γνωρίζει την κατασκευαστικά χαρακτηριστικά του επαφέα (contactor) ΕΠΑΦΕΙΣ (CONTACTORS) ΣΤΟΧΟΣ : Ο μαθητής να μπορεί να γνωρίζει την κατασκευαστικά χαρακτηριστικά του επαφέα (contactor) γνωρίζει τον τύπο επαφέα που χρησιμοποιείται για διαφόρων τύπων φορτία (ωμικά, επαγωγικά και χωρητικά φορτία)

ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΣ ΕΠΑΦΕΑΣ (MAGNETIC CONTACTOR) Ο επαφέας χρησιμοποιείται βασικά στους ηλεκτρικούς κινητήρες ανεξάρτητα από την ισχύ τους ή την τάση λειτουργίας τους ή άλλα τεχνικά χαρακτηριστικά τους. Με τη χρήση του ηλεκτρομαγνητικού επαφέα πετυχαίνουμε μια γρήγορη και ασφαλισμένη μέθοδο για να ελέγχουμε ένα κινητήρα και εξασφαλίζουμε τη δυνατότητα για διάφορους αυτοματισμούς και σηματοδότηση.

Κατασκευή Ένας ηλεκτρομαγνητικός επαφέας αποτελείται από τα πιο κάτω κύρια μέρη: 1. Έναν ακίνητο οπλισμό Ο ακίνητος οπλισμός αποτελείται από λεπτά σιδερένια φύλλα μονωμένα μεταξύ τους για να ελαττώνονται τα δινορεύματα, επομένως και η παραγόμενη θερμότητα. Έτσι, ο επαφέας έχει μεγαλύτερο χρόνο ζωής. Ο οπλισμός είναι συνήθως σε σχήμα “Ε” ή “U”. Στο εμπόριο φυσικά συναντούμε επαφείς με διάφορες μορφές, συνεπώς και οπλισμούς. Ακίνητος οπλισμός Το σχήμα του οπλισμού εξαρτάται από τη μορφή που θα δώσει ο κάθε κατασκευαστής στον επαφέα που κατασκευάζει ανάλογα με τη χρήση για την οποίαν το προορίζει.

Ανεξάρτητα όμως από τα πιο πάνω, κατά τη στιγμή της ενεργοποίησης του επαφέα, πρέπει ο ακίνητος οπλισμός μαζί με τον κινητό οπλισμό να συμπληρώνουν κλειστό μαγνητικό κύκλωμα. Στο κεντρικό στέλεχος ενός οπλισμού τύπου “Ε” βρίσκεται συνήθως τοποθετημένο το πηνίο του επαφέα. Στα εξωτερικά στελέχη του οπλισμού βρίσκονται τοποθετημένα δυο χάλκινα δακτυλίδια ώστε να δημιουργούν τη γνωστή διάταξη μονοφασικού κινητήρα με βραχυκυκλωμένες σπείρες στους πόλους του στάτη.. Τα δυο χάλκινα δακτυλίδια σκοπό έχουν να επιβραδύνουν την καταστροφή του επαφέα, αλλά και να περιορίζουν τον βόμβο του που προέρχεται από την ενεργοποίηση-αποενεργοποίησή του ως αποτέλεσμα της χρήσης του στο Ε.Ρ. Κεντρικό στέλεχος Πηνίο Ακίνητος Οπλισμός Κινητός Οπλισμός

2. Έναν κινητό οπλισμό, πάλι από λεπτά σιδερένια φύλλα μονωμένα μεταξύ τους, σε σχήμα “Ι”, “Ε” κτλ. 3. Έναν πηνίο τυλιγμένο σε μονωτική βάση ώστε να αποφεύγεται η άμεση επαφή των μονωμένων αγωγών με τον μεταλλικό οπλισμό. Οι συνηθισμένες τάσεις λειτουργίας του πηνίου είναι για το Ε.Ρ. 110/240/415 V, χωρίς να αποκλείονται και τάσεις 24/48 V. 4. Επαφές. ΄Ενας επαφέας ισχύος φέρει οπωσδήποτε τρεις κύριες απαφές, και στις περισσότερες περιπτώσεις φέρει και ζεύγος ή ζεύγη από βοηθητικές επαφές. Οι βοηθητικές επαφές καθορίζονται ως “επαφές ζεύξης ή εργασίας” και “επαφές απόζευξης ή ηρεμίας”. 5. Ελατήριο επαναφοράς στη θέση ηρεμίας Επαφές Κινητός Οπλισμός Πηνίο Ελατήριο επαναφοράς

Βάση του Επαφέα Πηνίο Θάλαμος απόσβεσης σπινθήρα Σταθερός οπλισμός Χάλκινα δακτυλίδια Φορέας επαφών Ελατήριο επαναφοράς Κύριες επαφές Κινούμενος οπλισμός Βοηθητική επαφή Σταθερή επαφή Κινούμενη επαφή

