Circuito contator de estado sólido para bombas motorizadas

Neste artigo, aprendemos como projetar e construir um circuito de contator de estado sólido usando triacs para operar cargas pesadas como motores de bomba de poço submersível com alta confiabilidade e sem quaisquer preocupações sobre desgaste e desgaste ou problemas de degradação a longo prazo da unidade do contator.

O que é um contator

Um contator é uma forma de chave LIGA / DESLIGA operada pela rede elétrica, classificada para lidar com cargas pesadas em altas correntes e picos de comutação elevados na forma de arcos em seus contatos de comutação. É usado principalmente para comutar cargas indutivas de alta potência ou alta corrente, como motores de bombas trifásicas submersíveis ou outro tipo semelhante de cargas industriais pesadas que também podem incluir solenóides.

Como funciona um contator

Uma chave contatora básica terá os seguintes elementos básicos em sua configuração elétrica:

1. Um interruptor push-to-ON
2. Um interruptor push-to-OFF
3. Mecanismo de relé operado pela rede elétrica

Em uma configuração de contator mecânico padrão, a chave de partida que é uma chave push-to-ON é usada para travar os contatos do contator em uma posição ligada para que a carga conectada também seja ligada, enquanto a chave de parada que é uma chave A chave para desligar é usada para interromper esse arranjo de trava e desligar a carga conectada.

Quando a chave liga / desliga é pressionada pelo usuário, uma bobina eletromagnética integrada é energizada, a qual puxa um conjunto de contatos de serviço pesado com mola e os conecta com força com outro conjunto de contatos de serviço pesado. Isso une os dois conjuntos de contatos adjacentes, permitindo que a corrente flua da fonte de alimentação principal para a carga. A carga é assim ligada com esta operação.

A bobina eletromagnética e os conjuntos de contatos associados formam o mecanismo de relé do contator, que é travado e LIGADO cada vez que a chave push-to-ON é pressionada ou a chave START é pressionada.

A chave Push-to-OFF atua de maneira oposta, quando esta chave é pressionada, a trava do relé é forçada a quebrar, o que por sua vez libera e abre os contatos em sua posição original desligada. Isso faz com que a carga seja desligada.

Problemas com contatores mecânicos

Os contatores mecânicos funcionam de forma bastante eficiente através dos procedimentos explicados acima, no entanto, a longo prazo, eles se tornam sujeitos a desgaste devido a fortes arcos elétricos em seus contatos.

Esses arcos são geralmente causados ​​devido ao grande consumo de corrente inicial pela carga, que são principalmente indutivos por natureza, como motores e solenóides.

O arco repetido causa queima e corrosão nas superfícies de contato, que eventualmente se tornam muito degradadas para funcionar normalmente para a comutação necessária da carga.

Projetando um contator eletrônico

Encontrar uma maneira fácil de resolver o problema de desgaste com os contatores mecânicos parece assustador e complexo, a menos que o design seja totalmente substituído por uma contraparte eletrônica que faria tudo de acordo com as especificações, ainda que seja infalível contra degradação mecânica, independentemente da frequência com que sejam operado e quão grande pode ser a potência de carga.

Depois de pensar um pouco, consegui criar o seguinte circuito de contator de estado sólido simples usando triacs, SCRs e alguns outros componentes eletrônicos

Lista de Peças

Todos os SCRs = C106 ou BT151

Todos os pequenos triacs = BT136

Todos os triacs grandes = BTA41 / 600

Todos os diodos de porta SCR = 1N4007

Todos os diodos retificadores da ponte = 1N4007

Operação de Circuito

O design parece bastante simples. Podemos ver 3 triacs de alta potência sendo usados ​​como interruptores para ativar as 3 linhas da entrada trifásica.

Os portões desses triacs de controle de alta potência são acionados por 3 triacs de baixa potência conectados que são usados ​​como estágios de buffer.

Finalmente, as portas desses triacs de buffer são acionadas por 3 SCRs individuais configurados separadamente para cada uma dessas redes triac.

Os SCRs, por sua vez, são acionados por interruptores push-to-ON e push-to-OFF separados para ligá-los e desligá-los, respectivamente, o que permite que os triacs sejam ativados e desligados correspondentemente em resposta à ativação do interruptor relevante.

Quando a chave push-to-ON é pressionada, todos os SCRs ficam instantaneamente travados, e isso permite que um drive de porta apareça nas portas de todos os 3 triacs de buffer.

Esses triacs agora começam a conduzir, permitindo o disparo do gate dos triacs de alimentação principal, que finalmente começam a conduzir e permitem que a alimentação trifásica alcance a carga, e a carga é ligada.

Para parar este circuito de relé do contator eletrônico, a chave para desligar (chave STOP) é ​​pressionada pelo usuário, que instantaneamente interrompe o travamento dos SCRs, inibindo o acionamento do portão para os triacs e desligando-os, junto com a carga.

Simplificando o Circuito

No diagrama acima, podemos ver os estágios intermediários do buffer triac sendo usados ​​para retransmitir o acionamento dos SCRs para os triacs de alimentação principal.

No entanto, um pequeno exame revela que, talvez esses triacs de buffer possam ser eliminados e a saída do SCR possa ser configurada diretamente com os triacs de rede.

Isso simplificaria ainda mais o projeto, permitindo que apenas os estágios SCRs fossem usados ​​para as ações de INÍCIO e PARADA e também reduziria o custo geral da unidade.