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4 Dispositivos de Comando Eletromagnético
Este texto tem por finalidade a familiarização com dispositivos e
chaves de comando a distância, com possibilidade de efetuar acionamentos
seqüenciais pré-determinados ou deslocados em relação ao tempo.
4.1 Generalidades
Todo acionamento elétrico além de contar com proteção adequada deve
ter ainda dispositivos que permitam a sua ligação e desligamento, sem risco
para o operador. Os dispositivos de comando, de acionamento e controle são
constituídos por chaves, algumas aptas a interromper ou ligar circuitos com
carga (disjuntores), outras perfazendo essas funções somente sem carga
(seccionadoras). São fatores determinantes na escolha de disjuntores e
seccionadoras suas tensões e correntes nominais, sendo que naqueles é
imprescindível à consideração de sua capacidade disruptiva, isto é, o valor
máximo da intensidade de corrente que a chave consegue interromper.
Em muitas aplicações deve-se executar o comando automaticamente ou à
distância. Essas duas funções são executadas pelos "contatores", objeto do
presente. Um aspecto de relevante importância no âmbito dos sistemas
elétricos, onde estão inseridos os dispositivos de comando, é que coexistem
usualmente 3 tipos de circuitos, cada qual com sua função, a saber:
- circuito de potência, principal ou de força;
- circuito de comando ou controle e proteção;
- circuito de sinalização ou supervisão.
O circuito de potência é geralmente trifásico e alimenta a carga
principal, apresenta usualmente correntes relativamente altas e, portanto
condutores com grandes bitolas. Circuito Principal ou Circuito de Força é
também o responsável pelo fornecimento da corrente necessária à operação
dos equipamentos de comando, proteção, sinalização e supervisão. No caso
das montagens no laboratório, os equipamentos serão os motores ou lâmpadas
incandescentes para a sinalização. Os motores usados nas montagens do
Laboratório de Instalações Elétricas são de potência baixa, pois o objetivo
de sua utilização é meramente didático.
O circuito de comando e proteção é independente do circuito de
potência, não obstante utilize frequentemente a mesma fonte de tensão.O
circuito de comando e proteção tem como carga os elementos (usualmente
bobinas) que acionam mecanismos que permitem que chaves (contatos),
associadas aos dispositivos de comando, mudem de estado (abrir/fechar).
Essas chaves podem estar inseridas em circuitos de potência, de sinalização
e no próprio circuito de comando e proteção. Os circuitos de comando e
proteção incluem chaves (em série) que interrompem esse circuito (cortando
a alimentação das bobinas) quando dispositivos de proteção assim
determinarem.
Os circuitos de sinalização e supervisão fornecem indicações e
informações (usualmente luminosas ou sonoras) sobre o estado do circuito
principal, como por exemplo, se está operando ou não, se há sobrecarga etc.
4. 2 Elementos de comando auxiliar ou manual
4.2.1 Botoeira
As chaves auxiliares tipo botoeiras, são chaves de comando que têm por
finalidade interromper ou estabelecer momentaneamente por pulso, um
circuito de comando para iniciar, interromper ou continuar um processo de
automação. Podem ser montadas em caixas externas ou em painéis.
As botoeiras podem ter diversos botões agrupados em painel ou caixa e
cada botão pode acionar também diversos contatos (de abertura ou de
fechamento). Em geral, externamente são construídos com proteção contra
ligação acidental através de uma guarnição que impeça uma possível ativação
ou desativação não desejada e possuem longo curso para a ligação.
As botoeiras luminosas são dotadas de lâmpadas internas que são
alimentadas e se iluminam quando os botões são acionados, elas não devem
ser usadas na função desligar e nem na de "desligar em emergência".
As botoeiras são marcadas e coloridas conforme a codificação
estabelecida por normas para indicar a sua função. Devem ser instaladas bem
à mão na altura prevista e disposta fisicamente na posição e espaçamento
correto no caso da instalação de várias botoeiras. O parâmetro para escolha
de equipamento de manobra para baixa tensão com seus acionamentos,
independente do tipo (manual, por volante, manivela, alavanca ou botão de
comando) é possibilitar que sejam acionados pelo operador sem maiores
reflexões e que o efeito desejado seja conseguido rapidamente.
Quando são usados botões de comando para o acionamento à distância, em
equipamentos de manobra de baixa tensão, é importante que estes botões
sejam identificados por cores nas funções de "liga" e "desliga" e eventuais
símbolos complementares, que facilitem e acelerem o comando que se quer
realizar.
