Mudar design de contato

Uma chave pode ser construída com qualquer mecanismo, colocando dois condutores em contato um com o outro de maneira controlada.

Isso pode ser tão simples quanto permitir que dois fios de cobre se toquem com o movimento de uma alavanca ou empurrando diretamente duas tiras de metal em contato.

No entanto, um bom projeto de chave deve ser robusto e confiável e evitar apresentar ao operador a possibilidade de choque elétrico. Portanto, designs de interruptores industriais raramente são tão rudimentares.

As partes condutoras em um interruptor usadas para fazer e quebrar a conexão elétrica são chamadas de contatos .

Os contatos são normalmente feitos de prata ou liga de prata-cádmio, cujas propriedades condutoras não são significativamente comprometidas pela corrosão ou oxidação da superfície.

Os contatos de ouro exibem a melhor resistência à corrosão, mas são limitados na capacidade de transporte de corrente e podem “soldar a frio” se colocados juntos com alta força mecânica.

Qualquer que seja a escolha do metal, os contatos da chave são guiados por um mecanismo que garante um contato quadrado e uniforme, para máxima confiabilidade e mínima resistência.

Fatores limitantes para ampacidade do contato do interruptor

Contatos como esses podem ser construídos para lidar com quantidades extremamente grandes de corrente elétrica, até milhares de amperes em alguns casos.

Os fatores limitantes para a ampacidade do contato da chave são os seguintes:

• Calor gerado pela corrente através de contatos de metal (enquanto fechados).
• Faíscas causadas quando os contatos são abertos ou fechados.
• A tensão nos contatos da chave aberta (potencial da corrente saltando pela lacuna).

Uma grande desvantagem dos contatos de comutação padrão é a exposição dos contatos à atmosfera circundante.

Em um ambiente de sala de controle agradável e limpo, isso geralmente não é um problema. No entanto, a maioria dos ambientes industriais não são tão benignos.

A presença de produtos químicos corrosivos no ar pode fazer com que os contatos se deteriorem e falhem prematuramente.

Ainda mais problemática é a possibilidade de faíscas por contato regular, causando a ignição de produtos químicos inflamáveis ​​ou explosivos.

Chaves de contato selado

Quando tais preocupações ambientais existem, outros tipos de contatos podem ser considerados para pequenas chaves.

Esses outros tipos de contatos são vedados contra o contato com o ar externo e, portanto, não sofrem os mesmos problemas de exposição que os contatos padrão.

Chave de mercúrio

Um tipo comum de chave de contato selado é a chave de mercúrio. O mercúrio é um elemento metálico, líquido à temperatura ambiente.

Por ser um metal, possui excelentes propriedades condutoras. Por ser um líquido, ele pode ser colocado em contato com sondas de metal (para fechar um circuito) dentro de uma câmara selada simplesmente inclinando a câmara de forma que as sondas fiquem no fundo.

Muitos interruptores industriais usam pequenos tubos de vidro contendo mercúrio que são inclinados para um lado para fechar o contato e inclinados para outro lado para abrir.

Além dos problemas de quebra de tubo e derramamento de mercúrio (que é um material tóxico), e suscetibilidade à vibração, esses dispositivos são uma excelente alternativa para contatos de interruptores ao ar livre, sempre que problemas de exposição ambiental sejam uma preocupação.

Aqui, um interruptor de mercúrio (muitas vezes chamado de inclinação interruptor) é mostrado na posição aberta, onde o mercúrio está fora de contato com os dois contatos de metal na outra extremidade do bulbo de vidro:







Aqui, a mesma chave é mostrada na posição fechada. A gravidade agora mantém o mercúrio líquido em contato com os dois contatos de metal, proporcionando continuidade elétrica de um para o outro:







Os contatos da chave de mercúrio são impraticáveis ​​em tamanhos grandes e, portanto, você normalmente encontrará esses contatos classificados em não mais do que alguns amperes e não mais do que 120 volts.

Existem exceções, é claro, mas esses são limites comuns.

Chave Reed Magnética

Outro tipo de chave de contato selado é a chave de palheta magnética. Como a chave de mercúrio, os contatos de uma chave reed estão localizados dentro de um tubo selado.

Ao contrário do interruptor de mercúrio que usa metal líquido como meio de contato, o interruptor reed é simplesmente um par de tiras de metal magnéticas muito finas (daí o nome "reed") que são colocadas em contato uma com a outra pela aplicação de um forte campo magnético fora do tubo selado.

A fonte do campo magnético neste tipo de interruptor é geralmente um ímã permanente, movido para mais perto ou mais longe do tubo pelo mecanismo de atuação. Devido ao pequeno tamanho das palhetas, este tipo de contato é normalmente avaliado em correntes e tensões mais baixas do que a chave de mercúrio média.

No entanto, os interruptores reed normalmente lidam com a vibração melhor do que os contatos de mercúrio, porque não há líquido dentro do tubo para salpicar.

Circuito “Snubber”

É comum encontrar a tensão de contato da chave de uso geral e as classificações de corrente maiores em qualquer chave ou relé se a energia elétrica que está sendo comutada for CA em vez de CC. A razão para isso é a tendência de auto-extinção de um arco de corrente alternada através de um entreferro.

