I. TÍTULO: COMANDO ATRÁVES DE CONTATORES
II. OBJETIVO: Conhecer o processo de comando de máquinas elétricas e outras cargas utilizando contatores com a proteção com fusíveis e relés térmicos.
III. INTRODUÇÃO:
Vimos, anteriormente, que uma corrente elétrica, percorrendo um fio, produz um campo magnético. Vimos também que, enrolando-se esse fio de modo a formar uma bobina, em torno de um núcleo de ferro, o campo magnético produzido pela corrente, ao passar pela bobina, concentra-se no meio metálico do núcleo, de modo que este passa a comportar-se como um ímã artificialmente produzido. A esse ímã dá-se o nome de “eletroímã”, o qual apresenta como característica muito útil o fato de podermos “ligar ou desligar o seu campo magnético” bastando, para isso, passar ou não uma corrente pela bobina.
Passemos agora, a explorar uma importante aplicação desse fato. Consideremos o esquema apresentado na Fig. 1.a.
E1 E2 Ch B mola bloco de ferro núcleo eletroimã contato fixo contato móvel lâmpada I I’ C1 C2
malha de comando malha de manobra figura 1.a
Com a chave Ch aberta, nenhuma corrente circula pela bobina, logo o eletroímã não atrai o bloco B mantido afastado pela mola e, portanto os contatos C1 e C2 ficam separados, de modo que a corrente I’ não circula e, consequentemente, a lâmpada fica apagada.
Fechando-se a chave Ch, a corrente I circulará pela bobina, produzindo um campo magnético que atrai o bloco B. Se a força magnética produzida for suficiente para vencer a força elástica da mola até o ponto em que os contatos C1 e C2 se juntem, então a corrente I’ poderá circular, acendendo-se a lâmpada (fig. 1.b).
E1 E2 Ch B mola núcleo eletroimã contato fixo contato móvel lâmpada I I’ C1 C2
malha de comando malha de manobra figura 1.b
Naturalmente existem maneiras mais simples de se comandar uma lâmpada e não é, certamente, nesse caso que o circuito de comando acima exposto é aplicado. Todavia ele é mais fácil de se entender.
O operador sobre os contactos da chave Ch, que estão na malha de comando. Esta por sua vez, atua sobre os contactos C1 e C2, que estão na malha de manobra. Vemos, então, que o operador pode ser isolado da corrente I’ ou da tensão E2 que, conforme for o circuito ligado à malha de manobra, podem representar risco à segurança do operador.
Além disso, o eletroímã pode ser usado para acionar mais de um contato simultaneamente, que pode tanto ser aberto como fechado. Veja-se, por exemplo, a figura 2.a.
E1 E3 E2 Ch B eletroimã contato normalmente
fechado contatonormalmente aberto lâmpada 2 lâmpada 1 I I’ I’’ C1 C3 C2 C4 figura 2.a
Na figura 2.b representa-se a situação em que o eletroímã está acionado ( chave CH fechada), em que a mola fica tracionada, tentando restabelecer a situação em que C3 e C4 estão juntos e C1 e C2 separados.
contato normalmente
fechado contatonormalmente aberto I’’ E1 E2 Ch B eletroimã lâmpada 2 lâmpada 1 I I’ C1 C3 C2 C4 E3 figura 2.b
IV. APLICAÇÃO DE CONTATOR
Definição de contator(terminologia brasileira – ABNT)
Contator é um dispositivo de manobra mecânico de operação não manual, que tem uma única posição de repouso e é capaz de conduzir e interromper correntes sob condições normais do circuito e sob condições de sobrecarga prevista.
Tipos de contatores
Contatores principais Contatores auxiliares
Contatores com contatos principais e auxiliares
Esses tipos de contatores semelhantes na aparência. O que os diferencia são algumas características mecânicas e elétricas.
- Contator principal:
- Contator auxiliar:
- Botoeiras:
- Relé térmico: - Relé térmico acoplado ao contator:
Como salientamos anteriormente, a malha de manobra pode apresentar correntes elevadas, segundo o tipo de carga que vamos comandar usando o contator. Essas correntes regem contatos robustos para suportá-las. Esses contatos são denominados Contatos Principais. Também dissemos que um mesmo contator pode acionar vários pares de contatos. Entre esses pares de contatos, pode haver alguns que sejam menos robustos que os contatos principais, servindo apenas para circuitos auxiliares e de sinalização, podendo ser utilizados na malha de comando, como veremos mais adiante. Tais contatos são chamados contatos auxiliares.
