Em geral
P: Qual é a diferença entre um relé e um contator?
R: Em geral, ambos os termos designam um dispositivo de comutação eletromecânica, trabalhando no mesmo princípio físico, onde uma bobina é usada para gerar uma força magnética que opera mecanicamente um contato elétrico. Embora o termo "relé" seja amplamente utilizado em vários setores para dispositivos de baixa e média potência, o termo "contator" é mais comum na área de alta potência. O "motor" magnético normalmente tem um êmbolo no centro do corpo da bobina para contatores, em oposição ao design de armadura articulada comumente é usado em relés.
P: A nova geração de contatores funciona sem enchimento a gás. Qual é a vantagem de contatores sem enchimento a gás? Um contator cheio de gás pode se romper?
R: Para proteger os contatos de comutação e promover uma rápida extinção dos arcos de comutação, muitos contatores são preenchidos com gás inerte pressurizado. Nitrogênio ou hidrogênio é comumente usado, SF6 (hexafluoreto de enxofre) também é utilizado, principalmente em aplicações industriais. Por outro lado, um enchimento a gás pressurizado requer muito mais esforço no projeto e no processo de fabricação, para garantir uma manutenção confiável do gás durante toda a vida do contator. Como tais contatores devem ser hermeticamente selados por natureza, também há o risco de ruptura, quando arcos extremamente fortes (em caso de altas sobrecorrentes ou curto-circuitos) geram excesso de pressão gasosa dentro da câmara de contato. Os últimos projetos de contator da TE, portanto, funcionam sem gás inerte, eliminando também a necessidade de vedação hermética. Esses projetos ainda são protegidos ambientalmente contra a poluição e permitem uma troca gasosa e uma equalização da pressão interna e externa, o que praticamente elimina o risco de ruptura em caso de arco extremo. Entre em contato com a TE Connectivity (TE) para saber mais sobre as vantagens dos contatores sem gás. Link para o vídeo EVC 250.
P: Quais são as aplicações dos relés e contatores de alta tensão (AT)?
R: Em veículos híbridos e elétricos, os relés e contatores de alta tensão são normalmente usados para as seguintes aplicações:
- Contator Principal: usado tanto na linha positiva quanto na linha negativa da bateria de tração. Os contatores principais conectam e desconectam a bateria de tração de toda a transmissão elétrica do veículo.
- Relé de pré-carga: para proteger os contatores principais de um excesso de corrente de partida, um relé de pré-carga é usado, juntamente com um resistor de pré-carga, para carregar o capacitor de filtro do inversor de potência a um nível tipicamente de 90-98% da tensão da bateria.
- Contator do Carregador: utilizado para estabelecer a conexão entre o carregador de bateria e a bateria de tração, quando o veículo estiver conectado a uma estação de carregamento.
- Contatores Auxiliares: controlam outras cargas elétricas do veículo que são acionadas pela bateria HV. Um exemplo típico é o aquecedor elétrico para o compartimento de passageiros de carros totalmente elétricos, onde não há calor residual de um motor de combustão disponível para essa finalidade.
Além disso, os contatores automotivos de alta tensão também são usados às vezes em sistemas estacionários, como estações de carregamento CC, sistemas de armazenamento de baterias estacionárias, sistemas de alimentação ininterrupta e outros.
Desempenho elétrico
P: Para quais faixas de desempenho os contatores podem ser aplicados?
R: O portfólio de contatores da TE inclui produtos para serviços pesados para os requisitos dos veículos elétricos de bateria mais potentes com potência de pico de até 500kW, bem como produtos miniaturizados para baixa potência de cargas seriais e aplicações de pré-carga.
P: Que corrente contínua pode ser tratada pelos contatores?
R: Em geral, a capacidade de transporte de corrente é limitada pela dissipação de calor interna e pelo gerenciamento térmico. A potência dissipada aumenta a temperatura das partes internas do contator e é transferida para o exterior. Este aumento de temperatura externa determina o limite de corrente para o qual o contator pode ser usado. A TE recomenda que a temperatura final dos terminais de contato não exceda continuamente 150 °C. A eficácia do mecanismo de refrigeração depende da seção transversal ou resistência térmica do condutor conectado no exterior e da temperatura ambiente. O calor é conduzido através das conexões elétricas para o ambiente. Para uma corrente constante, o sistema atinge a caixa estacionária após cerca de 3 a 5 minutos. Exemplo: Conectado com barramentos de 50mm², o contator EVC 250 seria capaz de transportar 250A em temperatura ambiente de 85 °C. Com um barramento de 125mm² este limite seria deslocado para 375A.
P: Que sobrecarga pode ser tratada por um contator?
R: Para cargas de pico de alguns segundos, o processo de transferência de calor é muito lento para que a temperatura do terminal mude significativamente. Para períodos mais longos, o aumento de temperatura dentro do contator pode causar danos irreversíveis. O contator EVC 250, por exemplo, lida com 1.500A por até 20s ou 2.000A por até 5s. Entre em contato com a TE Connectivity para obter mais informações e suporte.
P: O que acontece com um contator durante um curto-circuito?
R: Durante um curto-circuito, a corrente ascendente gera uma força de repulsão que pode exceder a força de retenção dos contatos. Se o fusível não estiver adequadamente adaptado à capacidade de interrupção e transporte do contator, os contatos podem soldar ou arco excessivo pode destruir termicamente o contator. Para o contator EVC 175, o limite de corrente é de 5.000A. Para o contator EVC 250 é 6.000A. No caso de curtos-circuitos com sobrecorrentes moderadas, o tempo de disparo do fusível é muito longo para proteger o sistema de danos graves, portanto, o contator deve interromper a sobrecorrente. Um único contator pode interromper correntes de até 2.000 A a 400 V em poucos milissegundos. Como normalmente dois contatores estão no circuito, recomendamos abrir os dois simultaneamente, o que aumenta o limite de interrupção em até 6.000A em 400V.
