PNF ELECTRICIDADTEORIA ELECTROMAGNETICA

FUNCIONAMIENTO DEL CONTACTOR

Facilitador: Integrantes:Ing. José Muñoz Ortiz, Claudis.

Rivera, Joan.

Junio 2011

INTRODUCCION.

El contactor es un dispositivo altamente empleado en la industria, especialmente para la

automatización de procesos, la finalidad del presente trabajo es presentar definiciones y

características de estos, así como su clasificación por distintas variables como el tipo de

accionamiento, disposición de sus contactos, clase de corriente o limites de tensión. Y

enfocado como centro de estudio el contactor electromagnético, se describe sus partes y su

funcionamiento tomando como referencia los conceptos de la teoría electromagnética en el

presente.

Para detallar el funcionamiento del contactor se realizara el análisis de un contactor

electromagnético de núcleo con entrehierro y tipo E, relacionando el flujo magnético, con la

fuerza magnetomotriz y las reluctancias del núcleo con entrehierro en un circuito análogo

eléctrico.

Tabla de contenido

INTRODUCCION. ................................................................................................................................ 2 CONTACTORES. ................................................................................................................................. 4

GENERALIDADES ........................................................................................................................... 4 DEFINICIONES Y CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS CONTACTORES ...................................... 4 CLASIFICACION DE LOS CONTACTORES. ........................................................................................ 5 EL CONTACTOR ELECTROMAGNETICO .......................................................................................... 6 PARTES DEL CONTACTOR. ........................................................................................................... 10

· Carcaza. ................................................................................................................................. 10

· Electroimán. .......................................................................................................................... 11

· Bobina. .................................................................................................................................. 13

· El Núcleo. .............................................................................................................................. 15

· Armadura. ............................................................................................................................. 15

· Contactos. ............................................................................................................................. 16

CIRCUITO MAGNETICO DEL CONTACTOR. ....................................................................................... 20 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO .............................................................................................. 20

Entrehierro Permanente. ........................................................................................................ 30

Espira de sombra. .................................................................................................................... 34

Análisis de un Circuito Magnético con Entrehierro. ................................................................ 40

Análisis de circuito magnético para núcleo tipo E ................................................................... 44

CONCLUSIONES ............................................................................................................................... 48 BIBLIOGRAFIAS ................................................................................................................................ 49 ANEXOS ........................................................................................................................................... 52

CONTACTORES.

GENERALIDADES

Los contactores se emplean para el mando local o a distancia de máquinas de

cualquier género. Sobre todo, se utilizan en los sistemas de mando en que la potencia de

acoplamiento y la frecuencia de maniobras plantean severas exigencias, por ejemplo, en

máquinas herramientas y laminadores. Añadiendo relés térmicos permite utilizados como

protectores de motores. Además, el contactor resulta un elemento indispensable en la

automatización, para el mando de las secuencias de trabajo.

El gran desarrollo de la industria fue creando nuevas necesidades en las

instalaciones eléctricas. La simple acción de abrir o cerrar un circuito mediante un interruptor

manual, se hizo insuficiente; cierto que un contactor lo que en realidad hace es eso, pero a

frecuencias de trabajo que pueden llegar a las 5000 conexiones por hora, cosa imposible de

realizar con un interruptor manual.

Los grandes incrementos en la demanda de energía eléctrica han ocasionado la

construcción de nuevas líneas de dimensiones mucho más amplias para lo que se necesita

contar con aparatos cuyas capacidades de ruptura sean adecuadas. Los contactores pueden

cortar Intensidades de corriente del orden de 10 a 15 veces la intensidad nominal del

aparato. En el laboratorio se han conseguido rupturas de hasta 50 veces la intensidad

nominal.

DEFINICIONES Y CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS CONTACTORES

El contactor puede definirse como un aparato de corte, con mando a distancia, que

vuelve a la posición de reposo cuando deja de actuar la fuerza que lo mantenía conectado;

puede ser:

a) Contactor propiamente dicho, cuando la posición de reposo corresponde a la apertura

de sus contactos.

b) Ruptor, cuando la posición de reposo corresponde al cierre de sus contactos.

En ambos casos, el aparato debe preverse para maniobras frecuentes bajo carga y

sobrecarga normales.

CLASIFICACION DE LOS CONTACTORES.

Los contactores se pueden clasificar según distintos criterios:

a) por el tipo de accionamiento:

1. Contactores electromagnéticos si el accionamiento se debe a la fuerza de atracción

de un electroimán.

2. Contactores electromecánicos si el accionamiento se realiza por medios mecánicos

(resortes, balancines, etc.).

3. Contactores neumáticos, cuando son accionados por la presión de un gas (nitrógeno,

aire, etc.).

4. Contactores hidráulicos, cuando la fuerza de accionamiento procede de un líql1'ido,

que puede ser agua, aceite, etc.

b) por la disposición de sus contactos:

1. Contactores al aire, en los que la ruptura se produce en el seno del aire.

2. Contactores al aceite, en los que la ruptura tiene lugar en el seno de un baño de

aceite. Los contactores al aceite permiten mayores intensidades, a igualdad de

tamaño de los contactos, que los contactores al aíre, debido al efecto refrigerante del

aceite. Además, tanto los contactos como el arco quedan a resguardo del ambiente

exterior. Pero en estos contactores, los contactos se desgastan rápidamente, debe

renovarse periódicamente el aceite, necesitan mayor mantenimiento, etc.; todos estos

inconvenientes hacen que, actualmente, el empleo de estos contactores esté limitado

a casos muy especiales, utilizándose universalmente los contactores al aire,

anteriormente definidos.

c) por la clase de corriente:

1. Contactores de corriente continúa.

2. Contactores de corriente alterna.

d) por los límites de tensión:

1. Contactores de baja tensión (hasta 1000 V).

2. Contactores de alta tensión (a partir de 1000 V).

El contactor electromagnético es el más utilizado en las variantes de pequeña, mediana y

gran potencia. La sencillez de construcción, unida a su robustez, su reducido volumen y el

mantenimiento, prácticamente nulo, que necesita, lo hacen insustituible. La fuente de energía

es la corriente eléctrica y su consumo es muy reducido; presenta el inconveniente de tener

que estar conectado permanentemente, mientras el aparato está en situación de trabajo.

EL CONTACTOR ELECTROMAGNETICO

El contactor electromagnético es un aparato mecánico de conexión controlado

mediante electroimán y con funcionamiento todo o nada. Cuando la bobina del electroimán

está bajo tensión, el contactor se cierra, estableciendo a través de los polos un circuito entre

la red de alimentación y el receptor. El desplazamiento de la parte móvil del electroimán que

arrastra las partes móviles de los polos y de los contactos auxiliares o, en determinados

casos, del dispositivo de control de éstos, puede ser:

– rotativo, girando sobre un eje,

– lineal, deslizándose en paralelo a las partes fijas,

– una combinación de ambos.

