Equipamentos indústriais, principalmente motores, requerem altas correntes elétricas, e isso impede a aplicação de interruptores ou transistores comuns. O mesmo ocorre com automóveis e alguns dispositivos domésticos, como por exemplo NoBreaks e sensores de luminosidade.
Imagem 1 - A simbologia dos componentes apresentados neste texto
Além de existir uma forte carga indutiva nos motores, suas correntes iniciais podem alcançar valores de centenas ou milhares de ampéres. O arco formado na abertura dos contatos e o efeito Bouncing no fechamento poderiam distribuir de forma aleatória a corrente pela superfície desses terminais, causando sua queima em pouco tempo, sem contar o perigo do acionamento de altas tensões e correntes com apenas um pequeno 'escudo' de plástico separando os terminais elétricos do ser Humano.
OBSERVAÇÃO: A palavra "relé" vem do francês "relais", todavia, também usamos "relê" por influência do inglês "relay". Embora esta segunda forma ainda não esteja dicionarizada, também é amplamente utilizada e até hoje não vi consenso sobre o termo correto.
OBSERVAÇÃO: Contator, contatora, contactor ou contactora. Não há uma maneira padrão de se referir à este componente!
OBSERVAÇÃO: Como se trata de um texto envolvendo eletromagnetismo, relés de estado sólido não serão destacados nas explicações contidas aqui.
Quando se desliga uma simples lâmpada eletrônica ou um ventilador de teto em sua casa, uma forte carga indutiva que ela representa causa faíscas nos contatos do interruptor, e que são facilmente percebidas. Essas faíscas também são a causa da rápida deterioração dos interruptores, reduzindo sua vida útil.
Vídeo 1 - Se dois simples botões de um ventilador de teto já geram isso, imagina acionar um sistema que puxa dezenas e dezenas de ampéres...
Estes efeitos ocorrem - mas nem sempre são visíveis à olho nú - em quaisquer Chaves On/Off, push buttons, reed-relays, relés EMR, entre outros. Usaremos aqui um push button para exemplificar o efeito.
Quando pressionamos o botão, forçamos o contato entre dois condutores. Note que estamos imprimindo força no botão, então esse movimento possui energia cinética. Você deve lembrar das suas aulas de física no ensino médio que quando temos colisões entre corpos, transferimos energia cinética entre eles. Esse fato faz com que o movimento que inserimos no botão passe para os contatos, que por sua vez levam tempo até se estabilizarem em uma posição de repouso (pleno contato entre eles). Até que esse repouso seja atingido, ocorrem micro oscilações entre posições de contato fechado e aberto, permitindo até o efeito corona.
CURIOSIDADE: Note que tudo isso ocorre naqueles primeiros milissegundos após acionarmos o botão, e apesar de ser muito rápido para notarmos, para um simples Arduino, que está esperando um sinal do botão, essas oscilações são 'notadas' e seu código pode apresentar problemas por causa disso.
A grande vantagem do uso de relés ou contactoras é a drástica redução do repique no acionamento de grandes cargas e na diminuição e grande isolamento dos arcos elétricos no momento da abertura dos contatos.
Neste texto, vamos trazer algumas aplicações práticas envolvendo relés, e uma pequena introdução sobre contactoras, nos aprofundando também em materiais isolantes comumente aplicados nesta indústria.
Contactoras
O contator é um dispositivo eletromecânico com princípio de funcionamento semelhante ao de um relé, porém, com características ainda mais 'parrudas':
-> Alta velocidade de fechamento e abertura dos contatos;
-> Grande superfície dos contatos.
Assim como um relé, a comutação de altas correntes e tensões é feita através de uma bobina, que ao ser energizada fecha os contatos e aciona o equipamento em questão.
Uma mola interna garante que a ação de abertura dos contatos seja muito rápida quando a bobina é desenergizada:
Imagem 2 - Uma contactora Siemens Sirius desmontada. Note a mola de desacoplamento
A bobina que movimenta os contatos é especificada para tensões alternadas de 12, 24, 110, 127, 220, 380 e 440 V, a depender do projeto. Para as correntes contínuas, as tensões especificadas são de 12, 24, 48, 110, 125 e 220 V, a depender do projeto.
Imagem 3 - Esta contactora possui uma bobina projetada para 220 V
Note na imagem acima duas pequenas molas calçando a estrutura de matriz plástica da bobina na estrutura de matriz plástica da traseira do contactor. Essas molas são de amortecimento de impacto e vibrações e não tem relação com a mola de desacoplamento.
A parte traseira da contactora, que abriga a bobina, é confeccionada em termoplástico reforçado com fibra de vidro, da mesma forma que a armação do enrolamento:
Imagem 4 - Perceba que se trata de PBT-GF20
CURIOSIDADE: O Polibutileno Tereftalato (PBT) reforçado com fibra de vidro (GF) é utilizando também na carcaça e armação das bobinas de ignição automotivas, só que, como a temperatura do cofre do motor tende a ser mais alta, usa-se uma porcentagem de fibra na casa dos 30%. Para saber mais sobre bobinas de ignição, CLIQUE AQUI!
