General
P: ¿Cuál es la diferencia entre un relé y un contactor?
R: En general, ambos términos designan a un dispositivo de conmutación electromecánica, que trabaja con el mismo principio físico, en el que se utiliza una bobina para generar una fuerza magnética que opera mecánicamente un contacto eléctrico. Mientras que el término relés es muy utilizado en diversas industrias para dispositivos de baja y media potencia, el término contactor es más común en el área de alta potencia. El “motor” magnético suele producirse con un émbolo en el centro del cuerpo de la bobina en el caso de los contactores, a diferencia de un diseño de armadura con bisagras, que suele usarse para los relés.
P: La nueva generación de contactores funciona sin gas. ¿Cuál es la ventaja de los contactores sin gas? ¿Puede romperse un contactor cargado con gas?
R: Para proteger los contactos de conmutación y para soportar una rápida extinción de los arcos de conmutación, muchos contactores se cargan con gas inerte presurizado. Suele utilizarse nitrógeno o hidrógeno; SF6 (sulfuro-hexafluoruro) también se aplica principalmente en aplicaciones industriales. Por otro lado, la carga de gas presurizado requiere mucho más esfuerzo en el diseño y el proceso de fabricación para garantizar una retención confiable del gas durante toda la vida útil del contactor. Como tales, los contactores deben tener un sellado hermético por naturaleza y también presentan el riesgo de ruptura cuando un arco muy fuerte (en caso de alta sobrecorriente o cortocircuitos) genera un exceso de presión de gas dentro de la cámara de contacto. Por lo tanto, los últimos diseños de contactores de TE funcionan sin gas inerte, lo que elimina también la necesidad de un sello hermético. Estos diseños cuentan también con protección contra factores ambientales, como la contaminación, y permiten un intercambio de gases y una ecualización de la presión interior y exterior, lo que prácticamente elimina el riesgo de ruptura en caso de arco extremo. Póngase en contacto con TE Connectivity (TE) para obtener más información sobre las ventajas de los contactores no llenos con gas. Enlace al video EVC 250.
P: ¿Cuáles son las aplicaciones de los relés y contactores de alto voltaje (HV)?
R: En vehículos híbridos y eléctricos, los relés y contactores de alto voltaje se utilizan normalmente para las siguientes aplicaciones:
- Contactor principal: se utiliza tanto en la línea más como en la línea menos de la batería de tracción. Los contactores principales conectan y desconectan la batería de tracción de toda la transmisión eléctrica del vehículo.
- Relé de precarga: para proteger los contactores principales de un exceso de corriente de entrada, se utiliza un relé de precarga, junto con una resistencia de precarga, para cargar el condensador del filtro del inversor de potencia a un nivel de típicamente un 90 % a un 98 % del voltaje de la batería.
- Contactor del cargador: se utiliza para establecer una conexión entre el cargador de la batería y la batería de tracción cuando el vehículo está conectado a una estación de carga.
- Contactores auxiliares: controlan otras cargas eléctricas en el vehículo que son operadas por la batería de HV. Un ejemplo típico es el calentador eléctrico del compartimiento de pasajeros de los automóviles completamente eléctricos, donde no hay calor residual disponible de un motor de combustión para este propósito.
Además, los contactores automotrices de HV también se utilizan a veces en sistemas fijos, tales como las estaciones de carga de CC, los sistemas de almacenamiento de baterías fijas, los sistemas de suministro de energía ininterrumpida, entre otros.
Rendimiento eléctrico
P: ¿Para qué rangos de rendimiento se pueden aplicar contactores?
R: La gama de contactores de TE incluye productos de alto rendimiento para responder a los requisitos de los vehículos eléctricos a batería más potentes con una potencia pico de hasta 500 kW, así como productos miniaturizados para aplicaciones de baja potencia de cargas en serie y precarga.
P: ¿Qué corriente continua pueden gestionar los contactores?