Cuando se interrumpe la alimentación de la bobina, el circuito magnético se

desmagnetiza y el contactor se abre por efecto de:

– los resortes de presión de los polos y del resorte de retorno de la armadura

móvil,

– la fuerza de gravedad, en determinados aparatos (las partes móviles

recuperan su posición de partida).

Figura 01 Contactor Electromagnético

El contactor ofrece numerosas ventajas, entre las que destacan la posibilidad de:

– interrumpir las corrientes monofásicas o polifásicas elevadas accionando un

auxiliar de mando recorrido por una corriente de baja intensidad,

– funcionar tanto en servicio intermitente como en continuo,

– controlar a distancia de forma manual o automática, utilizando hilos de sección

pequeña o acortando significativamente los cables de potencia,

– aumentar los puestos de control y situarlos cerca del operario.

A estas características hay que añadir que el contactor:

– es muy robusto y fiable, ya que no incluye mecanismos delicados,

– se adapta con rapidez y facilidad a la tensión de alimentación del circuito de

control (cambio de bobina),

– garantiza la seguridad del personal contra arranques inesperados en caso de

interrupción de corriente momentánea (mediante pulsadores de control),

– facilita la distribución de los puestos de paro de emergencia y de los puestos

esclavos, impidiendo que la máquina se ponga en marcha sin que se hayan

tomado todas las precauciones necesarias,

– protege el receptor contra las caídas de tensión importantes (apertura

instantánea por debajo de una tensión mínima),

– puede incluirse en equipos de automatismos sencillos o complejos.

Para obtener un funcionamiento sin averías de estos dispositivos, todas sus partes

deben ser chequeadas periódicamente, en especial las partes sometidas a movimiento como

son los contactos. Para mantener estos en buen estado de funcionamiento deben

conservarse los valores especificados por el fabricante del dispositivo en los puntos

siguientes:

- Presión del contacto (inicial y final);

- Entrehierro;

- Distancia de ruptura;

- Desgaste permitido en los contactos;

- Tensión de la bobina.

- Presión del contacto inicial y final.

· Presión del contacto

Puede medirse con un dinamómetro de resorte, la presión inicial con los contactos

abiertos y la final con ellos cerrados.

· El entrehierro.

Es la distancia entre el eje del núcleo y un punto correspondiente a la armadura; si

esta distancia es alterada, la bobina correrá el riesgo de averiarse.

· Distancia de ruptura.

Es la separación entre los contactos donde se produce el arco.

· El desgaste permitido de los contactos.

Viene fijando por el grosor del material que puede gastarse hasta que el contacto

entre las dos superficies desgastadas llegue a considerarse inseguro según las normas de

desgaste de los contactos fijados por el fabricante o el técnico de mantenimiento.

· Tensión de la bobina.

Una bobina debe tener las características de:

· Cierre de los contactos cuando la tensión del circuito de mando alcanza el 80% de su

valor nominal.

· La apertura del contactor, cuando la tensión del circuito de mando decrece por debajo

del 65% de su valor nominal.

· Soportar permanentemente una tensión correspondiente al 110% del valor del valor

nominal.

PARTES DEL CONTACTOR.· Carcaza.

La carcaza es el elemento en el cual se fijan todos los componentes conductores del

contactor, para lo cual es fabricada en un material no conductor con propiedades como la

resistencia al calor, y un alto grado de rigidez, figura 02.

Uno de los más utilizados materiales es la fibra de vidrio pero tiene un inconveniente

y es que este material es quebradizo y por lo tanto su manipulación es muy delicada. En

caso de quebrarse alguno de los componentes no es recomendable el uso de pegantes.

Figura 02. Carcaza del contactor

· Electroimán.

También es denominado circuito electromagnético, (figura 03) y es el elemento motor

del contactor. Está compuesto de un circuito magnético, (una bobina y un núcleo de hierro)

cuya finalidad es transformar la energía eléctrica en un campo magnético muy intenso

mediante el cual se produce un movimiento mecánico aprovechando las propiedades

electromagnéticas de ciertos materiales.

Su forma varía en función del tipo del contactor y puede eventualmente diferir según

sea la naturaleza de corriente de alimentación alterna o contínua.

Un pequeño entrehierro evita en el circuito magnético en posición de cierre, todo

riesgo de remanencia. Se obtiene retirando el metal o intercalando un material magnético.

El recorrido de llamada es la distancia que media entre la parte fija y la parte móvil del

circuito cuando el contactor está en reposo. El recorrido de aplastamiento es la distancia que

media entre ambas partes cuando los polos entran en contacto.

Los resortes son los que aseguran la presión entre los polos al momento en que la

bobina está energizada.

Figura 03. Electroimán

Figura 04.

Según su tamaño, los contactores adoptan generalmente estructuras magnéticas

como las expresadas en la figura 04. En a está representada una estructura con núcleo en

C, apropiada para relés y para contactores de pequeña y mediana potencia; en b se

representa una estructura con núcleo en E, que es la forma más generalizada para todo tipo

de aparato, tanto de pequeña como de mediana o gran potencia. Finalmente, en c se expone

el núcleo de succión, empleado en relés y contacto res de pequeña potenciaCircuito magnético de corriente alterna

• Características

– chapas de acero al silicio unidas mediante remache o soldadura,

– circuito laminado para reducir las corrientes de Foucault que se originan en

toda masa metálica sometida a un flujo alterno (las corrientes de Foucault

reducen el flujo útil de una corriente magnetizante determinada y calientan

innecesariamente el circuito magnético),

– uno o dos anillos de desfase, espiras de Frager o de sombra, que generan en

una parte del circuito un flujo decalado con respecto al flujo alterno principal.

Con este mecanismo se evita la anulación periódica del flujo total, y por

consiguiente, de la fuerza de atracción (lo que podría provocar ruidosas

vibraciones).

• Utilización en corriente continúa

Los circuitos magnéticos laminados se pueden utilizar en corriente continua con total

normalidad. En tal caso, es necesario emplear una bobina distinta a la que se utiliza con

tensión alterna de igual intensidad. También es preciso intercalar una resistencia de

reducción de consumo en el circuito de control de la bobina en cuanto se cierra el contactor.

Circuito magnético en corriente continúaEn el circuito magnético de los electroimanes alimentados en corriente continua no se

forman corrientes de Foucault. En determinados casos, es preferible utilizar un electroimán

específico para corriente continua de acero macizo en lugar de adaptar un circuito magnético

laminado de corriente alterna.

· Bobina.

Consiste en un arrollamiento de alambre de cobre con unas características muy

especiales con un gran número de espiras y de sección muy delgada para producir un

campo magnético. El flujo magnético produce un par magnético que vence los pares

resistentes de los muelles de manera que la armadura se puede juntar con el núcleo

estrechamente.