Observe a mola de retorno sobre a armação da bobina:
Imagem 5 - Uma bobina de contactora WEG danificada
Na traseira de um contactor é difícil ver marcadores de reciclagem, entretanto, o PA66 reforçado com 25, 30, 33 ou 35% de fibra de vidro é o mais usual:
Imagem 6 - Perceba o uso de PA66 reforçado com 25% de fibra de vidro e um retardante de chamas (FR)
Neste ponto, a carcaça de relés, vistos mais adiente neste texto, não difere muito. Os relés automotivos, por exemplo, incorporam um invólucro de PA66-GF30 ou PA66-GF33, comumente sem menção à um retardante de chamas.
Como vemos no vídeo abaixo, um interruptor mecânico alimentado por uma tensão de 127 V é utilizado para acionar a contactora que alimenta o motor:
Vídeo 2 - Uma contactora AC-3 de 65 A sendo atracada para acionar o motor de um compressor de ar
Isso permite nos distanciar do perigo da alta tensão e fazer uma comutação estável nos circuitos industriais.
Uma característica das contactoras é utilizar polímeros termofixos na construção do suporte dos contatos móveis e na gaiola que abriga-os.
Imagem 7 - Note o marcador de reciclagem ">PF-LF<" no corpo do suporte de contatos móveis
Quando os contatos móveis são atracados, as molas fazem o papel de manter uma pressão constante contra os contatos fixos posicionados na gaiola.
Nas duas peças mostradas acima existe o uso de Polifenol, também conhecido como Fenol Formaldeído (PF, do inglês Phenol Formaldeide), ou mais grosseiramente, "Baquelite". No caso da contactora maior (da direita) é mencionada a mistura de Lignina Formaldeído (LF).
Já a gaiola que abriga os contatos móveis...
Imagem 8 - A gaiola menor é de uma contactora de 65 A, enquanto a maior é de 120 A
Observe a marcação por dentro:
Imagem 9 - O código de reciclagem é ">UP-LF FR<"
Aqui a Lignina Formaldeído (LF) é o reforço da resina de Poliéster Insaturado (UP). Note a indicação de uso de um retardante de chamas (FR), que mais uma vez é omitido. A aplicação de uma mistura DMC (ou BMC), isto é, Poliéster Insaturado reforçado com alguma porcentagem de fibra de vidro picada (">UP-GF<") também serviria, pois são compósitos que podem aguentar tranquilamente mais de 200 °C sem pestanejar.
Já a parte frontal das contactoras utilizam carenagens de PA66-GF20, e algumas possuem outra estrutura polimérica termofixa entre a face e a gaiola, comumente de UP-GF20FR (DMC):
Imagem 10 - Praticamente toda a parte de alta tensão das contactoras são feitas de resinas termofixas, às vezes reforçadas com fibra de vidro
Note que as partes brancas que envolvem os bornes são de PA66-GF20FR, assim como a face do componente.
CURIOSIDADE: Para saber mais sobre Flame Retardants (FRs) em compósitos poliméricos, CLIQUE AQUI!
Quanto aos metais, a bobina, quando energizada, atrai o grande bloco de Aço-Silício preso no suporte de contatos, atracando a contactora.
Imagem 11 - Bloco de Aço-Silício laminado preso ao suporte de contatos móveis. Quando a bobina é energizada, o campo eletromagnético atrai o bloco, movimentando os contatos e fechando o circuito
Este grande bloco, assim como num indutor ou transformador qualquer, precisa ser composto por um aglomerado de chapas laminadas para minimizar ao máximo as correntes parasitas, isto é, correntes de Foucault.
Para saber mais sobre as ligas de Aço-Silício e suas aplicações em bobinas, CLIQUE AQUI!
Para saber mais sobre os formatos de núcleos de bobinas e detalhes de suas geometrias, CLIQUE AQUI!
As molas utilizadas em contactoras podem ser produzidas com aços de médio e alto teor de Carbono, tais como aqueles entre o SAE 1050 e o SAE 1120. Além do mais, recebem galvanização a frio para resistirem à oxidação.
Imagem 12 - Note que, os contatos ficam permanentemente pressionados por molas de compressão. Ao atracar, a bobina puxa o suporte de contatos para baixo, fechando o circuito
Os contatos móveis e fixos nem sempre são feitos em ligas de Bronze ou Latão. Contactoras de alta corrente podem ter os contatos móveis feitos com SAE 1045 galvanizado com Cobre, como vemos na seguinte imagem:
Imagem 13 - Aços SAE também são alternativa para pontes de alta corrente. Antes que restem dúvidas, com um imã pude percebem a forte atração dos contatos
Já os bornes de conexão da fiação elétrica podem ser feitos de ligas de Latão ou Bronze galvanizadas a frio com Estanho ou Níquel.
