-Categoria d’impiego. 90%AC3,10%AC4 – 50%AC2
  • Condizioni di servizio gravosissimo per motori a gabbia
Per motori a gabbia
-Tipo di servizio : comando ad impulsi,frenatura in controcorrente,inversione diretta.
-Tipo di impiego:macchine per stampa.trafile-centrifughe
-Inserzione 6 x la corrente nominale
-Disinserzione 6 x la corrente nominale
-Categoria d’impiego AC4 senza pericolo di cortocircuito all’inversione anche con tensione di comando U=110%Uc
  • Servizio gravosissimo
-Per motori ad anelli
-Tipo di servizio : comando ad impulsi,frenatura in controcorrente,inversione diretta.
-Tipi di impiego macchine ad elevata automazione-ausiliari di laminatoi
-Inserzione 2,5 x la corrente nominale
-Disinserzione 2,5 x corrente nominale
-Categoria d’impiego : AC2 AC4 senza pericolo di cortocircuito all’inversione anche con tensione di comando U=110% Uc

dati da considerare per l’acquisto di un contattore

  • Circuito comandato
-Tensione di impiego
-Tipo di corrente, (continua o alternata )
-Frequenza nominale(corrente alternata)
-Numero dei poli e dei contatti ausiliar
-Natura del carico (motore-condensaotre-resistenza…)
-Corrente o potenza del carico
-Categoria d’impiego
-Numero di manovre orarie
-Vita minima richiesta per i contatti
  • Circuito di comando
-Tipo di comando (normale a ritenuta magnetica o meccanica)
-Tensione d’impiego
-Tipo di corrente (continua o alternata)
-Frequenza nominale (corrente alternata)
  • Relè di protezione
-Numero delle fasi protette
-Tipo di relè(termico o magnetico)
-Campo di taratura della corrente di scatto
-Esecuzioni particolari (ritardate etc..)
  • Avviatore(dati complementari)
-Tipo di motore(a gabbia o ad anelli)
-Tipo di macchina azionata
-Velocità del motore adottato
-Servizio previsto
-Esecuzione costruttiva (a giorno in cassetta etc)


info presenti in ElectroYou

  • cos’è e come funziona un contattore

http://www.electroyou.it/vis_resource.php?section=DomRisp&id=517

  • taglia di un contattore

http://www.electroyou.it/vis_resource.php?section=DomRisp&id=495

  • Circuiti di comando che svolgono funzioni di sicurezza e l'esclusione dei guasti (UNI EN ISO 13849)

http://www.electroyou.it/ernestocappelletti/wiki/i-circuiti-di-comando-che-svolgono-funzioni-di-sicurezza-e-l-esclusione-dei-guasti-in-accordo-con-la-norma-uni-en-iso-13849-1-2008

  • Classe IPxxx

http://www.electroyou.it/vis_resource.php?section=DomRisp&id=167

  • quando si saldano i contatti di un contattore?

http://www.electroyou.it/mir/wiki/quando-si-saldano-i-contatti-di-un-contattore

Categorie d'impiego dei contattori

natura della corrente categoria di utilizzazione applicazioni tipiche
corrente alternata AC-1 carichi non induttivi, es. forni a resistenza
corrente alternata AC-2 motori ad anelli : avviamento, arresto
corrente alternata AC-3 motori a gabbia : avviamento, arresto del motore durante la marcia
corrente alternata AC-4 motori a gabbia : avviamento,frenatura in controcorrente,manovra ad impulsi
corrente alternata AC-5a lampade a scarica
corrente alternata AC-5b lampade ad incandescenza
corrente alternata AC-6a trasfomatori
corrente alternata AC-6b batterie di condensatori
corrente alternata AC-7a carichi leggermente induttivi in applicazioni domestiche e similari
corrente alternata AC-7b motori in applicazioni domestiche
corrente continua DC-1 carichi non induttivi o debolment einduttivi, es. forni a resistenza
corrente continua DC-3 motori in derivazione
corrente continua DC-5 motori in serie
corrente continua DC-6 comando di lampade ad incandescenza

fonti utilizzate

Officina Elettromecanica e di Impianti Elettrici M.Pirini-Calderini volume 2 1a ed.