O botão de "desliga" deve, então, estar sob o botão "liga" na posição
vertical. Essa disposição também é utilizada e recomendada em diversos
outros paises. Existem diferenças, entretanto para a posição horizontal dos
botões. As normas recomendam a disposição do botão "desliga" à esquerda do
botão "liga".
Abaixo podemos ver exemplos práticos de botoeiras:
" " "
" " "
" " "
" " "
" " "
4.2.2 Botões permanentes
São botões cujo acionamento inverte o estado do contato elétrico de
forma contínua, de maneira que uma nova inversão requer uma segunda
intervenção do usuário e ou operador. Um exemplo prático são as chaves
liga/desliga ou interruptores permanentes. Os interruptores utilizados em
instalações elétricas prediais do tipo liga/desliga são um dos exemplos
mais simples de botões permanentes.
" " " "
4.2.3 Botões pulsadores (pushbutton)
Os botões pulsadores, também conhecidos como pushbutton (do inglês
"botão de empurrar"), são aqueles botões ou interruptores que uma vez
acionados pelo operador invertem o estado de seus contatos (aberto ou
fechado) e assim permanecem enquanto durar a ação do operador, retornando
ao seu estado de "descanso" ou "repouso", a também chamada de "condição
inicial". Os interruptores de instalações elétricas prediais do tipo
"campainha" são exemplos simples e diretos de botões pulsadores.
" " " " "
4.2.4 Chave fim de curso
Estes tipos de chaves são dispositivos auxiliares de comando e
acionamento mecânico que atuam num circuito com funções tais como: válvulas
direcionais com solenóides, contatores e circuitos de sinalização para
indicar a posição da haste do cilindro ou de uma parte móvel da máquina.
As chaves de fim de curso são basicamente constituídas por uma
alavanca ou haste com/sem roldanas na extremidade que transmite o movimento
aos contatos que abrem ou fecham conforme a necessidade.
Quando dependem de uma ação mecânica para acionar seus contatos, são
ditos mecânicos; podendo ser movimento retilíneo ou angular. Quando o móvel
de ataque tiver baixa velocidade é recomendável um fim de curso de manobra
rápida. A haste terá um movimento lento, porém o disparo do contato será
rápido acionado por mola de disparo.
As chaves do tipo "fim de curso" são utilizadas em três casos:
controle, comando e segurança.
Controle: acelerar movimentos, determinar pontos de paradas de partes
móveis, produzir seqüência e controle de operação, sinalizar.
Comando: inversão de curso ou sentido de movimento de partes móveis,
paradas.
Segurança: paradas de emergência, alarme e sinalização. Um mesmo fim
de curso pode desempenhar ao mesmo tempo várias funções, dependendo dos
contatos e do curso do objeto ou elemento de atuação.
Em geral o ângulo de ataque da parte móvel deve ser de 30° para uma
velocidade de até 0,5m/s; para velocidades superiores o ângulo de ataque
deve ser menor.
Independente das características elétricas, um fator importante para
as chaves fim de curso, e outros aparelhos que estão sujeitos a elevados
números de manobras, é a vida útil ou robustez. As características
elétricas definem apenas o desgaste dos contatos em função do número de
manobras com a carga elétrica. A robustez mecânica é o valor que garante a
vida útil do aparelho em função das solicitações mecânicas que ele está
sujeito.
Outro fator a ser considerado é o grau de proteção, que é a
classificação padronizada que indica para determinado equipamento elétrico
a sua proteção contra choques, penetração de corpos estranhos e de
líquidos.
Cada fabricante fornece as características mecânicas e elétricas,
assim como seu grau de proteção, para efetuarmos a sua seleção conforme
necessidade de projeto.
Abaixo temos exemplos de chave do tipo "fim de curso":
" " " "
" " " "
4.2.5 Termostato
O termostato é um dispositivo destinado a manter constante a
temperatura de um determinado sistema, através de regulação automática.
A função do termostato é impedir que a temperatura de determinado
sistema varie além de certos limites preestabelecidos. Um mecanismo desse
tipo é composto, fundamentalmente, por dois elementos: um indica a variação
térmica sofrida pelo sistema e é chamado elemento sensor; o outro controla
essa variação e corrige os desvios de temperatura, mantendo-a dentro do
intervalo desejado. Termostatos controlam a temperatura dos refrigeradores,
ferros elétricos, ar condicionado e muitos outros equipamentos.
