Cambiar diseño de contacto

Se puede construir un interruptor con cualquier mecanismo que ponga dos conductores en contacto entre sí de manera controlada.

Esto puede ser tan simple como permitir que dos cables de cobre se toquen entre sí con el movimiento de una palanca o presionando directamente dos tiras de metal para que entren en contacto.

Sin embargo, un buen diseño de interruptor debe ser resistente y confiable, y evitar presentar al operador la posibilidad de una descarga eléctrica. Por lo tanto, los diseños de interruptores industriales rara vez son tan toscos.

Las partes conductoras de un interruptor que se utilizan para establecer y desconectar la conexión eléctrica se denominan contactos .

Los contactos generalmente están hechos de plata o aleación de plata y cadmio, cuyas propiedades conductoras no se ven comprometidas significativamente por la corrosión u oxidación de la superficie.

Los contactos de oro exhiben la mejor resistencia a la corrosión, pero tienen una capacidad de transporte de corriente limitada y pueden "soldarse en frío" si se juntan con una fuerza mecánica alta.

Cualquiera que sea la elección del metal, los contactos del interruptor están guiados por un mecanismo que garantiza un contacto cuadrado y uniforme, para una máxima confiabilidad y una mínima resistencia.

Factores limitantes para la amplitud de los contactos del conmutador

Contactos como estos se pueden construir para manejar cantidades extremadamente grandes de corriente eléctrica, hasta miles de amperios en algunos casos.

Los factores limitantes para la ampacidad de los contactos del interruptor son los siguientes:

• Calor generado por la corriente a través de contactos metálicos (mientras está cerrado).
• Chispas causadas cuando los contactos se abren o cierran.
• El voltaje a través de los contactos abiertos del interruptor (potencial de que la corriente salte a través del espacio).

Una de las principales desventajas de los contactos de interruptor estándar es la exposición de los contactos a la atmósfera circundante.

En un ambiente de sala de control agradable y limpio, esto generalmente no es un problema. Sin embargo, la mayoría de los entornos industriales no son tan benignos.

La presencia de químicos corrosivos en el aire puede causar que los contactos se deterioren y fallen prematuramente.

Aún más problemática es la posibilidad de que las chispas por contacto regular provoquen la ignición de productos químicos inflamables o explosivos.

Interruptores de contacto sellado

Cuando existen tales preocupaciones ambientales, se pueden considerar otros tipos de contactos para interruptores pequeños.

Estos otros tipos de contactos están sellados contra el contacto con el aire exterior y, por lo tanto, no sufren los mismos problemas de exposición que los contactos estándar.

Interruptor de mercurio

Un tipo común de interruptor de contacto sellado es el interruptor de mercurio. El mercurio es un elemento metálico, líquido a temperatura ambiente.

Al ser un metal, posee excelentes propiedades conductoras. Al ser un líquido, se puede poner en contacto con sondas de metal (para cerrar un circuito) dentro de una cámara sellada simplemente inclinando la cámara para que las sondas estén en la parte inferior.

Muchos interruptores industriales utilizan pequeños tubos de vidrio que contienen mercurio que se inclinan en una dirección para cerrar el contacto y en otra para abrir.

Aparte de los problemas de rotura de tubos y derrame de mercurio (que es un material tóxico) y la susceptibilidad a las vibraciones, estos dispositivos son una excelente alternativa a los contactos de interruptores al aire libre donde los problemas de exposición ambiental son una preocupación.

Aquí, un interruptor de mercurio (a menudo llamado inclinación interruptor) se muestra en la posición abierta, donde el mercurio está fuera de contacto con los dos contactos de metal en el otro extremo de la bombilla de vidrio:

Aquí, el mismo interruptor se muestra en la posición cerrada. La gravedad ahora mantiene el mercurio líquido en contacto con los dos contactos metálicos, proporcionando continuidad eléctrica de uno a otro:

Los contactos de los interruptores de mercurio no son prácticos para construir en tamaños grandes, por lo que normalmente encontrará estos contactos clasificados en no más de unos pocos amperios y no más de 120 voltios.

Hay excepciones, por supuesto, pero estos son límites comunes.

Interruptor de lengüeta magnético

Otro tipo de interruptor de contacto sellado es el interruptor de lengüeta magnético. Al igual que el interruptor de mercurio, los contactos de un interruptor de lengüeta están ubicados dentro de un tubo sellado.

A diferencia del interruptor de mercurio, que utiliza metal líquido como medio de contacto, el interruptor de lengüeta es simplemente un par de tiras metálicas magnéticas muy delgadas (de ahí el nombre "lengüeta") que se ponen en contacto entre sí mediante la aplicación de un fuerte campo magnético. fuera del tubo sellado.

La fuente del campo magnético en este tipo de interruptor suele ser un imán permanente, movido más cerca o más lejos del tubo por el mecanismo de actuación. Debido al pequeño tamaño de las lengüetas, este tipo de contacto generalmente se clasifica a corrientes y voltajes más bajos que el interruptor de mercurio promedio.

Sin embargo, los interruptores de lengüeta generalmente manejan mejor la vibración que los contactos de mercurio, porque no hay líquido dentro del tubo para salpicar.

Circuito "amortiguador"

Es común encontrar valores nominales de voltaje y corriente de contacto de interruptor de propósito general mayores en cualquier interruptor o relé dado si la energía eléctrica que se conmuta es CA en lugar de CC. La razón de esto es la tendencia de autoextinción de un arco de corriente alterna a través de un espacio de aire.