Puede estar montada en una rama del circuito magnético o, excepcionalmente, en

dos, según el modelo de contactor.

Está diseñada para soportar los choques mecánicos que provocan el cierre y la

apertura de los circuitos magnéticos y los choques electromagnéticos que se producen

cuando la corriente recorre las espiras.

Para atenuar los choques mecánicos, la bobina o el circuito magnético, y en algunos

casos ambos, están montados sobre unos amortiguadores.

Las bobinas que se utilizan hoy en día son muy resistentes a las sobretensiones, a

los choques y a los ambientes agresivos. Están fabricadas con hilo de cobre cubierto de un

esmalte de grado 2 y soportan temperaturas de 155 °C, o incluso de 180 °C. Existen bobinas

impregnadas al vacío o sobre moldeadas.

· Bobina energizada con CA.

Para el caso cuando una bobina se energiza con corriente alterna, se produce una

corriente de magnitud muy alta puesto que solo se cuenta con la resistencia del conductor,

ya que la reactancia inductiva de la bobina es muy baja debido al gran entrehierro que existe

entre la armadura y el núcleo, esta corriente tiene factor de potencia por consiguiente alto,

del orden de 0.8 a 0.9 y es llamada corriente de llamada.Esta corriente elevada produce un campo magnético muy grande capaz de vencer el

par ejercido por los muelles o resorte que los mantiene separados y de esta manera se cierra

el circuito magnético uniéndose la armadura con el núcleo trayendo como consecuencia el

aumento de la reactancia inductiva y así la disminución de hasta aproximadamente diez

veces la corriente produciéndose entonces una corriente llamada corriente de mantenimiento con un factor de potencia más bajo pero capaz de mantener el circuito

magnético cerrado.

Para que todo este procedimiento tenga éxito las bobinas deben ser dimensionadas

para trabajar con las corrientes bajas de mantenimiento pues si no se acciona el mecanismo

de cierre del circuito magnético la corriente de llamada circulará un tiempo más grande del

previsto pudiendo así deteriorar la bobina.

· Bobina energizada con CC.

En este caso no se presenta el fenómeno anterior puesto que las corrientes de

llamada y de mantenimiento son iguales. La única resistencia presente es la resistencia de la

bobina misma por lo cual las características y la construcción de estas bobinas son muy

especiales.

La bobina puede ser energizada por la fuente de alimentación o por una fuente

independiente.

· El Núcleo.

Su función es concentrar y aumentar el flujo magnético con el fin de atraer la

armadura eficientemente. Está construido de láminas de acero al silicio superpuestas y

unidas firmemente unas con otras con el fin de evitar las corrientes parásitas.

El pequeño entrehierro entre la armadura y el núcleo se crea con el fin de eliminar los

magnetismos remanentes. Cuando circula una corriente alterna por la bobina es de

suponerse que cuando la corriente pasa por el valor cero, el núcleo se separa de la

armadura puesto que el flujo también es cero pero como esto sucede 120 veces en un

segundo (si la frecuencia es de 60Hz) por lo cual en realidad no hay una verdadera

separación pero esto sin embargo genera vibraciones y un zumbido además del aumento de

la corriente de mantenimiento; por esto las bobinas que operan con corriente alterna poseen

unos dispositivos llamados espiras de sombra las cuales producen un flujo magnético

desfasado con el principal de manera que se obtiene un flujo continuo similar al producido

por una corriente continua.

· Armadura.

Es un elemento móvil muy parecido al núcleo pero no posee espiras de sombra, su

función es la de cerrar el circuito magnético ya que en estado de reposo se encuentra

separada del núcleo. Este espacio de separación se denomina entrehierro o cota de llamada.

Tanto el cierre como la apertura del circuito magnético suceden en un espacio de

tiempo muy corto (10 milisegundos aproximadamente), todo debido a las características del

muelle, por esto se pueden presentar dos situaciones.

· Cuando el par resistente es mayor que el par electromagnético, no se logra atraer la

armadura.

· Si el par resistente es débil no se lograra la separación rápida de la armadura.

Cada una de las acciones de energizar o des energizar la bobina y por consiguiente

la atracción o separación de la armadura, es utilizada para accionar los contactos que obran

como interruptores, permitiendo o interrumpiendo el paso de la corriente. Estos contactos

están unidos mecánicamente (son solidarios) pero son separados eléctricamente.

· Contactos.

La función de estos elementos es permitir o interrumpir el paso de la corriente dentro

del circuito de potencia, son elementos conductores, los cuales se accionan tan pronto se

energiza o se des energiza la bobina por lo que se les denomina contactos instantáneos. Esta función la cumplen tanto en el circuito de potencia como en el circuito de mando.

Están dimensionados para que pase la corriente nominal del contactor en servicio

permanente sin calentamientos anómalos.

Los contactos están compuestos por tres partes dos de las cuales son fijas y se

encuentran ubicadas en la carcaza y una parte móvil que une estas dos y posee unos

resortes que transmiten la presión correcta a los contactos que están fabricados con una

aleación de plata con una excepcional resistencia a la oxidación, mecánica y al arco.

Las partes que entran en contacto deben tener unas características especiales

puesto que al ser accionados bajo carga, se presenta un arco eléctrico el cual es

proporcional a la corriente que demanda la carga, estos arcos producen sustancias que

deterioran los contactos pues traen como consecuencia la corrosión, también las

características mecánicas de estos elementos son muy importantes.

Figura 05. Contactos

Los contactos pueden ser de doble corte o de simple corte.

Los contactos de doble corte están muy bien adaptados a todas las aplicaciones en

corriente alterna (servicio intensivo, AC-3, AC-4, etc.) y permiten realizar aparatos

compactos.

Los contactos de simple corte suelen incluir un dispositivo apaga chispas magnético.

Se recomienda utilizarlos para cortar corrientes continuas y para aplicaciones con servicio

severo.

Los polos ruptores, utilizados para resolver determinados problemas de automatismo,

funcionan al contrario que los polos normales: los contactos se encuentran en estado

pasante cuando el electroimán de control no está bajo tensión, y no pasante cuando recibe

alimentación.

· Contactos Principales.

Son los encargados de permitir o interrumpir el paso de la corriente en el circuito

principal, es decir que actúa sobre la corriente que fluye de la fuente hacia la carga.

Es recomendable estar verificando la separación de estos que permiten que las

partes fijas y móviles se junten antes de que el circuito magnético se cierre completamente,

esta distancia se le denomina cota de presión. Esta no debe superar el 50%.

En caso de cambio de los contactos se tienen las siguientes recomendaciones:

• Cambiar todos los contactos y no solamente el dañado.

• Alinear los contactos respetando la cota inicial de presión.

• Verificar la presión de cada contacto con el contactor en funcionamiento.

• Verificar que todos los tornillos y tuercas se encuentren bien apretados.