Exemplo de elemento sensor são as tiras bimetálicas, constituídas por
metais diferentes, rigidamente ligados e de diferentes coeficientes de
expansão térmica Assim, quando um bi-metal é submetido a uma variação de
temperatura, será forçado a curvar-se, pois os metais não se dilatam
igualmente. Esse encurvamento pode ser usado para estabelecer ou
interromper um circuito elétrico, que põe em movimento o sistema de
correção.
Outro tipo de elemento sensor combina as variações de temperatura com
variações de pressão para ativar mecanismos corretores. Um recipiente de
metal, de volume variável, cheio de líquido ou gás, ligado a um bulbo por
um tubo fino, é exemplo desse tipo de sensor. As mudanças de temperatura
sofridas pelo fluido do recipiente principal são comunicadas ao bulbo pelo
tubo de ligação; como o volume do bulbo é fixo, resulta da mudança de
temperatura uma variação na pressão do fluido contido; essa variação
transmite-se ao recipiente principal, provocando alteração de seu volume e
compensando, dessa forma, o aumento ou diminuição de temperatura. Outro
sistema utilizado é o elétrico, tendo a resistência do fio como elemento
sensor.
" " "
" " "
" " "
4.2.6 Pressostato (conversor hidráulico-elétrico)
Elemento de entrada de sinal para comando onde é feita a conversão de
um sinal hidráulico em um sinal elétrico, ou seja, ao haver uma variação de
pressão (geralmente pré-determinada) na sua entrada X, um pequeno carretel
desloca-se e aciona um micro comutador e, um decréscimo no valor da pressão
em X, o comutador retorna a sua condição normal. Em geral os pressostatos
apresentam os seguintes elementos: corpo; elemento de pressão; mola;
parafuso de ajuste; comutador e as tomadas hidráulicas.
" " "
" " "
4.2.7 Elementos de Entrada Remota de Sinal (Sensores Sem Contato Mecânico)
O termo sensor é utilizado para designar sistemas conversores de uma
energia não elétrica em energia elétrica.
O sensor deverá interagir com o processo a medir sem alterar as
condições a determinar e emitir para o exterior um sinal elétrico de saída
proporcional (analógico) ou não (digital) ao valor medido.
Os sensores sem contato mecânico, geralmente, são subdivididos segundo
a tecnologia de detecção empregada: indutivo, capacitivo, ótico,
ultrassônico, magnético, etc.
Nesse item será fornecida uma noção sobre aqueles sensores mais
empregados nos sistemas elétricos: indutivo, ótico e capacitivo.
4.2.3.1 Sensor Ótico
Os sensores óticos encontram uma ampla gama de aplicação nos sistemas
automatizados.
Permitem a detecção de objetos de qualquer material, dimensão ou
forma. Seu funcionamento se dá através da emissão de um feixe de luz,
dentro da faixa dos infravermelhos, que será recebida ou não pelo receptor.
O sinal de saída será dependente do resultado da detecção: algumas vezes
digitais "0" ou "1", ou conforme a intensidade do feixe recebido fornece
uma tensão de saída (em geral entre 0 e 10V).
Nestes sensores, a luz ambiente não deve influenciar no resultado da
detecção, para isso, é normal a emissão de feixes de infravermelho
modulados com receptores sintonizados para uma determinada freqüência com
filtros de polarização.
Com o desenvolvimento da fibra ótica e das células fotoelétricas,
ampliou a aplicação destes sensores que permitem o seu uso em áreas
limitadas ou de difícil acesso ou ainda quando os motivos de segurança
justificam sua aplicação com relação aos demais. Outra razão é a
possibilidade de detectar com fidelidade objetos de dimensões reduzidas, em
torno de até 0,1 mm.
Quando existem problemas com a superfície ou o tipo de material do
alvo (como, por exemplo, garrafas ou materiais polidos), faz-se o emprego
de fotocélulas de reflexão com filtros polarizados.
Deve ser dada a atenção para as condições ambientais entre este tipo
sensor e o alvo, uma vez que ambientes muito sujos reduzem a distância de
detecção.
" " "
4.2.3.2 Sensor Indutivo
Detectam materiais metálicos (ou com características metálicas) a uma
distância de até 60 mm (dependendo do detector), sendo insensíveis a
ambientes agressivos (umidade, pó, sujeiras, etc.).
