Como funcionam os contatores (EL040)

Existe uma grande quantidade de dispositivos e equipamentos utilizados no controle industrial. Um dos dispositivos mais simples usado no controle industrial é o contator. Veja neste artigo como funciona e para que serve um contator. Veja também como interpretar suas características.

Na enorme linha de equipamentos e dispositivos utilizados no controle industrial podemos citar os painéis de controle, os equipamentos de conversão de energia elétrica, os equipamentos de controles de processo, os controladores lógicos programáveis (CLPs), os relés, contatores, interruptores e controladores de motores.

É justamente deste último grupo de dispositivo que nos propomos a tratar neste artigo. Lembramos que já falamos dos CLPs e dos Inversores de Potência (que se encaixa no grupo dos equipamentos de conversão de energia elétrica) em artigos anteriores.

No grupo dos relés, contatores, interruptores e controladores de motores podemos incluir os seguintes dispositivos:

 

a) Interruptores operados mecanicamente, magneticamente ou manualmente assim como dispositivos operados por temperatura (térmicos) e por sobrecarga.

b) Controladores de motores com a finalidade de proporcionar recursos de segurança em caso de sobrecargas, falhas de aterramento, etc.

c) Interruptores operados por flutuação. São dispositivos acionados por peso, pressão ou vácuo usados no controle direto de motores.

d) Interruptores por tensão plena, ignição, baixa tensão, etc.

e) Interruptores combinados manuais e magnéticos, operados por fluxo ou proximidade, etc.

f) Interruptores de estado sólido e medidores.

 

O Contator

As elevadas correntes que são drenadas pelos equipamentos industriais, principalmente os motores de alta potência impede que interruptores comuns sejam usados para seu controle.

De fato, além de termos uma forte carga indutiva nesses motores, suas correntes iniciais podem alcançar valores de centenas ou milhares de ampères. O arco formado na abertura dos contactos, e o efeito de repique no fechamento poderiam distribuir de forma aleatória a corrente pela superfície desses contactos causando sua queima em pouco tempo, conforme mostra a figura 1.

 

Arco formado na abertura dos contatos.
Arco formado na abertura dos contatos.

 

O leitor deve ter notado o que ocorre quando você desliga uma lâmpada eletrônica em sua casa: a forte carga indutiva que ela representa, causa faíscas nos contactos do interruptor que são facilmente percebidas. Essas faíscas também são a causa da rápida deterioração dos interruptores que, em pouco tempo, começam a falhar, conforme mostra a figura 2.

 

Faíscas causam a rápida deterioração dos interruptores.
Faíscas causam a rápida deterioração dos interruptores.

 

Para controlar correntes intensas é preciso usar interruptores que tenham características especiais como:

* Alta velocidade de fechamento e abertura dos contactos

* Grande superfície dos contactos

 

Isso é conseguido com dispositivos denominados "contatores".

O contator é um dispositivo eletromecânico com princípio de funcionamento semelhante ao de um relé. Na figura 3 temos a estrutura de um contator em suas duas posições de funcionamento, energizado e desenergizado.

 

Estrutura de um contator.
Estrutura de um contator.

 

Uma bobina, operada por uma baixa tensão contínua ou alternada, move um conjunto de contactos mecânicos que têm as características exigidas para o controle de correntes intensas.

Os contatos podem ser do tipo NA (normalmente abertos) e NF (normalmente fechados).

Para os contactos NA, quando a bobina do contator se encontra desenergizada, eles permanecem desligados. Quando a bobina é energizada, os contactos são ligados.

Para os contactos NF, o comportamento é inverso: quando a bobina se encontra desenergizada, os contactos permanecem fechados. Ao ser energizada, os contactos abrem o circuito externo.

Uma mola interna garante que a ação de abertura dos contactos seja muito rápida quando a bobina é desenergizada.

As bobinas dos contactos são especificadas para tensões alternadas de 12, 24, 110, 127, 220, 380 e 440 V.

Para as correntes contínuas, as tensões especificadas são de 12, 24, 48, 110, 125 e 220 V.

 

Na foto abaixo temos a foto de um contator comum, para uso industrial.

 

Contator.
Contator.

 

 

Como Usar Contatores

Na figura abaixo temos um exemplo de numeração dos terminais (bornes) de um contator.

 

Exemplo de numeração dos terminais (Bornes) de um contator.
Exemplo de numeração dos terminais (Bornes) de um contator.

 

Para usar um contator é preciso levar em conta a tensão de sua bobina, que vai determinar como ele é acionado, e a corrente máxima de seus contatos.

Os contatores são especificados por uma corrente nominal (In) a qual deve ser levada em conta em função do tipo de serviço que ele vai executar. Assim, um contator da categoria AC1 , no servi;co 1, pode suportar uma corrente igual à nominal ao ligar e desligar e eventualmente (serviço) ocasional, uma corrente 1,5 vezes maior que a nominal.

A tabela abaixo dá as diferentes categorias de empregos de contatores:

 

CategoriaServiço normalServiço Ocasional
LigarDesligarLigarDesligar
AC1 1.lN 1.lN 1,5.lN 1,5.lN
AC2 2,5.lN 1.lN 4.lN 4.lN
AC3 6.lN 1.lN 10.lN 8.lN
AC4 6.lN 6.lN 12.lN 10.lN

 

Os contatores são usados exatamente da mesma forma que os interruptores comuns: são ligados em série com os circuitos que devem controlar, conforme mostra a figura 5.

 

Os contatores são ligados em série com os circuitos que devem controlar.
Os contatores são ligados em série com os circuitos que devem controlar.

 

Nessa figura mostramos como usar um contator para um sistema de partida direta de um motor trifásico. Observe que é muito importante que nas aplicações industriais sempre se controle todas as três fases ao mesmo tempo, o que não ocorre nos circuitos comuns domésticos de baixa potência.

Veja que, podemos utilizar diversos tipos de circuitos para controlar a bobina do contator, obtendo assim maior versatilidade. Assim, conforme,mostra a figura 6, podemos controlar a bobina por duas chaves (botoeiras) obtendo assim liga e desliga independente, e além disso podemos adicionar um relé térmico que protege o circuito no caso de um sobreaquecimento ou sobrecarga.

 

Controlando a bobina por duas chaves.
Controlando a bobina por duas chaves.

 

K1 tem o que se denomina "contato de selo". Sua finalidade é agregar a função "trava" ao circuito. Assim, quando acionamos a botoeira que liga o motor, o contacto de selo "trava" na posição "ligado", mantendo a bobina K1 do contator energizada, mesmo depois que tiramos o dedo do botão de acionamento.

Na figura 7 temos uma aplicação importante e bastante usada na indústria. Trata-se da inversão do sentido de rotação de um motor pela "troca" das fases, o que é feito através de contatores.

 

Inversão do sentido de rotação de um motor pela troca das fases.
Inversão do sentido de rotação de um motor pela troca das fases.

 

 

Conclusão

Quando se trabalha com automação industrial, onde as correntes que alimentam os diversos dispositivos são intensas, dispositivos especiais para seu controle devem ser usados.

O contator, que vimos neste artigo é um desses dispositivos. Seus recursos permitem ligar e desligar cargas que exigem correntes muito intensas de forma segura e eficiente.

Além disso, ele permite que circuitos recursos especiais sejam agregados, tornando o controle muito mais versátil tais como a ação biestável, a interrupção automática em caso de sobrecargas e muito mais.

Todo o profissional da automação industrial deve estar apto a entender as especificações desses dispositivos e saber como usá-los corretamente.

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