Como a corrente da linha de energia de 60 Hz na verdade para e inverte a direção 120 vezes por segundo, há muitas oportunidades para o ar ionizado de um arco perder temperatura suficiente para parar de conduzir a corrente, a ponto de o arco não reiniciar no próximo pico de tensão .

DC, por outro lado, é um fluxo contínuo e ininterrupto de elétrons que tende a manter muito melhor um arco através de um entreferro.

Portanto, os contatos da chave de qualquer tipo incorrem em mais desgaste ao alternar um determinado valor de corrente contínua do que para o mesmo valor de corrente alternada.

O problema de comutação DC é exagerado quando a carga tem uma quantidade significativa de indutância, pois haverá tensões muito altas geradas nos contatos da chave quando o circuito é aberto (o indutor fazendo o seu melhor para manter a corrente do circuito na mesma magnitude de quando o interruptor foi fechado).

Com CA e CC, o arco elétrico de contato pode ser minimizado com a adição de um circuito de "amortecimento" (um capacitor e resistor conectado em série) em paralelo com o contato, como este:







Um aumento repentino na tensão através do contato do interruptor causado pela abertura do contato será moderado pela ação de carregamento do capacitor (o capacitor se opõe ao aumento na tensão puxando a corrente).

O resistor limita a quantidade de corrente que o capacitor irá descarregar através do contato quando ele fechar novamente. Se o resistor não estivesse lá, o capacitor poderia realmente fazer o arco durante o fechamento do contato pior do que o arco durante a abertura do contato sem um capacitor!

Embora esta adição ao circuito ajude a mitigar o arco voltaico de contato, não é sem desvantagem:uma consideração principal é a possibilidade de uma combinação de capacitor / resistor com falha (em curto) fornecendo um caminho para que os elétrons fluam através do circuito em todos os momentos, mesmo quando o o contato está aberto e a corrente não é desejada.

O risco dessa falha e a gravidade das consequências resultantes devem ser considerados em relação ao aumento do desgaste do contato (e inevitável falha do contato) sem o circuito de amortecimento.

O uso de amortecedores em circuitos de chave CC não é novidade:os fabricantes de automóveis têm feito isso há anos nos sistemas de ignição do motor, minimizando o arco entre os "pontos" de contato da chave no distribuidor com um pequeno capacitor denominado condensador .

Como qualquer mecânico pode lhe dizer, a vida útil dos "pontos" do distribuidor está diretamente relacionada a quão bem o condensador está funcionando.

Corrente de Umedecimento

Com toda essa discussão sobre a redução do arco voltaico do contato da chave, pode-se ser levado a pensar que menos corrente é sempre melhor para uma chave mecânica.

Isso, entretanto, não é necessariamente assim. Foi descoberto que uma pequena quantidade de arco periódico pode realmente ser bom para os contatos da chave, porque mantém as faces de contato livres de pequenas quantidades de sujeira e corrosão.

Se um contato de interruptor mecânico for operado com corrente insuficiente, os contatos tenderão a acumular resistência excessiva e podem falhar prematuramente!

Esta quantidade mínima de corrente elétrica necessária para manter um contato do interruptor mecânico em boas condições é chamada de corrente de umedecimento .

Normalmente, a classificação de corrente de umedecimento de um interruptor está muito abaixo de sua classificação de corrente máxima e bem abaixo de sua carga de corrente operacional normal em um sistema projetado corretamente.

No entanto, existem aplicações em que um contato de interruptor mecânico pode ser necessário para lidar rotineiramente com correntes abaixo dos limites normais de corrente de umedecimento (por exemplo, se uma chave seletora mecânica precisar abrir ou fechar uma lógica digital ou circuito eletrônico analógico onde o valor da corrente é extremamente pequeno )

Nessas aplicações, é altamente recomendável que os contatos da chave banhados a ouro sejam especificados. O ouro é um metal “nobre” e não corrói como outros metais.

Como resultado, esses contatos têm requisitos de corrente umectante extremamente baixos. Contatos normais de prata ou liga de cobre não fornecerão uma operação confiável se usados ​​em tal serviço de baixa corrente!

REVER:

• As partes de uma chave responsáveis ​​por fazer e interromper a continuidade elétrica são chamadas de "contatos". Normalmente feitos de liga de metal resistente à corrosão, os contatos são feitos para se tocarem por um mecanismo que ajuda a manter o alinhamento e espaçamento adequados.
• Os interruptores de mercúrio usam um pedaço de metal de mercúrio líquido como contato móvel. Selado em um tubo de vidro, a faísca do contato de mercúrio é selada do ambiente externo, tornando este tipo de interruptor ideal para atmosferas potencialmente contendo vapores explosivos.
• Reed switches são outro tipo de dispositivo de contato selado, o contato sendo feito por duas "palhetas" de metal finas dentro de um tubo de vidro, reunidos pela influência de um campo magnético externo.
• Os contatos da chave sofrem maior coação na comutação DC do que AC. Isso se deve principalmente à natureza autoextinguível de um arco AC.
• Uma rede de resistor-capacitor chamada de “amortecedor” pode ser conectada em paralelo com um contato de comutação para reduzir o arco elétrico do contato.
• Corrente de molhagem é a quantidade mínima de corrente elétrica necessária para que um contato da chave seja transportado para que seja autolimpante. Normalmente, este valor está muito abaixo da classificação de corrente máxima do switch.

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