O princípio de funcionamento é através de um oscilador, formado por
bobinas que constituem a face sensível de detecção, onde é criado um campo
eletromagnético alternado de alta freqüência. Logo que um objeto com
propriedades ferromagnéticas é colocado em frente à face do sensor, as
correntes induzidas no objeto pelo campo magnético provocam uma carga
adicional que altera a amplitude das oscilações. Como resultado ocorre uma
variação na tensão de saída do oscilador. Os mais simples possibilitam a
definição de um estado lógico "0" ou "1", conforme o resultado da detecção.
Características do sinal elétrico de saída de um sensor indutivo:
- sinal de saída (0/1), apenas para modelos digitais;
- saídas de contato NA ou NF. Nesse caso existe limite de
distância do detector ao alvo entre 0,6 a 60 mm, geralmente.
Isso variará do tipo de sensor e características
ferromagnéticas do alvo.
- tensão de saída analógica linear (0 a 10V) e proporcional à
distância de detecção (apenas para sensores indutivos
analógicos).
Algumas aplicações:
"1) Detectores de movimento e de "2) Controle de movimento: "
"posição: "- fins de curso de cilindros "
"- medição de velocidade de rotação;"(pneumáticos ou hidráulicos); "
" "- referenciação de eixos de um "
"- reconhecimento de presença de "robô; "
"objetos metálicos; "- detecção de abertura ou "
"- detecção de velocidade nula. "fechamento de portas. "
"3) Controle da produção: "4) Controle de sistemas mecânicos: "
"- operação automática, exemplo "- falhas de ferramentas; "
"chegada de material em máquinas "- substituição de sensores de "
"automáticas; "contato. "
"- sistemas de alimentação; " "
"- confirmação de presença de " "
"conteúdo metálico em embalagens. " "
"5) Contagem e seleção de objetos: " "
"- alimentação de máquinas " "
"ferramentas; " "
"- controle e seleção de objetos. " "
" " " " "
4.2.3.3 Sensor Capacitivo
Empregados para detecção de objetos metálicos ou não metálicos, para
pequenas distâncias. São largamente empregados para detecção de fluidos e
de objetos isolantes. Pode detectar até uma distância de 50 mm, entre o
sensor e o alvo.
O princípio de seu funcionamento e forma construtiva é semelhante ao
sensor indutivo, diferindo-se pela colocação de um condensador na face de
detecção. Assim que um material metálico ou não metálico for colocado
diante do sensor, a capacidade de acoplamento é alterada o que provoca
oscilações no campo magnético. Esta situação é detectada por um comparador
que irá gerar um sinal de saída proporcional ao sinal de detecção.
Existe, geralmente, junto destes sensores um potenciômetro para ajuste
da distância de detecção do objeto.
Aplicações típicas:
- controle de nível em silos;
- controle da altura de líquidos em sistemas de enchimento
automático;
- controle de vazão.
" " "
4.2.8 Relés
Os relés elétricos consistem de várias combinações de contatos que são
atuados por solenóides. Os relês recebem sinais de botões, temporizadores,
chaves fim de curso, pressostato ou outros relé. Desde que o sinal recebido
pelo relé seja momentâneo, o relé pela sua ação deve abrir ou fechar
contatos. Apenas ao manter a corrente sobre o solenóide do relé ou ter um
travamento mecânico que os contatos mantêm-se na posição atuado. O método
de travamento mecânico permite ao solenóide ser desenergizado; necessário
nos casos onde o relé deve permanecer atuado por muito tempo e elimina o
constante zumbido da bobina do solenóide. Um segundo solenóide deve ser
provido para destravar o relé do tipo trava mecânica.
Existem duas classes de relés elétricos: (1) relés de sinal e (2)
relés de potência ou contator. O relé tipo sinal, usado geralmente para
processamento de sinal para comando indireto, em geral operam com baixa
corrente e os relés de potência para correntes elevadas. Os contatores são
empregados em geral para comando do motor elétrico, em casos especiais nos
sistemas hidráulicos, ou em alguns casos para válvulas direcionais
pilotadas.
Os contatos em movimento dos relês são geralmente conhecidos como
pólos ou simplesmente "contatos". Esses pólos ou contatos fazem ou desfazem
contatos elétricos, dependendo de seu projeto. Os pólos e seus contatos, em
geral, são conectados em diferentes cargas do circuito; entretanto, o
número de pólos ou contatos requeridos depende do número de circuitos que
devem ser chaveados.