Figura 06. Polos de simple y doble corte

Debido a que operan bajo carga, es determinante poder extinguir el arco que se produce

puesto que esto deteriora el dispositivo ya que produce temperaturas extremadamente altas,

para esto, los contactos se encuentran instalados dentro de la llamada cámara apaga

chispas, este objetivo se logra mediante diferentes mecanismos.

· Soplado por auto−ventilación: Este dispositivo consiste en dos aberturas, una grande y

una pequeña, al calentarse el aire, este sale por la abertura pequeña entrando aire fresco

por la abertura grande y este movimiento de aire hace que se extinga la chispa.

· Cámaras desionizadoras: Estas cámaras consisten en un recubrimiento metálico que

actúa como un disipador de calor y por esto el aire no alcanza la temperatura de ionización.

Este método suele acompañarse por el soplado por auto−ventilación.

· Transferencia y fraccionamiento Del arco: Consiste en dividir la chispa que se produce

de manera que es más fácil extinguir chispas más pequeñas. Esto se realiza mediante guías

en los contactos fijos.

· Soplo magnético: Este método emplea un campo magnético que atrae la chispa hacia

arriba de la cámara aumentando de esta manera la resistencia. Este método suele ir

acompañado del soplado por auto−ventilación y debe realizarse en un tiempo no muy largo

pero tampoco extremadamente corto.

· Contactos Secundarios.

Estos contactos secundarios se encuentran dimensionados para corrientes muy

pequeñas porque estos actúan sobre la corriente que alimenta la bobina del contactor o

sobre elementos de señalización.

Dado que en ocasiones deben trabajar con los PLC estos contactos deben tener una

confiabilidad muy alta. Gran parte de la versatilidad de los contactores depende del correcto

uso y funcionamiento de los contactos auxiliares. Normalmente los contactos auxiliares son:

· Instantáneos: Actúan tan pronto se energiza la bobina del contactor.

· De apertura lenta: La velocidad y el desplazamiento del contacto móvil es igual al de la

armadura.

·De apertura positiva: Los contactos abiertos y cerrados no pueden coincidir cerrados en

ningún momento.

Sin embargo se encuentran contactores auxiliares con adelanto al cierre o a la

apertura y con retraso al cierre o a la apertura. Estos contactos actúan algunos milisegundos

antes o después que los contactos instantáneos. Existen dos clases de contactos auxiliares:

· Contacto normalmente abierto: (NA o NO), llamado también contacto instantáneo de

cierre: contacto cuya función es cerrar un circuito, tan pronto se energice la bobina del

contactor. En estado de reposo se encuentra abierto.

· Contacto normalmente cerrado: (NC), llamado también contacto instantáneo de

apertura, contacto cuya función es abrir un circuito, tan pronto se energice la bobina del

contactor. En estado de reposo se encuentra cerrado.

CIRCUITO MAGNETICO DEL CONTACTOR.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Como ya se ha mencionado anteriormente el circuito magnético del contactor

electromagnético consta de tres elementos fundamentales:

1. Bobina.

2. Núcleo.

3. Armadura o Martillo.

La bobina alimentada, según los casos, por corriente continua o alterna, está

encargada de producir un flujo magnético en el núcleo, capaz de atraer al martillo el cual

actúa sobre los contactos móviles del aparato, bien directamente o por medio de un juego de

palancas. La bonina y el núcleo constituyen un electroimán que es el elemento motor del

contactor.

Toda inducción magnética B, engendrada en el interior de un núcleo magnético de

sección S, es capaz de realizar un trabajo y ejercer, por tanto, una fuerza que es

directamente proporcional al cuadrado de la inducción y la superficie del núcleo. Esta fuerza

viene expresada por

kgSBSBF 823

2

10...410.25

−− ==

Cuando el contactor está de reposo, entre el núcleo de su bobina y el martillo, existe

una separación denominada entrehierro, que el martillo deberá recorrer bajo el efecto del

núcleo al ser excitado. Por consiguiente, el trabajo que deberá realizarse vale

T=F.c

F= fuerza que deberá desarrollar el electroimán.

c= valor del entrehierro.

El entrehierro viene determinado por los datos constructivos del contactor, forma,

capacidad, tensión de alimentación, etc. Ya que su abertura debe ser proporcional a la

separación de contactos, con el objeto de garantizar la interrupción de arcos.

La fuerza a desarrollar también depende de dichos datos y en ella intervienen varios

factores, que se reseñan a continuación:

En primer lugar, está el peso del martillo más sus accesorios y la fuerza que se

necesita para vencer los rozamientos y que es constante durante todo el recorrido.

En segundo lugar debe vencerse la resistencia de todos los resortes o muelles con

que cuenta el contactor y que son:

a) Muelles de presión de los contactos principales.

b) Muelles de presión de los contactos auxiliares.

c) Muelles antagonistas.

Figura 07. Características de trabajo de un muelle. Pp=presión previa. P¡=presión final. Pm=presión máxima. Cp=longitud de compresión previa. C,=carrera de trabajo. C,=carrera de seguridad Ab=altura de bloque. L=longitud total. C=carrera.

Un muelle en reposo (Fig.07) tiene una longitud L para la cual, la presión ejercida por

el muelle es nula (P0). Este muelle puede ser comprimido hasta que su longitud sea Ab

(Altura de bloque), es decir, hasta que todas las espiras estén en íntimo contacto. En estas

condiciones, la presión que se ejerce es máxima (Pm). La variación lineal de la presión desde

el valor P0 hasta Pm, nos da la grafica característica de trabajo del resorte. Estando este en

su alojamiento, su longitud será L-Cp, siendo Cp la longitud de compresión previa y en la cual

se dispone la presión previa Pp, que mantiene fijado el muelle en el alojamiento. Esta

presión previa Pp se incrementa hasta Pf o presión final, cuando se lleva a cabo el recorrido

Cr o carrera de transporte. Entre la carrera de trabajo y la altura de bloque debe quedar

siempre la carrera de seguridad Cs, con objeto de no llegar al límite elástico del resorte que

lo deformaría permanentemente.

Según lo expuesto, en el trabajo del contactor se debe contar con la parte de la

grafica de trabajo comprendida entre los valores de la presión previa Pp y de la presión final

Pf, los cuales indican las variaciones de presión que experimenta el resorte en su trabajo

normal.

Figura 08. Acción de un muelle sobre los contactos auxiliares de trabajo (normalmente abiertos) de un contactor. A) muelle. B) acción del muelle cuando no actúa el electroimán. C) acción del muelle cuando actúa el electroimán.

Por otro lado en los contactos auxiliares se pueden distinguir los siguientes tipos de

muelles:

a) Los que actúan sobre contactos de trabajo, es decir normalmente abiertos.

b) Los que actúan sobre contactos de reposo, es decir normalmente cerrados.