Assim, um contator que só possua contatos para grandes correntes, isto é, contatos principais, denomina-se contator principal. Analogamente, um contator que possua somente contatos para baixas correntes denomina-se contator auxiliar.
Para dar uma idéia melhor, apresentamos a seguir as correntes nominais de duas séries construtivas de contatores:
TIPO DE CONTATOR CORRENTE NOMINAL (A)
Auxiliar 2 a 10
Principal 12 a 630
Símbolos gráficos
Norma americana ANSI:
Operação dos contatores
Ao se aplicar um contator em um comando industrial, por exemplo, os ciclos de atividades do processo de produção ao qual ele aplicado é que definirão quantas vezes os seu contatos vão se abrir e se fechar a cada hora de trabalho. Isso levará a uma determinada duração para os contatos, devido ao desgastes eletromecânico dos mesmos. A formação de arco voltaico entre os contatos pode levar, inclusive, à soldagem dos mesmos: esse é fator de desgaste. Além disso, a pressão de um contato sobre o outro e o impacto mecânico contribuem para o desgaste.
É interessante salientar que esses dois fatores do desgaste, ou seja, a formação de arco por um lado e a pressão e impacto mecânico por outro lado, atuam de forma concorrente. O arco se forma principalmente em contatos irregulares e de fechamento lento. Para evitar isso, ajusta-se a tensão aplicada à bobina, de forma a atrair mais rapidamente a peça que sustenta os contatos. Entretanto, isso aumentará o desgaste devido à pressão entre os contatos e o impacto. Portanto, deve haver uma faixa de tensão ótima a se aplicar à bobina, evitando assim ser baixa demais, o que provocava o arco, ou alta demais, que resultaria em muita pressão e impacto violento.
Alguns fabricantes recomendam a observância da faixa de tolerância da tensão da bobina, que é de 0,85 a 1,1 Un, onde Un é a tensão nominal da bobina.
Comando auxiliar de Intertravamento
Os comandos que empregam contatores são, na maioria das vezes, feitos através de botões de pressão, também conhecidos como “botoeiras” ou “pulsadores”. Esta última denominação indica como funcionam: pressionando-se o botão, pode-se abrir ou fechar os seus contatos, dependendo do tipo do botão (normalmente fechado ou normalmente aberto, respectivamente). Porém, deixando-se de pressionar, os contatos do botão voltam ao estado inicial, por ação de uma mola.
Os símbolos para os botões são os seguintes:
Para serem aplicados em conjunto com contatores, os botões requerem um esquema de Intertravamento. Para entender o que vem a ser isso, consideremos o seguinte caso:
Problema 1 – Dispomos de uma botoeira com dois botões : B1 e B2. Queremos acender uma lâmpada usando esses botões e um contator, acendendo ao apertar B1 e apagando ao apertar B2. Determinar o tipo de cada botão e cada contato utilizado e o esquema de ligação.
Regras para utilização de Botões em Botoeiras (Normas DIN)
Disposição dos botões na botoeira
Cor de Botões e condições de operação dos comandos
Vermelho – parar, desligar.
Verde ou Preto – ligar, partida, toques.
Amarelo – interrpção de etapas, retrocesso preventivo em situações anormais.
Branco ou Azul Claro – Comando de funções auxiliares não relacionadas diretamente com o circuito de operação ( Ex: destravamento de reles de proteção).
Dispositivos de proteção
São dispositivos que tem a função de proteger um circuito ou uma carga, interrompendo a corrente elétrica em situações anormais de
funcionamento.
O contator é um dispositivo de manobra na qual a força para abrir ou fechar os seus contatos elétricos é obtida através de um eletroímã.