Os contatos dos relês são normalmente abertos ou fechados quando o
solenóide está desenergizado. Os contatos são classificados de acordo com o
número de funções que ele deve desempenhar. Se apenas uma única função é
desempenhada, para abrir ou fechar uma linha, ele é chamado de contato de
porta-única ou contato simples. Um contato duplo é um contato que está
ligado à uma linha comum entre um ramo e está em contato com as outras
linhas todas às vezes.Também é conhecido como contato reversor ou inversor.
Os relês elétricos são geralmente montados sobre painéis de maneira
tal que ele possa ser protegido. Eles são disponíveis de forma a serem
"plugados" para simplificar sua recolocação; porém, o tipo parafusado ou
terminal soldado são os mais comuns. Hermeticamente fechados os relês são
disponíveis para aplicações onde é necessário devido a uma atmosfera
explosiva, ser à prova de água ou à prova de poeira.
" " "
" " "
" " "
" " "
" " "
4.3 Elementos de comando auxiliar automáticos
São dispositivos de trabalho que operam com eventos ou ocorrências
que são independentes de uma ação humana, ou seja, não necessitam de um
operador para realizar controle ou acionamento dos circuitos de potência.
4.3.1 Temporizadores Elétricos
Temporizadores elétricos são usados para iniciar ou parar vários
componentes elétricos que controlam o sistema hidráulico. Se a seqüência de
operação da unidade motora pode ser estabelecida, temporizadores elétricos
podem ser empregados para coordenar os movimentos motores e o tempo de
ciclo automaticamente.
Os temporizadores são também denominados de relê de tempo e, liga ou
desliga os contatos num circuito, após um determinado tempo regulável. Os
contatos podem ser NA ou NF. Existem relês temporizadores com retardo para
ligar ou com retardo para desligar, temporizador com retardo para ligar
(temporizador ON), sua simbologia em detalhe e simplificada, conforme
figura, explica o seguinte funcionamento: ao ser ligado o contato S, é
aplicada a tensão entre os bornes A1 e A2 e em conseqüência inicia-se a
contagem do tempo ajustado. Uma vez atingido esse tempo, a bobina do relê é
energizada e a armadura é atraída pelo campo; ligando dessa maneira dois
dos bornes.
O temporizador com retardo para desligar (temporizador OFF), tem de
imediato um sinal de saída, ao ser fechado um constato S. Somente quando
for desligado esse contato, é que se dará início a contagem de tempo, após
o qual será defeito o sinal de saída.
Existem temporizadores mais antigos que são atuados mecanicamente
através de cames e engrenagens, contendo um motor síncrono.
Os temporizadores atuais são eletrônicos e o tempo é estabelecido pela
taxa de descarga entre um capacitor e um resistor. O capacitor pode ser
carregado no começo da contagem do tempo, quando a tensão decresce até
certo valor, a temporização está completa. Outros sistemas mais modernos e
precisos utilizam sofisticados circuitos eletrônicos que incluem sistemas
digitais e até microprocessadores e microcontroladores.
" " "
" " "
4.3.2 Contadores
O contador funciona na seguinte condição:
- ajustar um número para desligar o circuito ou ligar um circuito;
- a bobina recebe pulsos e, cada pulso corresponde um número;
- quando atingir o número ajustado o contato NF abre e o NA fecha e
realiza a operação de um circuito. Existe uma bobina para recomeço
("reset").
" " "
4.3.3 Controladores de temperatura
Os controladores de temperatura são dispositivos elétricos e ou
eletrônicos que controlam a temperatura de um determinado material ou
ambiente através de sensores e quando um determinado nível, que pode ser
programado ou escolhido, é atingido faz com que contatos internos sejam
acionados. Desta forma, os controladores de temperatura podem ser
utilizados para monitorar e ou controlar temperaturas, servindo tanto de
dispositivo de controle, quanto de segurança. Controladores de temperatura
podem ser obtidos com diferentes configurações de sinal de saída, tais
como: contatos tipo NA e ou NF, nível de sinal proporcional a temperatura
ou sinal digital (0/1). As saídas de controle podem ser com 1 relé SPDT ou
controle do tipo P (proporcional).
O controle P (proporcional) é aquele em que a potência aplicada na
carga varia de forma proporcional à diferença (desvio) entre a pré-seleção
e a temperatura medida no processo (sensor), dentro da faixa determinada
pelo ajuste de XP%), a potência aplicada na carga é 0% e abaixo dessa banda
é 100%. É indicado para processos estáticos. Resultará em ESTABILIZAÇÃO da
temperatura ao longo do tempo. Veja o gráfico a seguir.