Relés EMR Voltimétrico e EMR Amperimétrico
Já os relés eletromecânicos (conhecidos também pela sigla EMR) são componentes menores, mas não menos complexos, pois envolvem no mínimo uma alavanca, que é deslocada toda a vez que uma bobina é magnetizada, abrindo e fechando o circuito. No vídeo abaixo, vemos um relé em funcionamento:
GIF 1 - Acoplamento e desacoplamento dos contatos de um relé
O enrolamento pode usar um simples núcleo de Ferrite em forma de 'pino', ao invés do consagrado Aço-Silício. Para saber mais sobre o Ferrite, CLIQUE AQUI!
O mais comum é encontrarmos relés monofásicos para tensão contínua, apesar de que relés monofásicos para tensão alternada também são produzidos.
Imagem 14 - Um Relé bifásico com bobina para tensão alternada
Note que a carcaça é feita de Policarbonato e a base (onde estão os terminais) é feita de PA66-GF, enquanto a estrtura (carretel) do enrolamento de Cobre CU1100 pode ser de PP-GF ou PBT-GF, apesar de que não há códigos de reciclagem.
Nos veículos automotores o uso de relés é deliberado. Se tratando do cofre do motor de um simples carro de passeio, ao menos três são necessários:
-> Um relé para a bomba de combustível;
-> Um relé para o sistema de ignição;
-> Um relé para o eletroventilador do radiador (quando há ar condicionado, um segundo relé é usado para acionar um estágio de rotação mais baixo).
No próximo vídeo, vemos o acionamento do primeiro estágio do eletroventilador do radiador feito pelo módulo de injeção eletrônica através de um relé com capacidade para até 70 Ampéres em CC:
Vídeo 3 - Note que todas as partes metálicas ferrosas são galvanizadas com Cobre e a bobina é enrolada numa estrutura de compósito tal qual ocorre nas contactoras
CURIOSIDADE: No vídeo acima, podemos ver uma pequena centelha no momento em que se abre o circuito. É o efeito Bouncing se manifestando.
O módulo de injeção eletrônica não tem condições de fornecer dezenas de ampéres ao motor elétrico, portanto, um relé é necessário, da mesma forma que se torna imprescindível um relé para alimentação das bobinas de ignição e outro para o motor da bomba de combustível.
No habitáculo também existe uma pluralidade de relés EMR 12 Volts. O desembaçador do vigia traseiro e as máquinas de vidros elétricas, por exemplo, também precisam de relés, assim como os faróis e lanternas, que costumam drenar uma alta corrente:
Imagem 15 - Logo abaixo do volante fica localizada a caixa de relés e fusíveis na grande maioria dos automóveis. A imagem acima é de um Ford Fiesta Zetec Rocam fabricado em meados de 2008
Perceba que as carcaças dos relés automotivos são feitos de PA (Poliamida 6.6), ou então PA66-GF30 ou PA66-GF33 (Poliamida 6.6 reforçada com 30% ou 33% de fibra de vidro, respectivamente), enquanto os carreteis podem ser feitos de mesmo material, PP-GF ou PBT-GF. Não há preenchimento com material termofixo internamente, afinal, diferente de uma bobina qualquer, os relés precisam de espaço para movimentar a haste de abertura e fechamento dos contatos elétricos.
CURIOSIDADE: A placa com os soquetes dos relés pode ser feita de:
-> PPE+PA: Polipropileno Éster misturado com Poliamida 6.6;
-> PA66-(GF+GB): Poliamida 6.6 reforçada com alguma porcentagem de fibra de vidro misturada com alguma porcentagem de pó de vidro.
Na imagem abaixo, vemos a caixa de fusíveis e relés de um Ford Focus MK1.5, de meados de 2006:
Imagem 16 - Note o uso de PPE+PA na placa de soquetes
Já os caminhões da Scania, por exemplo, utilizam uma carcaça de PBT-GF (principal, cor branca) e uma de PA66-GF20 (secundária, cor cinza) servindo de encaixe para cada soquete de fusível e relé:
Imagem 17 - Um quadro de soquetes para fusíveis e relés num Scania R540 datado de 2021
É uma característica curiosa de tais sistemas naturalmente usarem materiais compósitos a base de termoplásticos (melhor reciclabilidade, entretanto, relativamente menos resistentes ao calor).
Dois valores muito importantes envolvendo relés são a Tensão de PickUp e o Drop Out.
Imagem 18 - Um relé EMR Voltimétrico utilizado em sistemas de partida de motores AC monofásicos CSCR
Aqui está a explicação de cada termo:
-> Tensão de PickUp: É a tensão mínima necessária para energizar um relé ou colocá-lo em um estado "ligado". Quando a tensão aplicada à bobina do relé excede esse limite, os contatos do relé fecham, permitindo que a corrente flua pelo circuito.
Este parâmetro é crucial para garantir que o relé funcione eficazmente em sua aplicação pretendida. Se a tensão estiver abaixo deste nível, o relé não será ativado.
-> Tensão de Drop Out: É a tensão máxima na qual um relé permanecerá no estado "ligado". Quando a tensão cai abaixo desse nível, o relé será desenergizado, fazendo com que os contatos se abram, interrompendo o fluxo de corrente no circuito.