P: O que determina a eficiência da bobina? Quais são os requisitos para o driver da bobina?
R: Para separar as altas tensões são necessárias grandes folgas de contato. Na posição aberta, a mola de retenção retém a armadura para fornecer uma resistência adequada ao choque. Para superar essas altas folgas e forças de contato, um alto fluxo magnético deve ser gerado. Para atingir as forças necessárias, as bobinas são projetadas com resistências relativamente baixas. Portanto, os drivers devem ser capazes de fornecer correntes de até 6A. Essas altas correntes só poderiam ser aplicadas para fechar os contatos, depois a corrente deve ser reduzida para evitar o superaquecimento da bobina. Uma vez que os contatos estão fechados e a armadura está na posição assentada, o fluxo magnético necessário para manter a armadura na posição é menor em uma magnitude. Esta redução de potência da bobina pode ser feita com um economizador externo ou por uma configuração de bobina de reforço/hold interna.
P: O que é importante para operar um contator com um economizador externo?
R: A operação do economizador externo deve iniciar apenas 100ms no mínimo após a alimentação da bobina. Para a Modulação por Largura de Pulso (PWM) a TE recomenda uma frequência mínima de 20kHz. O mínimo da tensão da bobina oscilante resultante deve sempre estar acima da tensão de retenção especificada. Para a operação de desligamento, o tempo de resposta do sistema mecânico depende da terminação externa da bobina. Portanto, o driver PWM deve ser terminado de forma que não diminua a abertura do contato. Por favor, considere as “Recomendações de Circuito” em nossas “Folhas de Dados”. Link para folha de dados Contator principal EVC 250. A resistência da bobina varia com a temperatura da bobina. A força magnética depende apenas da corrente da bobina. Se o PWM for definido para um determinado nível de tensão da bobina, essas variações térmicas devem ser levadas em consideração. Para minimizar a carga térmica para o sistema é preferível controlar a corrente da bobina de modo a desprezar a influência da temperatura.
P: O que é importante operar um contator com uma bobina de reforço?
R: A eletrônica de reforço aplica a tensão total da bobina a uma bobina de reforço separada por um período limitado. Este pulso é iniciado imediatamente quando uma tensão é aplicada. Caso a tensão de pull-in necessária não tenha sido alcançada dentro do tempo de porta do booster eletrônico, o contator não fechará. Portanto, é necessário que a tensão mínima de pull-in seja alcançada em 50ms. A terminação da bobina de retenção é feita com um diodo Zener de 80V. É possível instalar um diodo de terminação extra em paralelo. A tensão de terminação deve ser Vz > 33V, para manter o tempo de desligamento curto.
P: Por que a polaridade da carga é importante para um contator?
R: A capacidade de interrupção em alta tensão é alcançada usando ímãs colocados perpendicularmente aos terminais de contato. Ambos os terminais são conectados internamente com uma ponte. Quando a ponte de contato se afasta dos contatos estacionários, dois arcos são gerados. Na direção da corrente direta, os ímãs desviam os arcos para o exterior, resultando em uma extinção rápida do arco. Na direção da corrente reversa, os arcos podem se fundir no centro, causando uma capacidade de interrupção reduzida.
P: O que pode ser feito se for necessária a capacidade de interrupção bidirecional?
R: Caso sejam usados dois contatores no circuito, eles podem ser dispostos com um na direção direta e outro na direção reversa. Abrindo os dois contatores ao mesmo tempo, a capacidade de interrupção combinada é significativamente melhor em comparação com um único contator na direção direta.
Recomendações de aplicativos
P: O que deve ser considerado com materiais de silicone ao usar relés ou contatores que não são hermeticamente selados?
R: O uso de materiais contendo silicone ou seus derivados pode afetar o bom funcionamento dos contatos elétricos. Devido à energia no arco de um contato de comutação, as moléculas de silicone voláteis são transformadas em compostos siliciosos que se depositam na superfície de contato e criam camadas isolantes. A TE Connectivity, portanto, recomenda fortemente testar completamente os silicones pretendidos quanto à sua compatibilidade de contato. Entre em contato com a TE Connectivity para obter mais informações e suporte.
P: A TE oferece soluções para aplicações acima de 500 VCC?
R: Dependendo dos requisitos de coordenação de isolamento, estão disponíveis soluções para até 900 VCC. Além disso, a TE está atualmente desenvolvendo soluções adequadas para níveis de tensão de até 1000 VCC com conformidade com IEC 60664. Entre em contato com a TE Connectivity para obter detalhes.
P: Como um driver de bobina deve ser protegido contra transientes de desligamento da bobina do contator?
R: O ideal é o uso de um diodo Zener paralelo ao driver da bobina. Consulte também nossas "Folhas de dados" vinculadas a cada número de peça e que podem ser encontradas em "Ver toda a documentação" em nosso catálogo de produtos para informações adicionais. Saiba ainda mais em nosso “Notas de Aplicação Automotiva " e "Definições de relé.”
P: Há alguma dica sobre a montagem dos barramentos no contator?
R: Considere os torques máximos permitidos e evite qualquer desalinhamento entre o barramento e os terminais do contator para garantir uma pressão de interface uniforme. A TE recomenda o uso de arruelas de pressão cônicas. Ao montar um terminal de cabo, certifique-se de que o cabo esteja livre e não apertado.