" " "
" " "
4.4 Sinalização
A sinalização é a forma visual ou sonora de chamar a atenção para uma
situação determinada em um circuito, em uma máquina ou em um conjunto de
máquinas.
Tal indicação é feita por buzinas, campainhas, sinalizadores
luminosos, em cores determinadas por normas. A sinalização luminosa é a
mais empregada e suas cores são estabelecidas por normas para as principais
aplicações.
COR/CONDIÇÃO DE OPERAÇÃO
"Vermelha "Condições anormais. "
"Amarela "Atenção ou cuidado "
"Verde "Máquina pronta para operar "
"Branca (incolor) "Circuitos sob tensão "
" "(funcionamento) normal "
"Azul "Todas as funções para as quais não "
" "se aplicam as cores acima "
Usa-se ainda a sinalização intermitente, quando é necessária uma
atenção mais urgente. Sob cada sinalizador é necessária uma etiqueta de
identificação. Além das etiquetas de identificação os sinalizadores podem
conter ainda nas lentes: símbolos, números, letras ou textos para indicar
uma situação dos circuitos ou máquinas.
Para a sinalização sonora, as buzinas (ou em inglês buzzer) são as
mais empregadas para indicar o início de funcionamento de uma máquina, ou
ficar a disposição do operador quando for necessário.
O som deve estar entre 1.000 a 10.000 Hz e conter harmônicos que o
tornarão diferentes do ruído local. As campainhas são usadas para indicar
anomalias em máquinas, por exemplo, se um motor com sobrecarga não puder
parar de imediato, o alarme chamará a atenção do operador para as
providências necessárias ou pode indicar a sua parada anormal.
" " "
" " "
" " "
4.4 Contatores
Os contatoresPor serem elementos distintos dos demais elementos de controle
e acionamento, principalmente no que se refere aos níveis de corrente de
trabalho, dedicamos um item somente para estes dispositivos tão importantes
no acionamento de sistemas de potência, em especial os motores
4.4.1 Generalidades
São constituídos por um conjunto de contatos fixos e outro de contatos
móveis, que são acoplados mecanicamente e comandados por núcleo de ferro
que se encontra no interior de uma bobina. Usualmente os contatores possuem
um conjunto de contatos normalmente fechados (NF) que quando a bobina é
acionada "abrem"; simultaneamente possuem um conjunto de contatos
normalmente abertos (NA) que quando a bobina é acionada "fecham". Um
contator utilizado, por exemplo, no comando de um motor, possui pelo menos:
- 3 contatos principais NA
- 1 contato auxiliar NA
- 1 contato auxiliar NF.
É possível acoplar outros contactos auxiliares no contator, conforme
as necessidades. Este tipo de contator possui os 3 contatos NA de
"potência" dimensionados para uma carga com corrente relativamente alta.
Enquanto os contatos auxiliares são dimensionados para uma corrente
auxiliar de comando bem menor. Os contatores aplicados especialmente em
circuitos de controle geralmente se apresentam com 10 contatos de baixa
capacidade de corrente, combinando 5 NA e 5 NF e, podendo haver outras
variações conforme a aplicação. O comando do contator é realizado pela
energização da bobina, quando o núcleo de ferro é atraído, ocasionando o
deslocamento dos contatos móveis que nessas condições se justapõem ou se
afastam dos fixos. Em outras palavras, os contatos são mantidos abertos ou
fechados conforme circule (b) ou não (a) corrente pela bobina.
" " "
"(a) Contator Desenergizado "(b) Contator Energizado "
Na figura a seguir podemos ver um exemplo de um contator, apresentado
na chamada "vista explodida".
Contator – Vista Explodida
A corrente que circula pela bobina é a corrente do circuito de
comando, sendo, portanto muito menor de que aquela que circula pelo
circuito principal. Consegue-se assim ligar ou desligar correntes de
intensidades relativamente grandes através da ligação ou interrupção de
corrente de pequena intensidade. Nessas condições é fácil concluir pela
economia, que advém do emprego do contator sempre que seja exigido comando
a distância.
Esquema de Contator.
A seguir podemos observar diferentes modelos de contatores, de
diversos fabricantes, nacionais e importados.