Esta previsão é importante para entender a estabilidade e a confiabilidade do relé em várias condições. Se a tensão cair abaixo deste limite durante a operação, o relé pode abrir o circuito involuntariamente.
Indo para os Relés Amperimétricos, os encontramos em circuitos de partida de motores AC monofásicos em substituição aos obsoletos interruptores centrífugos.
OBSERVAÇÃO: Para compreender melhor a utilidade deste componente, lhe indico a leitura dos dois textos dedicados aos motores elétricos. Para acessa-los basta CLICAR AQUI! (Parte 1) e CLICAR AQUI! (Parte 2).
Sua função é usar a própria elevação de corrente no momento da partida para fechar o contato do enrolamento auxiliar, dando mais força ao motor elétrico, que ao atingir cerca de 70% da rotação nominal tem a bobina auxiliar desacoplada devido a queda da corrente de alimentação, que não é mais suficiente para manter o relé com o contato fechado.
Diagrama 1 - A fase que alimenta a bobina do relé também alimenta o enrolamento principal do motor
Em geral, a bobina de tais relés possui fios de Cobre CU1100 mais espessos para fazer melhor uso da corrente requisitada pelo enrolamento principal do motor ao ser acionado, magnetizando-se e fechando o contato do enrolamento (secundário) auxiliar, momento em que a corrente demandada cai e torna o campo eletromagnético do relé muito baixo, desconectando a bobina secundária do motor.
Imagem 19 - Os três tipos mais comuns de invólucros de Relés EMR Amperométricos
Este é um movimento de milissegundos, apenas para facilitar a partida do motor. Assim como outros dispositivos, os invólucros são feitos de termoplásticos bastante estáveis termicamente, tais como o super comum PA6.6, PA66-GF ou PBT-GF.
No seguinte complemento da Tecumseh, é dada a explicação sobre os Relés EMR Amperométricos e Voltimétricos, bem como os Relés PTC:
Complemento 1 - O tipo ainda mais comum é o EMR Amperométrico
CURIOSIDADE: No artigo dedicado aos Termistores PTC e NTC, trazemos mais detalhes sobre o Relé PTC. Para acessar, CLIQUE AQUI!
A 'capacidade' do relé EMR Amperométrico leva em conta o LRA (corrente de rotor bloqueado) do motocompressor, isto é, a corrente necessária para tirar o rotor da inércia, que é várias e várias vezes maior que a corrente nominal. Em geral, são listados relés para propulsores com potência nominal de 1/2, 1/3, 1/4, 1/5, 1/6 e 1/8 de hp (horse-power).
Imagem 20 - Um compressor Embraco EMYe 70HEP num freezer Consul CHA22F 66N datado de 2024
Note na imagem acima que o LRA deste compressor é de 7,3 / 6,5 Amperes entre uma tensão de 220 a 240 V, ou seja, a bobina do relé vai se beneficiar disto para acoplar por alguns milissegundos o enrolemtno secundário do motor e aliviar a inércia de partida.
Voltando ao Relé EMR Potencial, sua aplicação é muito comum em sistemas de refrigeração acima de 2 hp, que geralemnte portam um motor AC monofásico CSCR.
Imagem 21 - Um Relé RVH geralmente possui contatos normalmente fechados (NF). Créditos: Canal do YT Viana Cursos
No próximo complemento, vemos e comprovamos características construtivas destes tipos de relé já citadas anteriormente:
Complemento 2 - Observe que os materiais utilizados são os mesmos dos demais tipos apresentados neste texto
Tal tipo é aplicado em motores monofásicos AC CSCR, onde faz-se necessário um capacitor de partida e um capacitor permanente para aumentar o torque nominal. Abaixo, um diagrama genérico de aplicação:
Diagrama 2 - Perceba que tanto o capacitor permanente quanto o condensador de partida estão ligados ao mesmo enrolamento
Reed Relay
O Reed-Relay, inventado em 1936 nos laboratórios Bell e conhecido também como relé de palheta, é um tipo de interruptor magnético que pode ser controlado ou com um eletroimã ou com um imã permanente. Os contatos são finas lâminas de material magnético e o eletroímã atua diretamente sobre eles sem exigir uma armadura para movê-los. Este componente evoluiu gradualmente de peças muito grandes e relativamente rudimentares para as peças pequenas e ultraconfiáveis que temos hoje.
Imagem 22 - As lâminas ferromagnéticas de um Reed Relay
Selados em um invólucro de vidro tubular longo e estreito, os contatos são protegidos contra agentes externos. O envelope de vidro pode conter vários interruptores reed ou vários interruptores reed podem ser inseridos em uma única bobina e atuar simultaneamente.
O interior do bulbo de vidro pode ser preenchido com algum gás quimicamente inerte ou com vácuo, logo, se trata de um componente hermeticamente fechado, afinal, um arco elétrico reduz muito a vida útil destes 'mini terminais'. O vácuo oferece um isolamento elétrico muito bom mesmo com um entreferro muito pequeno, e esse princípio também é utilizado em relés de vácuo.