Em circuitos que contenham motores elétricos, são utilizados basicamente dois tipos de dispositivos de proteção:
a) Proteção dos circuitos contra curto-circuitos:
Os dispositivos utilizados neste caso são os fusíveis e os disjuntores ( consultar a apostila de laboratório – Aula 1)
b) Proteção dos motores contra sobre-cargas
Neste caso o dispositivo geralmente utilizado é o relê térmico. O relê térmico utiliza como detector de sobre-carga, um elemento bimetálico na qual é enrolado algumas voltas de fio condutor, sendo que entre eles existe uma material isolante elétrico e bom condutor de calor. Este elemento bimetálico é constituído de duas lâminas unidas e com coeficiente de dilatação diferentes, de modo que se o aquecermos, uma lâmpada se dilatará mais que a outra, e como as lâminas estão
intimamente ligadas, haverá um deslocamento lateral:
Quando uma corrente elétrica passar pelo condutor ( enrolado sobre o elemento bimetálico), provocará um aquecimento devido ao efeito Joule:
τ = R . I2 . ∆t
Uma parte deste calor é transferido ao elemento bimetálico e a parte restante é disperso no meio. Se a corrente elétrica ultrapassar um determinado limite, provocará um aquecimento sobre o elemento bimetálico, fazendo que este sofra um deslocamento. Aproveitando este fato, podemos utilizar este dispositivo para acionar contatos elétricos. Ver o exemplo ilustrado na figura abaixo:
a) Em condições normais:
b) Com sobre carga de corrente:
Se o motor é trifásico, é utilizado um relé térmico com três elementos bimetálicos. Liga-se um elemento por fase. Ver a figura abaixo:
O contato elétrico NF deve ser ligado em série com a bobina do contator, assim caso ocorra uma sobre-carga de corrente, o contato elétrico NF abre interrompendo a alimentação da bobina e
consequentemente, desligando a alimentação do motor. Após a detecção e solucionamento do problema, ativa-se o relé acionando o botão de rearme que se encontra no próprio relé.
e.1) Motor em ligação estrela- Na ligação estrela as bobinas do motor podem ser ligadas da seguinte forma:
e.2) Motor em ligação triângulo – Na ligação triângulo as bobinas do motor podem ser ligadas da seguinte forma:
VI. PARTE EXPERIMENTAL
Material Utilizado:
03 - fusíveis diazed com porta-fusíveis 02 – contatores
02 - conjutos de botoeiras (1NA + 1NF) 01 – motor trifásico de indução
01 – relé térmico
01 – base para montagem
1a parte – Partida direta (Comando Liga/Desliga)
1) Identificar o material utilizado e localizar nos contatores e botoeiras os terminais dos contatos NF , NA e, no contator, os terminais da bobina.
2) Montar os circuitos abaixo, observando a simbologia descrita no item V, e verificar a atuação da botoeira S1 (NA) no circuito.
Obs: ligar o motor em estrela.
3) Complementar o circuito anterior, ligando em paralelo à botoeira S1 o contato auxiliar NA do contator. Verifique a atuação deste contato auxiliar.
4) Complementar o circuito, utilizando a botoeira S2 (NF) ligado em série ao circuito de comando. Verificar a atuação da botoeira S2.
2a parte – Inversão no sentido de rotação de motores trifásicos
Para invertermos o sentido de rotação em motores trifásicos basta invertermos duas fases entre si nos terminais de alimentação. Neste comando é utilizado dois contatores, que devem ser ligados no circuito de tal maneira que evite um curto-circuito entre as fases, isto é, quando um dos contatores estiver ligado o outro deve ser impedido de atuar. Para resolver este problema é utilizado os contatos auxiliares NF dos contatores.
Montar o circuito abaixo e verificar a atuação das botoeiras e contatos auxiliares:
MODALIDADE__________________________ TURNO:__________ DATA:___/___/___ NOME:_____________________________________ No. DE MATRÍCULA: _____________ NOME:_____________________________________ No. DE MATRÍCULA: _____________ NOME:_____________________________________ No. DE MATRÍCULA: _____________ NOME:_____________________________________ No. DE MATRÍCULA: _____________ NOME:_____________________________________ No. DE MATRÍCULA: _____________
1) No esquema abaixo, qual das ligações que está impedindo o bom funcionamento do comando liga-desliga do motor? Por quê?
________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________
2) No circuito acima, cite o nome dos itens identificados:
a)__________________ b) __________________ c) __________________
d) __________________ e) __________________
3) Cite 2 exemplos de aplicações de comando de motor com utilização de contator e acionamento à distância:
________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ 4) O relê térmico para proteção de um motor, quando existe uma sobrecarga, provoca a abertura de um contato, de modo a interromper a corrente na bobina do contator. A corrente que provoca a dilatação da lâmina bimetálica do relê para que isto aconteça é a corrente do circuito de comando ou do circuito de força (principal)?
________________________________________________________________________________ 5) Em circuitos com motores, quais os dispositivos utilizados para proteção contra:
a) curto-circuito: __________________________________________________________________ b) sobrecargas: ___________________________________________________________________
