Quali sono le forze elettromagnetiche che agiscono sui contatti di un contattore?

Come fornitore di contattori di lungo tempo, ho avuto la mia giusta dose di domande da parte dei clienti sui dettagli nitidi dei contattori. Una domanda che si presenta abbastanza spesso è: "Quali sono le forze elettromagnetiche che agiscono sui contatti di un contattore?" Bene, ci immerciamo proprio in esso.

Prima di tutto, capiamo cos'è un contattore. Un contattore è un dispositivo elettrico utilizzato per controllare i circuiti elettrici ad alta potenza. È come un interruttore sugli steroidi, in grado di gestire correnti e tensioni molto più grandi rispetto al tuo interruttore domestico medio. Ci sono due tipi principali:Contattore DCEContattore AC. Ogni tipo ha in gioco il proprio set unico di forze elettromagnetiche.

Forze elettromagnetiche nei contattori DC

In un contattore CC, la forza elettromagnetica principale di cui siamo interessati è la forza generata dal campo magnetico creato dalla corrente che scorre attraverso la bobina. Quando si passa una corrente CC attraverso la bobina di un contattore, crea un campo magnetico attorno a esso. Questo campo magnetico esercita quindi una forza sui contatti mobili.

La resistenza del campo magnetico (b) attorno a una corrente di corrente: può essere calcolata usando la legge di Ampere. Per un semplice solenoide (che è ciò che la bobina in un contattore assomiglia spesso), il campo magnetico all'interno del solenoide è dato da (b = \ mu_0ni), dove (\ mu_0) è la permeabilità dello spazio libero (4 \ pi \ times10^{- 7} \ t \ cdot m/a)), (n) è il numero di turno per unità di lunghezza del piano e (i) bobina.

La forza ((f)) su un conduttore di carico di corrente (il contatto mobile) in un campo magnetico è data dalla formula (f = bil), dove (l) è la lunghezza del conduttore nel campo magnetico. In un contattore CC, quando la bobina è eccitata, il campo magnetico tira il contatto mobile verso il contatto stazionario, chiudendo il circuito.

Tuttavia, ci sono anche alcune altre forze in gioco. Quando i contatti si chiudono, c'è una forza meccanica dovuta alla molla che cerca di tenere separati i contatti. Una volta chiusi i contatti, la forza elettromagnetica deve essere abbastanza forte da superare le forze di repulsione che si verificano a causa della corrente che scorre attraverso i contatti stessi. Quando l'attuale scorre attraverso i contatti, agiscono come due conduttori paralleli con correnti nella stessa direzione. Secondo la legge sulla forza di Ampere, due conduttori paralleli con correnti nella stessa direzione si attraggono, ma ci sono anche altri fattori come la distorsione del campo magnetico vicino alle superfici di contatto che possono influenzare questa forza.

Forze elettromagnetiche nei contattori AC

I contattori AC sono un po 'più complessi perché la corrente in un circuito CA cambia costantemente direzione. Anche il campo magnetico nella bobina di un contattore CA cambia direzione di conseguenza. Il campo magnetico in una bobina CA può essere descritto da una funzione sinusoidale.

Anche la forza sui contatti in un contattore CA è tempo, variabile. La formula per la forza su un conduttore che trasporta in un campo magnetico si applica ancora ((f = bil)), ma poiché (b) e (i) stanno entrambi cambiando con il tempo, la forza è anche una quantità dipendente dal tempo.

Una delle sfide con i contattori AC è il fenomeno del rimbalzo del contatto. Quando i contatti si chiudono o si aprono, il tempo - le variazioni elettromagnetiche variabili possono far rimbalzare i contatti. Questo perché la forza sui contatti non è costante durante il processo di commutazione. Ad esempio, mentre il campo magnetico si sta accumulando o in decomposizione, la forza sul contatto mobile cambia rapidamente.

Il valore RMS (root - medio - quadrato) del campo corrente e magnetico viene spesso utilizzato per analizzare le forze medie che agiscono sui contatti nel tempo. Il valore RMS di una corrente AC (i_ {rms} = \ frac {i_ {max}} {\ sqrt {2}}), dove (i_ {max}) è il valore massimo della corrente AC. Allo stesso modo, per il campo magnetico, possiamo calcolare il valore RMS. La forza media su un ciclo può essere stimata usando questi valori RMS.

Fattori che influenzano le forze elettromagnetiche sui contatti

Esistono diversi fattori che possono influenzare le forze elettromagnetiche che agiscono sui contatti di un contattore.

1. Design della bobina: Il numero di giri nella bobina, l'area della croce del filo e la forma della bobina svolgono tutti un ruolo. Una bobina con più giri genererà un campo magnetico più forte per la stessa corrente. Una più grande area sezionale del filo può trasportare più corrente senza surriscaldamento, che a sua volta può aumentare la resistenza del campo magnetico.
2. Magnitudo corrente: Maggiore è la corrente che scorre attraverso la bobina o i contatti, più forti sono le forze elettromagnetiche. Nei contattori DC, una corrente CC più alta nella bobina creerà un campo magnetico più forte per chiudere i contatti. Nei contattori AC, una corrente RMS più alta si tradurrà in forze medie più elevate.
3. Materiale di contatto e geometria: Il materiale dei contatti influisce sulla loro conduttività elettrica e le proprietà magnetiche. Materiali diversi hanno resistività diverse, che possono influire sulla distribuzione corrente e i campi magnetici risultanti. La geometria dei contatti, come la loro forma e dimensione, influenza anche la distribuzione del campo magnetico che li circonda. Ad esempio, un contatto con una superficie più ampia può sperimentare diverse forze magnetiche rispetto a un contatto con una superficie più piccola.

Importanza di comprendere le forze elettromagnetiche

Comprendere le forze elettromagnetiche che agiscono sui contatti di un contattore è cruciale per diversi motivi.

1. Affidabilità: Se le forze elettromagnetiche non sono progettate correttamente, i contatti potrebbero non chiudere o aprirsi correttamente. Ad esempio, se la forza di chiusura in un contattore CC è troppo debole, i contatti potrebbero non chiudere completamente, portando a connessioni ad alta resistenza e surriscaldamento. In un contattore CA, l'eccessivo rimbalzo del contatto può causare arco, che può danneggiare le superfici di contatto e ridurre la durata della durata del contattore.
2. Efficienza: Ottimizzando le forze elettromagnetiche, possiamo ridurre il consumo di energia del contattore. Ad esempio, se possiamo progettare la bobina per generare la forza richiesta con meno corrente, il contattore consumerà meno potenza.
3. Sicurezza: Forze elettromagnetiche progettate correttamente assicurano che il contattore possa gestire le correnti e le tensioni nominate in modo sicuro. Se le forze non sono sufficienti, i contatti possono saldarsi insieme durante le condizioni ad alta corrente, che può essere un grave pericolo per la sicurezza.

Come fornitore di contattori, ho visto in prima persona come questi fattori possano influire sulle prestazioni dei contattori. Ecco perché ci impegniamo molto nella ricerca e nello sviluppo di contattori in grado di gestire efficacemente le forze elettromagnetiche.

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Riferimenti

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• Grover, FW (1946). Calcoli di induttanza: formule di lavoro e tabelle. Pubblicazioni di Dover.
• Fitzgerald, AE, Kingsley, C., & Umans, SD (2003). Macchinari elettrici. McGraw - Hill.