Comparados com relés EMR, os relés de palheta podem comutar muito mais rápido, pois as partes móveis são pequenas e leves, embora o salto de comutação ainda esteja presente, e além disso, eles exigem menos potência operacional e têm menor capacitância de contato. Todas essas vantagens permitem sua aplicação em sistemas eletrônicos miniaturizados e de baixa potência.
Sua capacidade de manuseio de corrente é limitada, mas, com materiais de contato apropriados, eles são adequados para aplicações de comutação "secas", e por serem mecanicamente simples, proporcionam confiabilidade e longa vida útil.
Tabela 1 - Alguns tipos de Relés Reed fabricados pela LittelFuse
Agora, os Reed Relays série HE7xx da LittelFuse:
Imagem 23 - Perceba que o invólucro DIP é todo feito de Poliepóxido, tal como num chip qualquer
Dentre os inconvenientes do Reed Relay está o fato de ser facilmente magnetizável por um campo moderado (pode ser necessária uma blindagem magnética de alta permeabilidade), a flexão dos pinos externos das palhetas pode diminuir significativamente sua permeabilidade magnética a ponto de se tornarem inoperantes e a soldagem com altas temperaturas também pode modificar as propriedades físicas das palhetas, por isso, em alguns casos, são recomendados grampos em liga de Alumínio para a operação de soldagem.
Na próxima imagem, vemos a secção transversal de um Reed Switch, com seu invólucro tubular de vidro inserido num segundo invólucro metálico selado por resina termofixa de Poliepóxido e contendo a bobina de acionamento:
Imagem 24 - Um Reed Relay por dentro
-> 1: Tubo de vidro;
-> 2: Contatos móveis;
-> 3: Bobina de energização;
-> 4: Selamento do invólucro metálico e travamento da bobina ao redor do tubo de vidro feito com resina termofixa de Poliepóxido;
-> 5: Conexões ao contato comutado e à bobina;
-> 6: Invólucro metálico atuando como blindagem magnética.
Como vemos na imagem acima, além do invólucro tradicional de vidro (semelhante aos fusíveis em invólucros de vidro), onde apenas se encontram os contatos do tipo palheta, também podemos encontra-lo com um invólucro de metal selado com Poliepóxido ou feito totalmente em resina termoplástica, tais como PA, PA66-GF, PP ou LCP, onde também vem incluso a bobina de acionamento:
Imagem 25 - Exceto o modelo RD2RC2, os demais possuem invólucro SIP-1A05
OBSERVAÇÃO: Ao contrário do que está espalhado pela internet, os invólucros de vidro não são feitos de "Dióxido de Silício de alta pureza". Há sim uma predominância do Dióxido de Silício na composição, entretanto, há vários outros Óxidos misturados para melhorar o ponto de fusão do material, diminuindo o consumo de energia em seu processamento. Além do mais, para que a vedação hermética das palhetas metálicas com o vidro seja efetiva por um longo período de tempo - assim como numa lâmpada incandescente -, é imprescindível uma liga de vidro com uma pluralidade de aditivos, privilegiando as diferenças nos coeficientes de expansão térmica. Para saber mais sobre cerâmicas e vidros, comece CLICANDO AQUI!
CURIOSIDADE: Para além do Ferro e do Níquel, outros metais, como por exemplo Cobre, Ródio (baixa resistência de contato) e Tungstênio (maior resistência à tensão) são usados. Em algumas aplicações críticas é implementado contatos umedecidos com Mercúrio.
As palhetas precisam ter um efeito de mola, isto é, serem mecânicamente elásticas, pois devem fornecer sua própria força para abrir os contatos após a remoção do campo magnético, ou seja, além da flexibilidade, uma alta permeabilidade magnética e baixa remanência. Esta força não deve ser muito grande para que o campo magnético relativamente pequeno aplicado possa mover os contatos um em direção ao outro. Para saber mais sobre as propriedades mecânicas dos materiais, comece CLICANDO AQUI!
O design de um relé de palheta é um meio termo entre vários efeitos concorrentes. A folga entre os contatos elétricos móveis deve ser a maior possível para suportar a tensão nominal quando o interruptor estiver na posição aberta (neste momento, o vácuo ou um gás inerte ajudam na isolação, permitindo a redução da distância entre as lâminas). No entanto, do ponto de vista magnético, uma grande folga representa alta relutância e reduz a força magnética disponível, que pode ficar abaixo do limite para que as palhetas sejam puxadas uma em direção à outra, então, magneticamente, a folga deve ser a menor possível.
As palhetas devem ser facilmente magnetizáveis para que possam ser ativadas por uma pequena corrente na bobina, o que torna a solução mais eficiente em termos de energia (a corrente CC na bobina é dissipada pelo efeito Joule). No entanto, a sensibilidade ao campo magnético não pode ser muito alta, pois campos magnéticos dispersos de outros dispositivos próximos (talvez a bobina do próximo relé de palheta na PCB) podem ativá-lo. No caso extremo, o campo magnético da Terra (em torno de 40 A/m) também pode ativa-lo, dependendo de sua posição. Por esse motivo, alguns relés estão disponíveis com blindagem magnética integrada ou são fabricados em invólucro metálico/magnético que atua como uma blindagem. Essas soluções são úteis para os chamados relés de “alta sensibilidade” (que podem ser comutados com menos corrente através da bobina) ou para montagem de “alta densidade”, de modo que vários relés podem ser montados na vizinhança direta um do outro.