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Commenti e note

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di ,

sulla numerazione dei contatti ausiliari è già indicato nell'articolo, mentre per i due blocchetti di contatti ausiliari siemens è vero hanno lo stesso numero di contatti NO ed NC preseumo che siano per divefferenti tipi di contattori, per quanto concerne proprio il loro fissaggio sul corpo del contattore, ulteriori approfondimenti si hanno senza alcun dubbio nel sito della siemens.

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di ,

Bel lavoro, ma una domanda nasce spontanea dalla lettura dell'articolo: come mai gli ausiliari NC:21-22, 31-32, 61-62, 71-72, ... NO:43-44, 53-54, 83-84, ... hanno questo tipo di numerazione? e che differenza intercorre tra gli stessi? e che differenza intercorre ad esempio tra il blocchetto degli ausiliari siemens 3rh1911-1ha22 e 3rh1911-1fa22, entrambe con 2NO e 2NC?

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di ,

Come sempre un articolo utile, bravo mir!

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di ,

Mir, avrei speso due parole anche riguardo gli interblocchi meccanici/elettrici che in molte applicazioni interessano i contattori per comando motori. Così come avrei accennato (mi pare di non averlo letto o forse mi è sfuggito) al TELERUTTORE... l'ormai arcaico/obsoleto nome del contattore, ma che è ancora molto in voga tra gli addetti ai lavori (figurati che spesso mi è stata domandata la differenza tra l'uno e l'altro!) E poi, un ultimo suggerimento... una bella foto!

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di ,

Bravo Mir, un altro colpo andato a segno!

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di ,

Ecco adesso so come scegliere un contattore grazie mir

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di ,

Grazie Mir! Tra l'altro è una persona che conosco professionalmente (lui non mi conosce ma io si). Grazie per il link!

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di ,

@ agramaglia, se non erro la norma che hai citato si riferisce ai circuiti di comando con funzioni di sicurezza, non contemplato in questa descrizione,ma che appresto ad aggiornare con il riferimento all'articolo di Ernesto Cappelletti che potrà senz'altro interessarti in merito : Circuiti di comando che svolgono funzioni di sicurezza e l'esclusione dei guasti (UNI EN ISO 13849), che trovi in ElectroYou, qui: http://www.electroyou.it/ernestocappelletti/wiki/i-circuiti-di-comando-che-svolgono-funzioni-di-sicurezza-e-l-esclusione-dei-guasti-in-accordo-con-la-norma-uni-en-iso-13849-1-2008 Ciao

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di ,

Direi che è una buona guida didattica, la voto!

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di ,

Bell'articolo, ti volevo solo chiedere questo: sai dirci anche qualcosa riguardo la "copertura diagnostica" secondo norma EN 13849 sui circuiti di comando? Credo sia la capacità di rilevare (o meglio, segnalare) il proprio guasto. Probabilmente sta nel doppio contatto (NC, NO) con il che una qualsiasi centralina può rilevare la non apertura di un contatto.

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di ,

Grazie Paolino, ed Attilio per l'apprezzamento e le segnalazioni, ho apportato le correzzioni necessarie, se ravvisate ulteriori miglioramenti....sono in ascolto...:-)

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di ,

mir, come sempre una guida ottima, a completamento di quanto hai già proposto.

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di ,

Buon articolo, solo qualche dritta al volo: Esistono contattori per applicazioni speciali con i contatti di potenza NC o misti NO/NC. Nell'elenco relativo ai valori tipici di "durata meccanica" c'è qualche valore ripetuto e qualcuno mancante. Nello schema che illustra i due circuiti di potenza e di comando, non è riportato il valore di tensione concetenata (in effetti non è importante ai fini del concetto), che tuttavia deve essere di 230V nel caso specifico, poichè non è accettabile per i circuiti di comando, una tensione superiore a 277V. Se si suppone invece una linea a 400V senza neutro, il circuito di comando può essere derivato da due fasi del sistema (così come in figura), con opportuna interposizione di un adeguato trasformatore di comando (o di sicurezza) con PRI:400V e SEC:24/48/110V a seconda delle necessità.

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