En los contactos de trabajo de la (Fig. 08), el resorte se comprime previamente desde

la longitud L a la longitud L-Cp para introducirlo en su alojamiento, donde se mantiene fijo por

la acción del electroimán, se desplaza la corredera y se establece la conexión entre el

contacto móvil y los contactos fijos, el muelle sufre una nueva compresión, hasta alcanzar la

longitud L-(Cp+Ct). Esta carrera viene determinada, hasta cierto punto, por su presión P, que

debe ser adecuada para el perfecto funcionamiento del contacto correspondiente. Por

consiguiente, el electroimán deberá vencer el incremento de presión Pf-Pp, ya que la presión

previa Pp es absorbida por las paredes de la corredera.

Figura 09. Acción de un muelle sobre los contactos auxiliares de reposo (normalmente abiertos) de un contactor. A) muelle. B) acción del muelle cuando no actúa el electroimán. C) acción del muelle cuando actúa el electroimán.

En los contactos de reposo (Fig. 09), también el resorte se comprime previamente

hasta L-Cp para ser introducido en su cámara. Aquí, la diferencia está en que su acción es

de sentido contrario al anterior. En el primero (contactos de trabajo), la acción era opuesta a

la del electroimán y se sumaba a la de los resortes antagonistas. Ahora sucede lo contrario,

es decir, que la acción de los muelles de los contactos cerrados se suma a la acción del

electroimán.

Los contactos principales, debido a su capacidad, generalmente mayor que la de los

contactos auxiliares, llevan resortes de mayor potencia, pero su comportamiento es el mismo

que en estos en lo que se refiere al trabajo: por lo tanto, el electroimán también deberá

vencer su resistencia.

La misión de los muelles antagonistas es llevar el martillo y sus accesorios,

juntamente con los contactos, a su posición de reposo en un tiempo mínimo: la acción de

estos muelles se opone totalmente al esfuerzo del sistema magnético. Esta acción debe ser

capaz, además de garantizar una apertura rápida, de vencer el peso del martillo y

accesorios, si estos no actúan por gravedad, y la resistencia de los contactos normalmente

cerrados, que como se ha visto anteriormente, se oponen a la acción de los muelles

antagonistas.

Si sobre un eje de sistemas de coordenados, se representa en las ordenadas, las

fuerzas en Kg, y en abscisas, los entrehierros en milímetro, y se determinan los valores de

las fuerzas que corresponden a cada variación del entrehierro, se obtendrá las

características de esfuerzo a la conexión del contactor.

En la (fig. 10) se han representados estos valores en forma orientativas, se supone

un contactor con un entrehierro de 6mm. Este contactor dispone de un contacto auxiliar

cerrado y uno abierto, tres contactos auxiliares para fases y dos resortes antagonistas. Si se

parte de la posición de máximo entrehierro (6mm), se habrán de vencer los siguientes

esfuerzos:

1. Peso del martillo y sus accesorios, aso como los rozamientos inherentes a ellos, esta

resistencia tendrá un valor constante durante toda la conexión, luego podrá

representarse por una recta en el eje de abscisas.

2. En el mismo instante en que comience la conexión, los resortes antagonistas que se

encuentran a su presión previa, continuaran comprimiéndose hasta alcanzar su presión

final, cuando se anules el entrehierro del aparto. Este esfuerzo puede representarse por

una recta que, para un entrehierro de 6mm tenga una ordenada que valga Pp y para un

entrehierro nulo, tenga una ordenada que valga Pf.

Figura 10. Características de esfuerzo a la conexión de un contactor.

3. Como se ha visto anteriormente, los resortes del contacto normalmente cerrado, actúan

en el mismo sentido del electroimán. Si hasta ahora se han considerado positivos los

esfuerzos a vencer por este, es indudable que los de aquel deberán ser negativos, ya

que actúan en sentido contrario. La representación grafica quedara entonces por debajo

de la abscisa, es decir, en el cuadrante de ordenadas negativas. Estando el contactor

abierto, la presión del resorte es la final pf luego para un entrehierro de 6mm, se tendrá la

máxima ordenada negativa. En un punto intermedio de la carrera de cierre, el contacto

cerrado quedara abierto y el resorte quedara bloqueado en su alojamiento a la presión

previa Pp, dejando por lo tanto de actuar sobre el sistema magnético.

4. Siguiendo el electroimán su carrera de cierre, se encontrara con la acción de los resortes

de los contactos principales, comprimidos en principio a la presión previa pp y que deben

llegar a la presión final Pf cuando el entrehierro se anule.

5. Por último, el electroimán deberá vencer la acción de los contactos auxiliares

normalmente abiertos, cuya representación grafica será la misma que la de los contactos

principales, aunque los valores de sus presiones mecánicas serán menores, debido a su

menor capacidad.

Habiéndose representado las presiones mecánicas de los cinco elementos que interviene

en el cierre del contactor, ya es posible determinar las características mecánicas del

electroimán, para lo cual se suman para cada valor del entrehierro, los valores instantáneos

de las presiones que le correspondan, esta característica del aparato así obtenida,

proporciona el criterio para determinar La acción que ha de realizar el electroimán y si este

vine representada por las curvas que se indican en la (Fig.11), se pueden distinguir los casos

siguientes:

1. La curva numero 1, que contornea justamente las características de esfuerzos, sin

cortarla en ningún punto, es decir, aquella en la cual todos sus valores instantáneos,

siendo mínimos, son en todo momento superiores a los de dicha características, se

denomina características estática de funcionamiento del electroimán y representa las

condiciones ideales de trabajo.

2. La curva dos recibe el nombre de característica dinámica y se diferencia de la anterior en

que sus valores instantáneos son menores, de tal forma que costa a la característica de

esfuerzo cuando esta se incrementa por cierre de los contactos auxiliares. No obstante,

como esta inserción se produce al final del recorrido del electroimán, es decir, estando

este animado por su máxima velocidad, su fuerza viva es suficiente para vencer este

obstáculo, resistencia superior, y concluir con la conexión sin dificultades.

3. La característica dinámica no es recomendable para trabajar, por motivos prácticos. Una

baja de tensión, en un momento determinado, ocasionaría una disminución de flujo,

situando el funcionamiento del electroimán en la curva numero 3. En estas condiciones,

se tendrían cortes en la característica de esfuerzos, antes de que la velocidad de cierre

hubiera alcanzado su valor optimo. La fuerza viva del martillo del electroimán no seria

suficiente para salvar estos cortes y el electroimán quedaría en una posición intermedia

″repiqueteando″.

Figura 11. Características de funcionamiento mecánico del electroimán de un contactor. l-

Característica estática. 2-Característica dinámica. 3-Característica dinámica con tensión baja. 4-

Característica real de funcionamiento.

4. En la práctica se elige siempre la curva numero 4. Como puede apreciarse, todos los

puntos de esta característica, son superiores a los de la característica estática y

conservan un amplio margen de seguridad, respecto a dichas características. Su límite

viene determinado por el calentamiento del conjunto magnético. Para el cálculo de la

bobina, se parte del esfuerzo a vencer como un entrehierro máximo y la curva

característica se va determinando punto por punto.