R: En general, la capacidad de transporte de corriente está limitada por la disipación interna de calor y la gestión térmica. La potencia disipada aumenta la temperatura de las partes internas del contactor y se transfiere al exterior. Este aumento de la temperatura exterior determina el límite de corriente para el que se puede utilizar el contactor. TE recomienda que la temperatura final de los terminales de contacto no supere continuamente los 150 °C. La efectividad del mecanismo de enfriamiento depende de la sección transversal o la resistencia térmica del conductor conectado en el exterior y de la temperatura ambiental. El calor se conduce a través de las conexiones eléctricas al ambiente. Para lograr una corriente constante, el sistema llega a la caja fija después de aproximadamente 3 a 5 minutos. Ejemplo: conectado con barras colectoras de 50 mm², el contactor EVC 250 sería capaz de transportar 250 A a 85 °C de temperatura ambiente. Con una barra colectora de 125 mm², este límite sería de 375 A.
P: ¿Qué sobrecarga puede gestionar un contactor?
R: Para cargas pico de unos pocos segundos, el proceso de transferencia de calor es demasiado lento para que la temperatura del terminal cambie significativamente. Durante períodos más largos, el aumento de temperatura dentro del contactor podría causar daños irreversibles. El contactor EVC 250, por ejemplo, gestiona 1500 A durante un máximo de 20 segundos o 2000 A durante un máximo de 5 segundos. Póngase en contacto con TE Connectivity para obtener más información y asistencia.
P: ¿Qué le sucede a un contactor durante un cortocircuito?
R: Durante un cortocircuito, la corriente ascendente genera una fuerza de rechazo que podría exceder la fuerza de retención de los contactos. Si el fusible no está adaptado adecuadamente a la capacidad de rotura y carga del contactor, los contactos podrían soldarse o un arco excesivo podría destruir térmicamente el contactor. En el caso del contactor EVC 175, el límite de transporte de corriente es de 5000 A. En el caso del contactor EVC 250, este es de 6000 A. En el caso de los cortocircuitos con una sobrecorriente moderada, el tiempo de disparo del fusible es demasiado largo como para proteger el sistema contra daños graves, por lo tanto, el contactor tiene que romper la sobrecorriente. Un solo contactor puede romper corrientes de hasta 2000 A a 400 V en unos pocos milisegundos. Como normalmente hay dos contactores en el circuito, recomendamos abrir ambos simultáneamente, lo que aumenta el límite de ruptura hasta 6000 A a 400 V.
P: ¿Qué determina la eficiencia de la bobina? ¿Cuáles son los requisitos para el controlador de bobina?
R: Para separar los altos voltajes son necesarios grandes espacios de contacto. En posición abierta, el resorte de retención retiene la armadura para proporcionar una resistencia a los golpes adecuada. Para superar estas grandes brechas y fuerzas de contacto se tiene que generar un flujo magnético alto. Para lograr las fuerzas necesarias, las bobinas están diseñadas con resistencias relativamente bajas. Por lo tanto, los controladores deben ser capaces de proporcionar corrientes de hasta 6 A. Tales corrientes altas solo se podían aplicar para cerrar los contactos, luego la corriente debe reducirse para evitar el sobrecalentamiento de la bobina. Una vez que los contactos están cerrados y la armadura está en posición asentada, el flujo magnético necesario para mantener la armadura en posición es menor en una magnitud. Esta reducción de la potencia de la bobina se puede generar mediante el uso de un economizador externo o mediante una configuración interna de la bobina de refuerzo o sujeción.
P: ¿Qué es importante para operar un contactor con un economizador externo?
R: El funcionamiento del economizador externo debe comenzar solo luego de 100 ms como mínimo después de aplicar potencia a la bobina. Para la modulación de anchura de pulsos (PWM), TE recomienda una frecuencia mínima de 20 kHz. El mínimo del voltaje de la bobina oscilante resultante siempre debe estar por encima del voltaje de retención especificado. En cuanto a la operación de apagado, el tiempo de respuesta del sistema mecánico depende de la terminación externa de la bobina. Por lo tanto, el controlador PWM debe conectarse de una manera que no ralentice la apertura del contacto. Tenga en cuenta las “recomendaciones del circuito” en nuestras “Hojas de datos”. Enlace a la hoja de datos del contactor principal EVC 250. La resistencia de la bobina varía con la temperatura de la bobina. La fuerza magnética solo depende de la corriente de la bobina. Si el PWM se ajusta a cierto nivel de voltaje de la bobina, deben tenerse en cuenta estas variaciones térmicas. Para minimizar la carga térmica para el sistema, es preferible controlar la corriente de la bobina para disminuir la influencia de la temperatura.