Σύμφωνα με τον κώδικα συμβολισμού των επαφών, που καθόρισε η CENELC και που περιέχονται στο Ευρωπαϊκό Πρότυπο ΕΝ 50 005, ισχύει η πιο κάτω αρίθμηση όσον αφορά εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται για βιομηχανικούς σκοπούς στη χαμηλή τάση. Τις κύριες επαφές (για επαφείς, διακόπτες, θερμικούς διακόπτες, αλλά και άλλα εξαρτήματα που χρησιμοποιούμε για να πετυχαίνουμε διάφορους αυτοματισμούς - όπως τερματοδιακόπτες και πιεζοστάτες) τις συμβολίζουμε με μονοψήφιο αριθμό. π.χ. 1-2, 3-4, 5-6 Τις βοηθητικές επαφές (για επαφείς, διακόπτες, θερμικούς διακόπτες, αλλά και άλλα εξαρτήματα που χρησιμοποιούμε για να πετυχαίνουμε διάφορους αυτοματισμούς - όπως τερματοδιακόπτες και πιεζοστάτες) τις συμβολίζουμε με διψήφιο αριθμό. Έτσι, σύμφωνα με τον κώδικα αυτό, οι βοηθητικές ανοικτές επαφές (ΝΟ) ενός επαφέα καθορίζονται με διψήφιο αριθμό που λήγει σε 3-4, π.χ. 13-14, 23-24, 33-34, 43-44, 53-54 κτλ. και οι βοηθητικές κλειστές επαφές (NC) ενός επαφέα καθορίζονται με διψήφιο αριθμό, που λήγει σε 1-2 π.χ. 11-12, 21-22, 31-32, 41-42, 51-52 κτλ.

Επαφέας με μόνο βοηθητικές κλειστές και ανοικτές επαφές

Επαφέας με κύριες επαφές και βοηθητικές ανοικτές επαφές

Επαφέας με κύριες επαφές και βοηθητικές κλειστές επαφές

Οι επαφές τόσον οι κύριες όσο και οι βοηθητικές, είναι κατάλληλα στερεωμένες στον κινητό οπλισμό του επαφέα και αποκαθιστούν ή διακόπτουν το κύκλωμα που ελέγχουν με την ενεργοποίηση ή αποενεργοποίηση του πηνίου πάντοτε με τη βοήθεια των αντίστοιχων επαφών που βρίσκονται μόνιμα στερεωμένες στο περίβλημα του επαφέα. Κατασκευή επαφών Η διάρκεια ζωής και η αξιοπιστία των ηλεκτρικών επαφών που χρησιμοποιούνται τόσο στους ηλεκτρομαγνητικούς επαφείς όσο και σε οποιοδήποτε άλλο μέσο διακοπής, όπως μικρο­διακόπτες, διακόπτες κυκλώματος, αποζεύκτες κτλ. εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τα διάφορα υλικά από τα οποία είναι κατασκευασμένες οι επαφές. Τα υλικά αυτά πρέπει να έχουν ψηλή ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα, να παρουσιάζουν μεγάλη αντίσταση στην οξείδωση και τη διάβρωση, και να έχουν ψηλό σημείο τήξης και εξάτμισης. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται σήμερα σε μεγάλο βαθμό για να κατασκευάζονται οι επαφείς είναι: (α) Χαλκός. Είναι το πιο διαδεδομένο υλικό. Χρησιμοποιείται τόσο για τις ακίνητες όσο και για τις κινητές επαφές. Επειδή όμως τα οξείδια του χαλκού έχουν μικρή αγωγιμότητα, οι επιφάνειες των χάλκινων επαφών επικαλύπτονται με ένα αντιοξειδωτικό υλικό.

Πρέπει να αποφεύγουμε να χρησιμοποιούμε τέτοιους επαφείς για πιέσεις πάνω από 3 Ν, γιατί παραμορφώνεται η επιφάνεια τους με αποτέλεσμα να μην έχουμε καλή επαφή, γεγονός που οδηγεί σε συχνή αντικατάστασή τους. Ο χαλκός παρουσιάζει σχετικά ψηλή αντίσταση στην καταστροφή από ηλεκτρικό τόξο. Γι' αυτό χρησιμοποιείται πολύ στις επαφές που παρουσιάζουν ηλεκτρικά τόξα διακοπής μέχρι 30 kA. (β) Ασήμι. Έχει το πλεονέκτημα ότι έχει τη μεγαλύτερη αγωγιμότητα, αλλά δεν αντέχει σε μεγάλα ηλεκτρικά τόξα. Χρησιμοποιείται για ρεύματα μικρής έντασης όπου και παρουσιάζει μεγάλη αντίσταση στην ηλεκτρική καταστροφή. Επιπλέον τα οξείδια του ασημιού έχουν την ίδια σχεδόν αγωγιμότητα με το καθαρό ασήμι. Οι επαφές από ασήμι χρησιμοποιούνται συνήθως ως "προεξοχές" που καρφώνονται στο στέλεχος της όλης επαφής, η οποία συνήθως είναι κατασκευασμένη από χαλκό.