Entrehierro Permanente.

Supongamos, figura 12, un núcleo magnético N en estado neutro, sometido a la

acción del campo creado por una bobina B que se alimenta de un generador de corriente

continua G, a través de un conmutador inversor Cl y de un resistencia de regulación R.

Figura 12. Esquema para la prueba del circuito magnético de contactores.

La corriente que circula por la bobina en cualquier momento, está expresada por

RrEI+

=

en cuya expresión, r representa la resistencia conjunta del circuito: bobina, generador,

conductores, etc. Esta resistencia es constante y como también es constante la fuerza

electromotriz E, resulta que la intensidad de corriente I solamente depende de la resistencia

variable R y, si se supone esta resistencia suficientemente grande )( ∞→R , se tiene que

0≈I

En estas condiciones, la intensidad del campo magnético

0..25,1 ==lNIH

Si se va reduciendo el valor de R, la intensidad irá aumentando proporcionalmente y,

también, la intensidad del campo magnético H. Cuando R =0, la intensidad de corriente I será

máxima, siendo su valor

rEax =Im

La intensidad del campo magnético también será máxima y lo mismo ocurrirá con la

inducción magnética del núcleo.

max.max HB µ=

Sin embargo, a pesar de haber sido uniforme la variación de intensidad, la variación

de la inducción no lo es y sigue la ley representada en la figura 13, desde B = 0 hasta B =

Bmax, para valores del campo magnético comprendidos entre H = 0 y H = Hmax.

Figura 13. Ciclo de histéresis de material ferromagnético.

Cuando se llega al punto Hmax, se vuelve a actuar sobre la resistencia R, pero esta

vez en sentido inverso, es decir, aumentando su valor. En estas condiciones, la intensidad

de corriente.

RrEI+

=

Disminuirá a medida que aumente R y, a su vez, hará disminuir el valor del campo

magnético H. La inducción B también decrecerá, pero en lugar de seguir la ley que había

marcado en su crecimiento, varía de forma distinta, con valores superiores a la primera, de

tal forma que cuando la intensidad de corriente se anula y, por lo tanto, también se anula el

campo magnético, aún conserva un valor

0>Br

Denominado magnetismo remanente y, también, inducción residual. Es decir que, a

pesar de no existir un campo magnético exterior, el núcleo permanece imantado, conserva

parte del magnetismo que le proporcionó el campo magnético (efecto de histéresis).

Si se invierte ahora la posición del conmutador CI de la figura 08, la corriente

recorrerá el circuito en sentido opuesto; si anteriormente se había considerado su sentido

como positivo, ahora será negativo y la corriente valdrá, en general, -I; la intensidad de

campo también resulta negativa respecto a la anterior.

Repitiendo el experimento como al principio, se halla que para un valor creciente

negativo de la intensidad de campo magnético desde H = 0 hasta H = - Hc, la inducción

conserva su valor positivo decreciente, desde B = Br hasta B = 0. Es decir, se ha tenido que

recurrir a hacer pasar una corriente inversa, capaz de crear un campo magnético opuesto al

primero, de valor H = Hc (fuerza coercitiva), para neutralizar los efectos del magnetismo

remanente. Continuando el experimento, es decir, aumentando la corriente inversa hasta un

valor máximo

rEI =−

el valor de la inducción aumentará también hasta un máximo negativo -Bmax.

Repitiendo el ciclo en sentido inverso, al disminuir el campo, en valor absoluto, la

curva de inducción, lo mismo que ocurría en el primer cuadrante, se retrasa, de tal forma que

para el nuevo valor H = 0, se tiene que B = - Br, es decir, un magnetismo remanente de

distinta polarización al anterior.

El ciclo queda cerrado de -Br a Bmax, pasando por Hc, si se vuelve a accionar el

conmutador CI y a disminuir la resistencia R.

De una forma intuitiva, estos resultados pueden explicarse, teniendo en cuenta las

siguientes consideraciones: se supone que el material está constituido por un número finito

de imanes elementales. Al variar la intensidad del campo magnético de forma creciente,

estos imanes van orientándose poco a poco, debiendo vencer su propia fuerza coercitiva y

sus rozamientos intermoleculares; esto produce un retraso o desfase entre el efecto y la

causa (histéresis), similar al que se produce en mecánica debido a la inercia. Al disminuir el

campo magnético, los imanes elementales tienden a ocupar sus posiciones primitivas pero,

debido a las fuerzas de cohesión, no lo consiguen o solamente lo consiguen parcialmente. Al

producirse la inversión del campo, lo primero que se consigue es hacerles ocupar estas

posiciones, neutralizando el estado magnético residual (magnetismo remanente).

Las consecuencias de estos ensayos sobre la constitución de la estructura magnética

de un contactor, resultan de gran importancia, ya que de ellas depende su funcionamiento.

Supongamos al contactor en estado de reposo; al hacer circular una corriente 1 por la

bobina, el núcleo se imanta y atrae a la armadura. De esta forma, el entrehierro pasa de un

valor C = Cmax., a un valor C = 0; la reluctancia del circuito magnético, ha disminuido hasta

un valor mínimo. Si en este momento, se anula la intensidad, es decir, se hace I = 0, la

inducción pasará del valor B = Bmax., al valor B = Br y este magnetismo remanente es

posible que resulte suficiente para mantener cerrado el aparato, a pesar de no tener excitada

su bobina. Naturalmente, esta circunstancia constituye un gravísimo inconveniente para el

normal funcionamiento del circuito eléctrico al que está conectado el contactor

.

Figura 14. Entrehierro permanente.

Cierto es que, en corriente alterna, la corriente se invierte y en cada ciclo hay dos

puntos en los que la inducción es exactamente igual a cero pero, en la práctica, resulta

imposible fijar el corte de la corriente exactamente en esos dos puntos. La solución, tanto en

corriente continua como en corriente alterna, consiste en dejar permanentemente un

pequeño entrehierro entre núcleo y armadura (Fig. 14) es decir, aunque el contactor se

encuentre cerrado, de tal forma que la reluctancia del circuito sea lo suficientemente elevada

para que el magnetismo remanente resulte insuficiente para retener la armadura cuando la

bobina no está excitada.

Espira de sombra.

Se sabe que en corriente alterna, la intensidad de la corriente crece desde cero hasta

un valor máximo positivo para anularse nuevamente; invierte su sentido, crece hasta un valor

máximo negativo y se vuelve a anular, para repetir el ciclo completo (Fig. 15). El número de

ciclos de la corriente industrial es de 60 por segundo, lo que quiere decir que, en dicho

tiempo, la intensidad de corriente pasa 120 veces por su valor nulo. El flujo magnético

depende de la intensidad de corriente y vale

BsSlNI == ...256,1 µφ

µ = permeabilidad magnética

I = intensidad de la corriente

N = número de vueltas o de espiras de la bobina

l = longitud de una espira

S = sección del núcleo magnético

El flujo magnético es, por lo tanto, proporcional a la intensidad de la corriente.