P: ¿Qué es importante para la operación de un contactor con una bobina de refuerzo?
R: El amplificador electrónico aplica todo el voltaje de la bobina en una bobina de refuerzo por separado durante un tiempo limitado. Este pulso se inicia inmediatamente cuando se aplica voltaje. En caso de que no se haya alcanzado el voltaje de extracción necesario dentro del tiempo de compuerta del sistema electrónico de refuerzo, el contactor no se cerrará. Por lo tanto, es necesario que se alcance el voltaje mínimo de extracción dentro de los 50 ms. La terminación de la bobina de sujeción se realiza con un diodo Zener de 80 V. Es posible instalar un diodo de terminación adicional en paralelo. El voltaje de terminación debe ser Vz > 33 V para mantener un tiempo corto de caída.
P: ¿Por qué es importante la polaridad de carga para un contactor?
R: La capacidad de rotura a alto voltaje se logra mediante el uso de imanes colocados perpendicularmente a los terminales de contacto. Ambos terminales están conectados internamente con un puente. Cuando el puente de contacto se aleja de los contactos fijos, se generan dos arcos. En la dirección de la corriente hacia delante, los imanes desvían los arcos hacia el exterior, lo que da como resultado una rápida extinción del arco. En la dirección de corriente inversa, los arcos podrían fusionarse en el centro y causar una menor capacidad de rotura.
P: ¿Qué se puede hacer si se requiere una capacidad de rotura bidireccional?
R: En caso de que se utilicen dos contactores en el circuito, se podrían organizar con uno en dirección hacia delante y otro en sentido inverso. Al abrir ambos contactores al mismo tiempo, la capacidad de rotura combinada es significativamente mejor en comparación con un solo contactor en dirección hacia delante.
Recomendaciones de aplicación
P: ¿Qué se debe considerar con los materiales de silicona cuando se utilizan relés o contactores que no están sellados herméticamente?
R: El uso de materiales que contienen silicona o sus derivados puede afectar el correcto funcionamiento de los contactos eléctricos. Debido a la energía en el arco de un contacto de conmutación, las moléculas volátiles de silicona se transforman en compuestos silíceos que se depositan en la superficie de contacto y crean capas aislantes. Por lo tanto, TE Connectivity recomienda enfáticamente probar por completo las siliconas previstas para evaluar la compatibilidad del contacto. Póngase en contacto con TE Connectivity para obtener más información y asistencia.
P: ¿TE ofrece soluciones para aplicaciones superiores a 500 VCC?
R: Dependiendo de los requisitos de coordinación de aislamiento, hay soluciones disponibles para hasta 900 VCC. Además, TE está desarrollando actualmente soluciones adecuadas para niveles de voltaje de hasta 1000 VCC con el cumplimiento de IEC 60664. Póngase en contacto con TE Connectivity para obtener más información.
P: ¿Cómo debe protegerse un controlador de bobina contra los transitorios de apagado de la bobina del contactor?
R: Lo óptimo es el uso de un diodo Zener paralelo al controlador de bobina. Consulte también nuestras “Hojas de datos” vinculadas a cada número de pieza y que se encuentran en “Ver toda la documentación” en nuestro catálogo de productos para obtener más información. Obtenga más información en nuestras “Notas de aplicación automotriz” y “Definiciones de relés”.
P: ¿Hay alguna pista sobre el montaje de las barras colectoras en el contactor?
R: Tenga en cuenta los pares máximos permitidos y evite cualquier desalineación entre la barra colectora y los terminales del contactor para garantizar una presión uniforme de la interfaz. TE recomienda el uso de arandelas cónicas con resorte. Cuando instale una agarradera con cable, asegúrese de que el cable esté suelto y no apretado.