(γ) Πλατίνα, χρυσάφι, και μολυβδαίνιο. Χρησιμοποιούνται για πολύ μικρά ρεύματα διακοπής και για μικρές πιέσεις επαφών. H πλατίνα και το χρυσάφι έχουν το πλεονέκτημα ότι δεν οξειδώνονται. Όμως παρουσιάζουν μικρή αντίσταση στην ηλεκτρική καταστροφή. Η αντίσταση αυτή μεγαλώνει αν χρησιμοποιήσουμε κράμα από πλατίνα και ιρίδιο. Ανάλογη με την ποσότητα του ιριδίου στο κράμα είναι και η σκληρότητα και αντοχή του στο ηλεκτρικό τόξο που δημιουργείται κατά τη διακοπή του κυκλώματος που ελέγχει. Το μολυβδαίνιο παρουσιάζει ψηλό σημείο τήξης και σχετικά μεγάλη σκληρότητα. Τα δύο αυτά χαρακτηριστικά το καθιστούν χρήσιμο στην κατασκευή διαφόρων παρασκευασμάτων για την επικάλυψη των επαφών τόσο των επαφέων όσο και των άλλων διακοπτών ισχύος. Η επικάλυψη προσδίδει στις επαφές από τη μια μεγάλη αντοχή στα ηλεκτρικά τόξα - τα οποία αναπτύσσουν ψηλές θερμοκρασίες κατά την δημιουργία τους - και από την άλλη μακροζωία λόγω της σκληρότητας.

(δ) Το βολφράμιο και τα κράματά του. Το βολφράμιο και τα κράματά του χρησιμοποιούνται για επαφές που χρησιμοποιούνται σε πολύ μεγάλη συχνότητα διακοπών, γιατί παρουσιάζουν μεγάλη σκληρότητα, ψηλό σημείο τήξης, και μεγάλη αντίσταση στην ηλεκτρική καταστροφή. Επίσης χρησιμοποιούνται για ρεύματα με μέση και μεγάλη ένταση.

Περιορισμός του ηλεκτρικού τόξου Όταν διακόπτουμε ένα κύκλωμα που βρίσκεται "υπό τάση", τότε δημιουργείται ένα ηλεκτρικό τόξο ή σπινθήρας στα άκρα των επαφών του διακόπτη ή της συσκευής που διακόπτει το κύκλωμα. Όλοι μας θα έχουμε προσέξει τον σπινθήρα που βγαίνει από τον απλό διακόπτη όταν τη νύχτα σβήνουμε το ηλεκτρικό φως, σπίτι μας. Ο σπινθήρας οφείλεται στον ιονισμό κατά τον οποίο ο αέρας, ανάμεσα στις επαφές του διακόπτη, γίνεται αγώγιμος. Το μέγεθος του σπινθήρα είναι ανάλογο με την τιμή του ρεύματος και το είδος του φορτίου που διακόπτεται. O σπινθήρας αυτός είναι επιζήμιος γιατί με τον καιρό καταστρέφει τις επαφές. Γι' αυτό πρέπει, ειδικά στους επαφείς μέσης και μεγάλης ισχύος, να αποσβένεται. Εδώ ο σπινθήρας μπορεί να προκαλέσει ακόμη και βραχυκύκλωμα σαν αποτέλεσμα της τοποθέτησης αγώγιμων σωματιδίων και υλικών που προέρχονται από τη φθορά των διαχωριστικών μέσων (που παρεμβάλλονται ανάμεσα στις επαφές ισχύος ή φάσεις του επαφέα).

'Ενα αποτελεσματικό σύστημα απόσβεσης του σπινθήρα πρέπει να έχει τα πιο κάτω χαρακτηριστικά: (α) Να πετυχαίνει σχεδόν τέλεια απόσβεση του σπινθήρα. (β) Να παίρνει πολύ μικρό χώρο ώστε ο επαφέας να έχει μικρό όγκο, αλλά μεγάλη ισχύ. (γ) Να περιορίζει στο ελάχιστο τη δημιουργία θορύβων καθώς και τη φωτοβολία. (δ) Να μην αφήνει να εκσφενδονίζονται ζεστά σωματίδια τη στιγμή της διακοπής. (ε) Να δρα σε ελάχιστο χρόνο. (στ) Να αντέχει στις ψηλές θερμοκρασίες που αναπτύσσει ο σπινθήρας ώστε να περιορίζεται η αλλοίωση και καταστροφή του.