O campo magnético opera melhor se for aplicado na direção longitudinal. Um campo uniforme aplicado em uma direção transversal provavelmente não ativará os contatos. Por exemplo, na imagem mostrada abaixo, o ímã relativamente pequeno teve que ser aplicado ligeiramente em direção a uma extremidade do tubo para garantir que os contatos se tocassem. Quando esse ímã foi posicionado exatamente no centro (ou seja, simetricamente acima do contato), nada ocorreu. Isso é visto pois, com uma magnetização transversal simétrica, ambas as extremidades do contato seriam magnetizadas para ter o mesmo polo magnético e, portanto, não se atrairiam.
Imagem 26 - Magnetização longitudinal
Para uma versão de troca, há três palhetas e pelo menos uma deve ser móvel e ferromagnética. Nas duas restantes, a que fornece a função normalmente aberta também deve ser ferromagnética, mas a normalmente fechada deve ser não magnética.
Uma aplicação super comum dos reed-relays é na bóia do tanque de ARLA 32 dos caminhões modernos.
Imagem 27 - Tanque de ARNOX de um Scania R500 NTG
Um grande conjunto de resistores é ligado em série, e entre cada componente há uma derivação conectada a um relé de palheta que fecha o circuito. Conforme a bóia magnética se movimenta pra cima e pra baixo, os relés são acionados, alterando a resistência do circuito, que serve como parâmetro pra detecção da quantidade de ARLA no tanque. Para entender melhor, veja este vídeo:
Vídeo 4 - Confita este conteúdo sobre o funcionamento da bóia do tanque de ARNOX
Agora, o desenho genérico do circuito da bóia:
Diagrama 3 - como funciona a bóia do tanque de ARNOX
Diferente de um tanque de combustível de um automóvel, que usa um potenciômetro com seu eixo contectado numa alavanca e na ponta uma pequena bóia plástica, o sistema AdBlue traz um sistema sem partes mecânicas, com melhor vedação e mais compacto, já que o reservatório é alto e estreito.
Configuração dos contatos e bobinas
Se a configuração do contato de um relé ou contactora é NF (normalmente fechado, ou NC na sigla em inglês) o circuito está fechado enquanto a bobina encontra-se desenergizada. Então quando energizado, a conexão física entre contato fixo e móvel se abre e interrompe a passagem de corrente elétrica. O inverso ocorre quando a configuração do contato do relé é NA (normalmente aberto, ou NO em inglês). Em alguns casos o relé ou contactora tem a função de comutação entre dois circuitos.
Em alguns casos, os relés podem ter mais de um contato atuando simultaneamente com a força magnética. Há casos também em que a força da mola, necessária para fazer o contato retornar ao estado de repouso, é substituída pela força da gravidade.
No caso dos Reed Relays, vemos outras nomenclaturas para definir um NC ou NO. Na implementação mais simples, um Reed Switch é "Form A" (NO). A versão “Form B" é NF. Usando o mesmo princípio do “normalmente fechado” (com um ímã de polarização), também é possível fazer os relés “de comutação” (Form C).
Os interruptores com um polo (ou fase) e acionamento simples e duplo são os mais comuns, mas também existem configurações triplas e quádruplas. As abreviações mais comuns são apresentadas na sequência:
-> SPDT significa "Single Pole-Double Throw", ou seja, um interruptor de um polo e duas posições. Está conectado a L1 (NC, Normalmente Fechado) ou a L2 (NO, Normalmente Aberto);
-> SPST significa "Single Pole-Single Throw", ou seja, um interruptor de um polo e uma posição. Resumidamente, um simples interruptor liga-desliga;
-> DPDT significa "Double Pole-Double Throw", ou seja, um interruptor de dois polos e duas posições. É equivalente a dois interruptores SPDT controlados por dois circuitos;
-> DPST significa "Double Pole-Single Throw", ou seja, um interruptor de dois polos e uma posição. É equivalente a dois interruptores SPST controlados por um circuito;
-> 3PDT significa "Triple Pole-Double Throw", ou seja, um interruptor de três polos e duas posições. É equivalente a três interruptores SP e DT controlados por dois circuitos.
Supressor de surto (Snubber)
No capítulo 2 sobre eletrodinâmica, alguns detalhes sobre supressores de surto em relés e contactoras foram apresentados.