" " "
" " "
" " "
" " "
" " "
" " "
Na figura abaixo podemos ver um esquema do panorama da linha de contatores
"Sirius" da Siemens:
Onde:
Obs.: As referências de páginas da lista acima são do catálogo Siemens de
contatores e dispositivos auxiliares.
4.5 Aplicações e Funcionamento do Contator
4.5.1 Com Botão "Liga-Desliga"
Em muitas aplicações necessita-se comandar o contator por meio de um
par de botões liga-desliga, um de ligar, NA (Normalmente Aberto) em posição
de repouso, outro de desligar, NF (Normalmente Fechado) na posição de
repouso. O circuito da figura abaixo constitui o comando do contator
através do par de botões liga-desliga (L/D) respectivamente.
Ao se fechar o botão L (liga) é aplicada uma tensão de linha (VRT) na
bobina do contator, que a energiza mudando o estado de todos os contatos do
contator. Assim, os contatos NA se fecham e os NF se abrem, em particular,
os contatos principais se fecham, o que ocorre também com o contato
auxiliar, que permite que o circuito continue energizado, independente do
estado (em repouso ou não) do botão L (liga). Qualquer elemento série que
abra o circuito que alimenta a bobina, a desenergizará e os contatos
voltarão ao estado anterior. É o caso de D que corresponde ao botão
"desliga". O circuito da figura mostra a atuação na rede de carga ao ligar
os terminais RST aos terminais U-V-W. Podemos também observar na figura o
caminho percorrido pelas correntes do circuito de potência (setas vermelhas
indicam ICA, ICB e ICC) e pela corrente de energização e manutenção da
bobina do contator (seta azul, IB).
Na figura a seguir, podemos ver o mesmo tipo de circuito, porém de uma
forma menos "didática" e mais técnica. A apresentação de circuitos de
comando e acionamento deve seguir o modelo desta figura. Este tipo de
apresentação ou desenho é conhecido como "forma trifilar", pois apresenta
os condutores do circuito de potência de forma separada, ou seja, os três
condutores são desenhados como três grandes linhas.
Chave magnética com botão "liga-desliga"
Na figura abaixo, temos um exemplo de diagrama na forma unifilar.
Este tipo de apresentação é utilizada quando se requer um "enxugamento" do
desenho, devido a sua complexidade.
4.5.2 Contator Com Elemento de Controle
Muitas vezes é necessário condicionar a ação de acionar um processo
(por exemplo, ligar um motor), ao fato de um outro processo já estar em
andamento. Consideremos por exemplo, o caso de uma esteira de carga que
transporta areia, que deve ser elevada para um silo através de um elevador
de caçambas. Nesse processo, a correia transportadora só poderá ser ligada
depois que o elevador estiver funcionando, pois caso contrário, a correia
"enterrará" a caçamba na areia, impedindo o bom funcionamento do sistema.
Isto se obtém, a partir de conveniente arranjo de contatos auxiliares,
de forma que se iniba a operação do motor que move a correia, quando o
motor que aciona as caçambas não estiver operando.
A figura a seguir mostra uma forma de se conseguir esse efeito, onde
se observa que o circuito de comando do contator que energiza o motor da
caçamba, apresenta um contato NA inserido no circuito de comando do motor
da esteira. Assim, só será possível energizar a bobina do contator do motor
da esteira, se o circuito de comando do motor de caçamba estiver energizado
e, portanto a caçamba operando. Note que de modo geral, poderá haver
múltiplas possibilidades de condicionar processos através do enlace lógico
de circuitos de comando, utilizando-se contatos auxiliares comandados pelo
contator de um processo porém, inseridos no circuito de comando de outro
processo.
Caso C1 não for energizado S2/C1 não fechará não permitindo o comando de
C2.
4.5.3 Contatores Associados à Temporizadores
Entende-se por temporizador, um dispositivo que é composto por um
contador de tempo regulável e, uma ou mais chaves que podem ser utilizadas
em circuitos de comando ou de sinalização. Quando energizado o temporizador
inverte o estado de suas chaves após certo intervalo de tempo pré-
estabelecido. A associação de temporizadores com contatores permite, por
exemplo, ligar um circuito depois de certo tempo que um primeiro circuito
foi acionado. Para tanto, é necessário que a energização do temporizador
seja feita por um contato auxiliar do contator que aciona o primeiro
circuito e, um contato NA do temporizador energiza a bobina do contator do
segundo circuito, depois de decorrido o tempo pré-estabelecido.