Ένα συνηθισμένο σύστημα που χρησιμοποιούμε στους επαφείς για τάση μέχρι 500 V Σ.Ρ ή Ε.Ρ. είναι ο θάλαμος απόσβεσης, όπως φαίνεται στο σχήμα πιο κάτω Όπως βλέπουμε στο σχήμα, ο θάλαμος απόσβεσης φέρει κανάλια ή ανοίγματα κάθετα διαρρυθμισμένα με τον άξονα του σπινθήρα. O αριθμός των ανοιγμάτων, καθώς και το πλάτος τους, εξαρτάται από την ισχύ του επαφέα και από την τάση εργασίας του.

Επιλογή επαφέα Όταν επιλέγουμε τα διάφορα εξαρτήματα που θα μας χρειαστούν για να συναρμολογήσουμε και καλωδιώσουμε έναν εκκινητή, αποφασιστικό ρόλο διαδραματίζουν τα πιο κάτω: (α) ο τύπος του κινητήρα (β) ο τρόπος λειτουργίας και οι συνθήκες εργασία του (γ) ο τύπος και το μέγεθος φορτίου που θα ελέγχει (δ) η συντήρηση και αντικατάσταση των επαφών κτλ. Ειδικά για τους επαφείς, καθοριστικός παράγοντας θεωρείται η συχνότητα εκκινήσεων που εκτελεί ο επαφέας σε μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο. Με βάση όλα αυτά, οι επαφείς χωρίζονται σε δυο γενικές κατηγορίες: (α) τους επαφείς Α.C για χρήση στο εναλλασσόμενο ρεύμα και (β) τους επαφείς D.C για χρήση στο συνεχές ρεύμα. Με τη σειρά τους οι δυο αυτές κατηγορίες χωρίζονται σε ομάδες ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας των επαφέων που περιλαμβάνουν, τον τύπον του φορτίου που ελέγχουν (δηλαδή ωμικό, χωριτικό, επαγωγικό). Ετσι, έχουμε τους επαφείς AC1, AC2, AC3, κτλ. και τους επαφείς DC1, DC2, DC3 κτλ. (Βλέπε πίνακες α και β).

Πίνακας (α) Με επαγωγικά ή ελαφρά επαγωγικά φορτία Κατηγορία Χρήση AC1 Με επαγωγικά ή ελαφρά επαγωγικά φορτία Φούρνοι με αντίσταση, Θέρμανση, Διανομή cosφ AC2 Εκκίνηση κινητήρων με δακτυλίους Με πέδηση AC2’ Χωρίς πέδηση AC3 Εκκίνηση κινητήρων με βραχυκυκλωμένο δρομέα και σταμάτημα κατά την κανονική λειτουργία των κινητήρων Αναβατόρια, Μεταφορέας, Συμπιεστές, Αντλίες, Συσκευές ψύξης και κλιματισμού, Ηλεκτροβαλβίδες κτλ. AC4 Εκκίνηση κινητήρων με βραχυκυκλωμένο δρομέα, σταμάτημα στην εκκίνηση (inching), αλλαγή φοράς περιστροφής, πέδηση Εργαλειομηχανές, Τυπογραφικές μηχανές, Ηλεκτρογερανοί, και γενικά όπου το ρεύμα εκκίνησης είναι 5-7 φορές πιο μεγάλο από το ρεύμα κανονικής λειτουργίας με πλήρες φορτίο Πίνακας (α)

Κατηγορία Χρήση DC1 Με επαγωγικά ή ελαφρά επαγωγικά φορτία Φούρνοι με αντίσταση DC2 DC3 Κινητήρες ΣΡ με παράλληλη διέγερση Εκκίνηση και διακοπή, συχνά σταμάτημα - ξεκίνημα (inching), αλλαγή φοράς περιστροφής, πέδηση με αλλαγή της φοράς περιστροφής DC4 DC5 Κινητήρες ΣΡ με διέγερση σειράς Όπως και οι DC2 και DC3 Πίνακας (β) Επιπρόσθετα με τους επαφείς που περιλαμβάνονται στους πίνακες (α) και (β), υπάρχουν και οι βοηθητικοί επαφείς, π.χ. AC 11 και DC 11, που χρησιμοποιούνται στα κυκλώματα ελέγχου για την επίτευξη διαφόρων αυτοματισμών και που συνεπώς φέρουν επαφές με πιο αδύνατη κατασκευή σε σχέση με τους επαφείς ισχύος. Η κατηγορία στην οποία ανήκει ένας επαφέας είναι γραμμένη σε πληροφοριακή πινακίδα τοποθετημένη στο εξωτερικό περίβλημα του επαφέα.