De maneira geral, relés automoivos (para tensão continua) podem utilizar um simples resistor, ou em alguns circuitos um diodo em anti-paralelo com a bobina. Em ambos os tipos, a função é dissipar a descarga elétrica do enrolamento quando o circuito é aberto:
Diagrama 4 - Nos automóveis mais comuns ainda é possível encontrar um simples resistor em paralelo com enrolamento
Na imagem seguinte, as medidas de resistência e indutância num relé de 12 Volts para uso automotivo:
Imagem 28 - A bobina possui 88 mH (miliHenry), enquanto o resistor possui 72 Ω (Ohms)
Já nas contactoras, os snubbers dependem da tensão de alimentação da bobina, isto é, se é alternada ou contínua:
Imagem 29 - Parte de um manual de instruções da WEG sobre supressores de surto
Note na imagem acima, que um diodo em anti-paralelo é aplicado quando a bobina é alimentada por tensão contínua. Apesar do varistor ser ótimo para dissipar surtos de tensão, comumente faz-se uso de um filtro mais barato, composto por um capacitor de filme plástico em série com um resistor:
Imagem 30 - Esta contactora possui um Resistor + Capacitor para supressão de surto, ou seja, sua bobina opera em tensão alternada
Além deste dispositivo ser ótimo para dissipar a descarga da bobina, impedindo a destruição de outros circuitos mais sensíveis, um filtro snubber pode ser aplicado em paralelo com uma lâmpada de LED - que possui uma alta carga indutiva -, também senvindo para suavizar a descarga ao desligar, ou então aplicado a um interruptor comum para minimizar o efeito boucing, isto é, reduzir a ocilação causada no exato momento em que o interruptor é aberto ou fechado.
Diferenças entre EMRs e Reed Switches
Existem algumas diferenças notáveis entre relés reed e EMRs que os usuários devem estar cientes:
-> Os relés Reed geralmente apresentam uma operação muito mais rápida (tipicamente entre um fator de 5 e 10) do que os EMRs. As diferenças de velocidade surgem porque as lâminas do interruptor reed são mais simples, mais leves e percorrem menos distâncias em comparação aos EMRs;
-> Os relés de palheta têm contatos hermeticamente selados, o que leva a características de comutação mais consistentes em níveis de sinal baixos e valores de isolamento mais altos na condição aberta. Os EMRs geralmente são envoltos em embalagens plásticas de PP ou PA66-GF que fornecem uma certa quantidade de proteção, mas os contatos ao longo do tempo são expostos a poluentes externos, tais como ar atmosférico contaminado com Enxofre. Além disso, ao comutar em um ambiente onde vapores inflamáveis podem estar presentes o uso de EMRs pode causar uma explosão ao comutar a quente;
-> Os Reed-Relays têm vida mecânica mais longa (sob condições de carga leve) do que os EMRs, normalmente da ordem de um fator entre 10 e 100. A diferença surge devido à ausência vantajosa de peças móveis e aos contatos serem encapsulados em um tubo de vidro hermeticamente selado;
-> Os Reed-Switches exigem menos energia para operar os contatos do que os EMRs;
-> Os EMRs são projetados para ter uma ação de limpeza quando os contatos fecham, o que ajuda na eliminação de impurezas no ponto de ligação. Isso ajuda a melhor substancialmente a condutividade nos contatos, mas também pode aumentar o desgaste da galvanização superficial, que tem como função retardar a oxidação das ligas de Cobre aplicadas;
-> Os EMRs podem ter classificações de corrente muito mais altas do que os relés reed pois usam contatos maiores e ligas metálicas não-ferrosas com menor resistividade. Já os relés reed geralmente são limitados a transportar correntes de até 3 A, j´pa que suas lâminas são muito pequenas e confecionadas com ligas metálicas ferrosas de maior resistividade. Devido aos seus contatos maiores, os EMRs também costumam suportar melhor os surtos de corrente;
-> Altas tensões podem ser alcançadas em EMRs, embora isso aumente o tamanho do relé. Comparativamente, a tensão de standoff em um interruptor a vácuo (como aqueles em relés reed) será de 10 a 20 vezes maior do que um EMR similar com a lacuna de contato no ar. Relés eletromecânicos são amplamente usados na indústria para funções de comutação. Fabricantes de eletrônicos fizeram grandes investimentos em tecnologia de fabricação para fazer os relés em grandes volumes.