Debido a que la corriente de la línea eléctrica de 60 Hz en realidad se detiene e invierte la dirección 120 veces por segundo, existen muchas oportunidades para que el aire ionizado de un arco pierda suficiente temperatura para dejar de conducir la corriente, hasta el punto en que el arco no se reiniciará en el próximo pico de voltaje. .

La CC, por otro lado, es un flujo continuo e ininterrumpido de electrones que tiende a mantener un arco a través de un espacio de aire mucho mejor.

Por lo tanto, los contactos de interruptores de cualquier tipo sufren más desgaste al cambiar un valor dado de corriente continua que para el mismo valor de corriente alterna.

El problema de conmutar CC se exagera cuando la carga tiene una cantidad significativa de inductancia, ya que se generarán voltajes muy altos en los contactos del interruptor cuando se abre el circuito (el inductor hace todo lo posible para mantener la corriente del circuito en la misma magnitud que cuando el interruptor estaba cerrado).

Tanto con CA como con CC, el arco de contacto se puede minimizar con la adición de un circuito "amortiguador" (un condensador y una resistencia conectados en serie) en paralelo con el contacto, así:

Un aumento repentino de voltaje a través del contacto del interruptor causado por la apertura del contacto se verá atenuado por la acción de carga del capacitor (el capacitor se opone al aumento de voltaje al generar corriente).

La resistencia limita la cantidad de corriente que el capacitor descargará a través del contacto cuando se cierre nuevamente. Si la resistencia no estuviera allí, ¡el capacitor podría hacer que el arco eléctrico durante el cierre del contacto sea peor que el arco eléctrico durante la apertura del contacto sin un capacitor!

Si bien esta adición al circuito ayuda a mitigar el arco de contacto, no está libre de desventajas:una consideración primordial es la posibilidad de que una combinación de condensador / resistencia fallada (en cortocircuito) proporcione un camino para que los electrones fluyan a través del circuito en todo momento, incluso cuando el el contacto está abierto y no se desea la corriente.

El riesgo de esta falla y la gravedad de las consecuencias resultantes deben considerarse frente al mayor desgaste de los contactos (y la inevitable falla de los contactos) sin el circuito amortiguador.

El uso de amortiguadores en circuitos de interruptores de CC no es nada nuevo:los fabricantes de automóviles han estado haciendo esto durante años en los sistemas de encendido del motor, minimizando el arco a través de los "puntos" de contacto del interruptor en el distribuidor con un pequeño capacitor llamado condensador .

Como cualquier mecánico puede decirle, la vida útil de los "puntos" del distribuidor está directamente relacionada con el funcionamiento del condensador.

Corriente de humectación

Con toda esta discusión sobre la reducción del arco eléctrico en los contactos del interruptor, uno podría pensar que menos corriente es siempre mejor para un interruptor mecánico.

Sin embargo, esto no es necesariamente así. Se ha descubierto que una pequeña cantidad de arco eléctrico periódico puede ser bueno para los contactos del interruptor, ya que mantiene las caras de contacto libres de pequeñas cantidades de suciedad y corrosión.

Si un contacto de interruptor mecánico se opera con muy poca corriente, los contactos tenderán a acumular una resistencia excesiva y pueden fallar prematuramente.

Esta cantidad mínima de corriente eléctrica necesaria para mantener el contacto de un interruptor mecánico en buen estado se denomina corriente de humectación .

Normalmente, la clasificación de corriente de humectación de un interruptor está muy por debajo de su clasificación de corriente máxima y muy por debajo de su carga de corriente de funcionamiento normal en un sistema diseñado correctamente.

Sin embargo, hay aplicaciones en las que se puede requerir un contacto de interruptor mecánico para manejar rutinariamente corrientes por debajo de los límites normales de corriente de humectación (por ejemplo, si un interruptor selector mecánico necesita abrir o cerrar un circuito electrónico lógico o analógico digital donde el valor de corriente es extremadamente pequeño ).

En estas aplicaciones, se recomienda encarecidamente que se especifiquen los contactos del interruptor chapados en oro. El oro es un metal "noble" y no se corroe como otros metales.

Como resultado, tales contactos tienen requisitos de corriente de humectación extremadamente bajos. Los contactos normales de plata o aleación de cobre no proporcionarán un funcionamiento confiable si se utilizan en un servicio de baja corriente.

REVISIÓN:

• Las partes de un interruptor responsables de establecer y romper la continuidad eléctrica se denominan "contactos". Por lo general, están hechos de una aleación de metal resistente a la corrosión, los contactos están hechos para tocarse entre sí mediante un mecanismo que ayuda a mantener la alineación y el espaciado adecuados.
• Los interruptores de mercurio utilizan un trozo de metal de mercurio líquido como contacto móvil. Sellado en un tubo de vidrio, la chispa del contacto de mercurio está sellada del ambiente exterior, lo que hace que este tipo de interruptor sea ideal para atmósferas que potencialmente albergan vapores explosivos.
• Los interruptores de lengüeta son otro tipo de dispositivo de contacto sellado, el contacto se realiza mediante dos “lengüetas” de metal delgadas dentro de un tubo de vidrio, unidas por la influencia de un campo magnético externo.
• Los contactos de los interruptores sufren una mayor coacción en la conmutación de CC que de CA. Esto se debe principalmente a la naturaleza autoextinguible de un arco de CA.
• Una red de resistor-condensador llamada "amortiguador" se puede conectar en paralelo con un contacto de interruptor para reducir el arco de contacto.
• Corriente de humectación es la cantidad mínima de corriente eléctrica necesaria que debe transportar un contacto de interruptor para que sea autolimpiante. Normalmente, este valor está muy por debajo de la clasificación de corriente máxima del interruptor.

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