Además, está en fase con dicha corriente, tal como se expresa en la citada figura 15.

Figura 15. Valores de la corriente, flujo magnético y fuerza del electroimán.

Por otra parte, la fuerza de atracción del electroimán es proporcional al cuadrado de la

inducción, de acuerdo con la conocida expresión

F = 4 B2 S X 10-8 Kg.

y, por lo tanto, también es proporcional al cuadrado del flujo

.10..4 82

KgS

F −= φ

.y se puede representar como se indica en la parte inferior de la figura 09, es decir, con

todas las semiondas positivas. Puede apreciarse, por consiguiente, que la fuerza de

atracción no tiene un valor constante, sino que es pulsatoria, ya que varía constantemente

desde cero a un valor máximo y viceversa. Esta pulsación tiene una frecuencia de 120 Hz y,

por lo tanto, en un segundo se anula 120 veces la atracción de la armadura sobre el núcleo,

cuando el contactor está excitado por corriente alterna.

Dado que la fuerza de los resortes se opone a la acción del electroimán, en los

momentos en que se anula la fuerza de atracción del electroimán, los resortes tienden a

separar el núcleo de la armadura y, aunque no lo consiguen debido a la rapidez con que se

restablece la fuerza de atracción, logran hacerlos repiquetear, produciendo un zumbido

característico que, además de resultar desagradable, remacha las superficie de contacto,

haciendo desaparecer el entrehierro con lo que el contactor acaba por no desconectar o por

hacerlo con dificultad, reduciendo de esta manera su vida mecánica. Para evitar los

inconvenientes apuntados, se montan sobre las superficies de contacto de los núcleos, unas

espiras en cortocircuito, denominadas espiras de sombra (Fig. 16).

Figura 16. Espiras de sombra

Al ser atravesada una espira por un flujo variable desde 1φ a 2φ , engendra en ella

una fuerza electromotriz y, por lo tanto, una corriente, si está cerrado su circuito. En el caso

de una espira de sombra, la variación de flujo se produce desde φ a φ− y, puesto que se

encuentra en cortocircuito, circulará una corriente cuya intensidad será inversamente

proporcional a la impedancia de la espira; a su vez, esta corriente produce un flujo sφ cuyo

comportamiento se estudia a continuación.

Si se analizan los flujos magnéticos que actúan en el núcleo de un contactor provisto

de espiras de sombra (Fig. 17), se llega a las siguientes conclusiones: el flujo principal φ ,

originado por la bobina, se divide en dos partes que son proporcionales a la superficie, la φ ′

que pasará por el interior de la espira, y la φ " que lo hará por su parte exterior o superficie

restante.

Figura 17. Flujo Magnético actuando sobre las espiras de sombra.

Como puede apreciarse en la figura 17, el flujo φ ′ se suma geométricamente con el flujo

sφ creado por la espira, dando lugar a un flujo 1φ resultante, en el interior de la espira;

también se sumará geométricamente el flujo φ ″ con 2/sφ− ya que el flujo en el exterior de

la espira es solamente la mitad y de dirección opuesta al del interior: llamaremos 2φ al flujo

resultante correspondiente. Por consiguiente, la atracción del núcleo será la resultante de las atracciones debidas

a los tres flujos considerados, es decir,φ , 1φ y 2φ . Si en la (figura 18) se representa por O I

la dirección de la corriente que circula por la bobina, O φ será la representación del flujo

principal φ que, como sabemos, está en fase con dicha corriente. Este flujo engendra en la

espira de sombra, una fuerza electromotriz inducida desfasada -90°. La corriente que esta

fuerza electromotriz origina, forma un ángulo –α .con ella, debido a la inductancia propia de

la espira, y el flujo secundario sφ , en fase con dicha corriente, forma un ángulo con el flujo

principal φ

β= (90+α) °Que puede llegar a valer unos 120°

Por consiguiente, en el interior de la espira se tiene la suma geométrica de este flujo

sφ y de φ ′ que vale, aproximadamente φ ′ ≈ 0.7φ , siendo 1φ el flujo resultante. En la parte

exterior de la espira, el flujo sφ es de sentido opuesto y vale -0,5 sφ que sumado con φ ″, el

cual vale, aproximadamente φ ″ ≈ 0.3 φ , da como flujo resultante, el 2φ .

Figura 18. Diagrama vectorial de los flujos magnéticos que actúan en el núcleo de un contactor provisto de espiras de sombra.

Figura 19. Diagrama senoidal de los flujos magnéticos que actúan en el núcleo de un contactor provisto de espiras de sombra.

Si se representan estos tres flujos sobre unos ejes coordenados (Fig. 19), se puede

determinar, en cada instante su valor y situación. De la misma forma, se pueden representar

las respectivas fuerzas de atracción (Fig. 20) y su resultante que, como puede apreciarse es

también pulsatoria pero no se anula en ningún momento e, incluso, resulta superior a la

fuerza de atracción sin espira de sombra.

Figura 20. Fuerzas portantes parciales y total de un contactor provisto de espiras de sombra.

Análisis de un Circuito Magnético con Entrehierro.

El análisis de un núcleo con entrehierro requiere realizar las siguientes suposiciones:

No existen perdidas óhmicas en los cables del embobinado

La curva B-H es lineal, donde la permeabilidad del núcleo definida como 0.µµµ rm =

es mucho mayor que la del aire )( 0µµ ⟩ ⟩m .

La longitud media del recorrido del flujo magnético en el núcleo debe ser mucho

mayor que la longitud del entrehierro (lm>>lg) y el área de la sección transversal debe ser

mucho mayor que el cuadrado de la longitud del entrehierro (A>>lg2).

No se considera el efecto marginal, y se considera que el flujo es uniforme en toda la

sección transversal del núcleo.

Para un núcleo compuesto, la ley de Ampere se expresa de la siguiente manera:

∑ =k

iNlkHk .. (1)

Donde el subíndice k se refiere al número de medios en el núcleo. Debido a que existen

dos medios, el del núcleo y el del aire, la expresión anterior se puede reducir a lo siguiente

iNHglmHm .lg.. =+ (2)

Donde:

Hm es la intensidad de campo magnético del núcleo

Hg es la intensidad del campo magnético del entrehierro

lm es la longitud media del núcleo

lg es la longitud del entrehierro

N es el número de vueltas del embobinado

i es la corriente que fluye por el cobre.

La fuerza magnetomotriz es iNF .= , y el medio del núcleo y el medio del entre hierro

pueden ser representados por sus respectivas reluctancias.