Existem algumas diferenças notáveis entre relés reed e EMRs que os usuários devem estar cientes:
-> Os relés Reed geralmente apresentam uma operação muito mais rápida (tipicamente entre um fator de 5 e 10) do que os EMRs. As diferenças de velocidade surgem porque as lâminas do interruptor reed são mais simples, mais leves e percorrem menos distâncias em comparação aos EMRs;
-> Os relés de palheta têm contatos hermeticamente selados, o que leva a características de comutação mais consistentes em níveis de sinal baixos e valores de isolamento mais altos na condição aberta. Os EMRs geralmente são envoltos em embalagens plásticas de PP ou PA66-GF que fornecem uma certa quantidade de proteção, mas os contatos ao longo do tempo são expostos a poluentes externos, tais como ar atmosférico contaminado com Enxofre. Além disso, ao comutar em um ambiente onde vapores inflamáveis podem estar presentes o uso de EMRs pode causar uma explosão ao comutar a quente;
-> Os Reed-Relays têm vida mecânica mais longa (sob condições de carga leve) do que os EMRs, normalmente da ordem de um fator entre 10 e 100. A diferença surge devido à ausência vantajosa de peças móveis e aos contatos serem encapsulados em um tubo de vidro hermeticamente selado;
-> Os Reed-Switches exigem menos energia para operar os contatos do que os EMRs;
-> Os EMRs são projetados para ter uma ação de limpeza quando os contatos fecham, o que ajuda na eliminação de impurezas no ponto de ligação. Isso ajuda a melhor substancialmente a condutividade nos contatos, mas também pode aumentar o desgaste da galvanização superficial, que tem como função retardar a oxidação das ligas de Cobre aplicadas;
-> Os EMRs podem ter classificações de corrente muito mais altas do que os relés reed pois usam contatos maiores e ligas metálicas não-ferrosas com menor resistividade. Já os relés reed geralmente são limitados a transportar correntes de até 3 A, já que suas lâminas são muito pequenas e confecionadas com ligas metálicas ferrosas de maior resistividade. Devido aos seus contatos maiores, os EMRs também costumam suportar melhor os surtos de corrente;
-> Altas tensões podem ser alcançadas em EMRs, embora isso aumente o tamanho do relé. Comparativamente, a tensão de standoff em um interruptor a vácuo (como aqueles em relés reed) será de 10 a 20 vezes maior do que um EMR similar com a lacuna de contato no ar.
Qual a diferença entre AC-1, AC-2, AC-3 e AC-4 nas contactoras?
Imagem 31 - Uma contactora chinesa e seu rótuilo com especificações técnicas. Note que ela é da categoria AC-3, feita para 65 Ampéres (CA) ou 80 Ampéres (CC), com isolamento (Ui) de 1 kV e isolamento de impulso (Uimp) de 8 kV
As categorias de emprego para contatores em corrente alternada, segundo IEC 947-4 fixam os valores de corrente que o contator deve estabelecer ou interromper.
Elas dependem:
-> Da natureza do receptor controlado: motor de gaiola ou de anéis, resistências;
-> Das condições nas quais se efetuam os fechamentos e as aberturas: motor em regime, ou bloqueado ou em partida, inversão do sentido de rotação, frenagem por contracorrente.
Agora, as categorias:
AC-1: Aplica-se a todos os aparelhos de utilização em corrente alternada (receptores), cujo fator de potência é no mínimo igual a 0,95 (Cos φ maior e igual a 0,95);
AC-2: Refere-se a partida e desligamentos, frenagem por contracorrente e partida por impulsos em motores de anéis.
No fechamento o contator estabelece a corrente de partida próximo de 2,5 vezes a corrente nominal do motor. Na abertura, deverá interromper a corrente de partida com uma tensão no mínimo igual à tensão da rede. A interrupção é mais severa;
AC-3: É relativa aos motores de gaiola cujo desligamento é efetuado com o motor em regime. No fechamento o contator estabelece a corrente de partida que é de 5 a 7 vezes a corrente nominal do motor. Na abertura, o contator interrompe a corrente nominal absorvida pelo motor, e neste momento, a tensão nos bornes de seus pólos é da ordem de 20% da tensão da rede.
Exemplos de utilização: Todos os motores de gaiola normais, elevadores, escadas rolantes, correias transportadoras, elevadores de canecas, compressores, bombas, misturadores, condicionadores de ar, etc;
AC-4: Manobras pesadas do tipo acionar motores a plena carga, comando intermitente de inversão. Trata-se de partidas com frenagem por contracorrente e à partida por impulsos em motores de gaiola ou de anéis.
O contator fecha com uma intensidade que pode atingir 5 e até 7 vezes a corrente nominal do motor. Na abertura, o contator interrompe esta mesma corrente, sob uma tensão tanto maior quanto menor for a velocidade do motor. Esta tensão pode ser igual à da rede. A interrupção é bastante severa.
Abaixo, um resumão de algumas especificações de contactoras feitas pela fabricante Schmersal:
Complemento 3
Em breve, adicionarei mais informações sobre os relés térmicos. Aguarde!
Optamos por sempre focar em especificações de construção, afinal, de nada adianta debater sobre o funcionamento se não irmos de encontro ao nível de abstração mais baixo: os materiais. E mais uma vez, descobrimos que plástico não é "tudo a mesma coisa".
O primeiro artigo de 2025 vai receber várias atualizações e ficar ainda mais completo ao longo do tempo!
Caso queira contribuir com mais informações, fique à vontade para entrar em contato conosco pelo e-mail hardwarecentrallr@gmail.com.
FONTES e CRÉDITOS:
Texto: Leonardo Ritter.
Imagens, diagramas e gráficos: Leonardo Ritter; Enciclopédia Magnética; Google Imagens.
Fontes: Desmonte de contactoras e relés; outros conteúdos do próprio HC; Instituto Newton C. Braga; Enciclopédia Magnética; datasheets da LittelFuse; Mundo da Elétrica; Schneider Electric, Schmersal; PDFs da Soprano; Manuais de instruções de contactoras e relés; Wikipedia (somente artigos com fontes verificadas!).
Última atualização: 19 de Janeiro de 2025.
ความคิดเห็น