4.5.4 Contatores Com Elementos Térmicos
O contator passará a integrar também a função de proteção, se for
acoplado a acessório provido de elementos térmicos montados de modo
conveniente. Emprega-se, como nos disjuntores, lâminas bi-metálicas em
série, no circuito de potência. Assim a corrente de carga, se superado um
determinado valor, aquece essas lâminas deformando-as. A lâmina é acoplada
por sistema mecânico (gatilho), com um interruptor ligado em série no
circuito de comando da bobina de modo que quando a lâmina se deforma, a
chave é acionada e a bobina desenergizada. O interruptor tem de ser
rearmado a fim de permitir a nova ligação do contator, existindo para isso
um botão especial (Reset).
4.6 Simbologia
Na figura abaixo temos a simbologia no formato padronizado pela ABNT e
também outros tipos de apresentação, menos usuais.
4.7 Exercícios:
1 Um portão deve ser acionado, para abertura e fechamento, por um motor de
indução trifásico. O sistema deve apresentar as seguintes características:
a) O motor é comandado por um botão de "abre", um de "fecha" e um de
"para".
b) Quando o portão estiver totalmente aberto ou fechado, o motor deve ser
desligado, através de chaves de fim de curso.
c) Lâmpadas sinalizadoras de cores distintas devem ser ligadas quando o
portão estiver abrindo (verde) ou fechando (amarela).
d) Na ocorrência de sobrecarga, um elemento térmico deverá desligar o
motor, e uma lâmpada sinalizadora vermelha deverá ser ligada.
2 Fornecer o circuito de comando para um motor de bomba que deve ser ligado
e desligado através de duas chaves.
Observação: A chave de bóia opera como uma botoeira, comandada pelo nível
de água no reservatório.
3 - Um sistema de bombeamento de água com dois conjuntos motor-bomba de
recalque, um principal e outro de reserva. O recalque é feito de um poço
para um reservatório elevado. O nível de água no reservatório de ser
mantido entre o valor máximo e um valor mínimo, porém havendo falta de água
no poço, o conjunto motor bomba deve ser desligado. Fornecer o circuito de
comando par este sistema.
4 - Fornecer os circuitos de força e de comando para um sistema constituído
de três motores de indução trifásicos que acionem esteiras transportadoras
de areia, com as seguintes características:
a) a partir de um único comando (botoeira ), os motores devem ser ligados,
automaticamente, na seqüência M1, M2, M3.
b) na ocorrência de sobrecarga em um dos motores, devem ser desligados,
além do próprio motor, todos os outros que acionam as esteiras anteriores,
no sentido de deslocamento da carga transportadora.
c) uma lâmpada sinalizadora verde deve ser ligada indicando que todos os
motores estão ligados.
d) quando um ou mais motores forem desligados devido a sobrecarga em um
deles, uma lâmpada sinalizadora deve ser ligada indicando em que motor tal
sobrecarga ocorreu.
5 - O sistema apresentado a figura a seguir, utilizado para o deslocamento
de carga industrial, conta com três motores de indução trifásicos, com as
seguintes funções:
- motor M1: deslocamento do conjunto suporte-haste móvel para a direita ou
para a esquerda;
- motor M2: deslocamento da carga para cima ou para baixo;
- motor M3: movimentação da haste móvel no sentido horário ou anti-horário.
Pede-se o circuito de força e de comando, com as seguintes características:
a) O motor M1 deve ser comandado por um botão de "DIREITA" e um botão de
"ESQUERDA", e desligado automaticamente pela atuação de chaves de fim de
curso.
b) O motor M2 deve ser comandado por um botão de "SOBE" e um botão de
"DESCE", e desligado automaticamente pela atuação de chaves de fim de
curso. Este motor conta com freio eletromagnético. Quando o motor é ligado,
a bobina do freio deve também ser ligada, e o freio solta imediatamente.
c) O motor M3 deve ser comandado por um botão de "HORÁRIO" e um botão de
"ANTI-HORÁRIO" e desligado automaticamente pela atuação de chaves de fim de
curso.
d) Na ocorrência de sobrecarga em qualquer um dos motores, todos deverão
ser desligados, e uma lâmpada sinalizadora deverá indicar o motor que foi
sobrecarregado.
5 - Descreva o funcionamento do circuito apresentado na figura a seguir.
Introduzindo um outro contador, com um contato inversor, uma buzina deve
ser acionada, quando houver falta de tensão na rede. A condição normal de
operação deve ser indicada por uma lâmpada sinalizadora.