Figura 21. a) Circuito magnético con entrehierro. b) Análogo eléctrico

El valor de las reluctancias Rm y Rg son calculadas por separado, considerando la

longitud media del núcleo, el área de sección transversal y la permeabilidad de la ferrita para

la primera, y la longitud lg del entrehierro, el áreas sin considerar un posible efecto marginal

y la permeabilidad del medio (aire) para la segunda.

Debido a la condición de flujo continuo, podemos establecer que la densidad de flujo

magnético por unidad de área del núcleo (Bm.Am) es igual a la del aire (Bg.Lg), tal como se

indica en la expresión:

Bm.A=Bg.A=φ (3)

Donde

Bm es la densidad del flujo magnético del núcleo

Bg es la densidad de flujo magnético en el entrehierro

al encontrarnos en la sección lineal de la curva B-H, podemos expresar a la densidad

de flujo magnético en términos de la intensidad de campo magnético de la siguiente manera

BgHg =.0µ (4) y BgHg =.0µ (5)

Figura22. a) Relación B-H núcleo sin entrehierro. b) Relación B-H núcleo con entrehierro

Si despejamos la intensidad de campo magnético Hm y Hg de las ecuaciones (3) y

(4), y las sustituimos en la ecuación (2), obtenemos lo siguiente

iNmlmBm .lg.

0

=

+

µµ (6)

Sabiendo que Bm=Bg podemos agrupar y despejar Bm (o Bg) considerando que esta

densidad de flujo magnético es menor a la densidad de flujo magnético de saturación Bs, de

la curva de magnetización. Al agrupar Bm obtenemos la siguiente expresión

iNlm

iNBm .lg. =

+= (7)

Al despejar la densidad del flujo magnético Bm y sustituirla en la ecuación (3)

obtendremos lo siguiente

AmlmiNBm φ

µµ=

+=

0lg//.

(8)

La expresión anterior para la densidad de flujo magnético es muy importante, ya que

nos dice que para determinado ampere-vuelta, la densidad de flujo de un núcleo con

entrehierro será menor que la densidad de un núcleo sin entrehierro. Esto quiere decir que la

densidad de flujo magnético de saturación es menor para el caso del núcleo con entre hierro.

la introducción de un entrehierro en un circuito magnético proporciona una menor pendiente

a la curva de magnetización, reduciendo la posibilidad de saturación para fuerzas magneto

motrices mayores.

por definición, la autoinducción de un devanado es el cociente entre el flujo que lo

atraviesa creado por su propia corriente y la intensidad de esta

iNL φ.=

Si sustituimos el flujo magnético de la ecuación (8) en la expresión anterior, obtenemos

que la inductancia está dada por

RN

mlmANL

2

0

2

lg//. =

+=

µµ (9)

Podemos indicar el valor de la Reluctancia

AAmlmR

.lg

. 0µµ+= (10)

RgRmR += (11)

Donde R es la reluctancia equivalente del circuito magnético obtenida de la suma de

las reluctancias Rm y Rg. De esta manera obtenemos un valor de la reluctancia igual a la

suma de la reluctancia del núcleo y la reluctancia del entrehierro.

Análisis de circuito magnético para núcleo tipo E

Se puede obtener a partir del mismo análisis anterior una ecuación similar para

núcleo tipo E. Para esto se supondrá que el núcleo es simétrico y que las áreas de sección

transversal de cada pierna son iguales

Figura 23. a) Circuito magnético con entrehierro con núcleo tipo E. b) Análogo eléctrico. c)

Análogo eléctrico reducido

Este circuito se puede representar por medio de su análogo eléctrico, donde la

reluctancia Rm es la reluctancia de cada uno de los recorridos de los flujos magnéticos φ 1,

φ 2, φ 3. La reluctancia Rg corresponde a la reluctancia del entrehierro.

La reluctancia equivalente para el núcleo tipo E es:

RgRm23

23Re += (12)

+=

AAmlm

.0

lg.'Re

µµ (13)

3)()()(

' 87219106543 LLLLLLLLLLlm

+++++++++=

(14)

Donde

Re es la reluctancia equivalente del circuito magnético

lm' es el promedio de las tres longitudes de cada recorrido de los flujos ∅1,∅2,∅3

lg es la longitud del entrehierro

μm Es la permeabilidad del núcleo sin entrehierro (μr×μ0)

A es el área de sección transversal efectiva

Por otro lado en los circuitos de corriente alterna se producen pérdidas por corrientes

parasitas y perdidas por histéresis magnética que hay que tener en cuenta para el cálculo del

esfuerzo a la conexión de un contactor.

Experimentalmente, se ha demostrado que la energía de perdida por histéresis

magnética viene dada por la siguiente expresión.

PH=ε .f. B². G×10¯¹° vatios.

ε: coeficiente que depende del material empleado.

f: Frecuencia de variación del campo magnético, en Hz.

B: inducción magnética en Gauss.

G: Peso del material magnético, en gramos.

A las corrientes inducidas en el núcleo magnético se las denomina corrientes

parasitas o también corriente de Foucault. Experimentalmente, se ha demostrado que las

pérdidas de energía debidas a las corrientes parasitas, están expresadas por

Pf= σ 1,256 f² B² G ×10¯¹² vatios

σ: coeficientes que dependen del material empleado..

f: Frecuencia de variación del campo magnético, en Hz.

B: inducción magnética en Gauss.

G: Peso del material magnético, en gramos.

CONCLUSIONES

Luego de realizar el análisis del circuito magnético con entrehierro del contactor

electromagnético de núcleo tipo E, logramos determinar los comportamientos de la corriente

de la bobina en función de la reluctancia del núcleo. Finalizando con las siguientes

relaciones, la inductancia de la bobina tiene una relación inversamente proporcional al valor

de la reluctancia del núcleo con entrehierro, siendo el núcleo fijo, la reluctancia aumenta

cuando la longitud del entrehierro es mayor, como ocurre cuando el contactor esta en

reposo, es decir desenergizado, en este momento la longitud del entrehierro es la máxima,

por tanto la reluctancia es la más alta y la inductancia tendrá su menor valor. Al energizar la

bobina, como la inductancia está en su menor valor, la corriente va ser la máxima, se genera

el campo magnético que atrae al martillo o parte móvil, se cierran los contactos y el

entrehierro se reduce al mínimo con lo cual la reluctancia también disminuye, la inductancia

aumenta y la corriente disminuye al valor mínimo con la que el contactor se mantiene atraído

y sus contactos cerrados.

Según este funcionamiento cuando un contactor no cierra completamente la corriente

que circula por la bobina va a ser mayor que la de mantenimiento ocasionando

recalentamientos en el conductor de la bobina acarreando daños irreparables en la misma.

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ANEXOS

Partes del contactor electromagnético

Representación simbólica de los polos y los contactos auxiliares

Foto de contactor marca ASEA

Foto de núcleo tipo E y bobina