Controlando Motores com Relés (MEC325)

Escrito por Newton C Braga

Este artigo foi adaptado do livro Robotics, Mechatronics and Artificial Intelligence (esgotado) que publiquei nos Estados Unidos (*). Com pequenas adaptações e upgrades, ele ensina como controlar motores usando relés.

MEC198S

(*) Uma nova edição em português, em espanhol e em inglês está sendo preparada com a finalidade de atender as modificações impostas no ensino de tecnologia no nível médio pelo BNCC (Base Comum Curricular) de 2018 e pelo STEM do programa americano semelhante aprovado em 2015 e analisado desde 2009.

 

Relés são interruptores eletromecânicos. Eles são basicamente formados por uma bobina e um ou mais pares de contatos, como mostrado na Figura .1. Quando uma tensão é aplicada à bobina, o fluxo de corrente cria um campo magnético que atrai os contatos e os fecha. Se a corrente através da bobina é cortada, o campo magnético desaparece e os contatos abrem. Um circuito externo controlado por esses contatos pode ser ligado e desligado pela corrente através da bobina.

 

Figura 1 Estrutura e símbolo do relé
Figura 1 Estrutura e símbolo do relé

 

 

Duas propriedades importantes podem ser observadas neste arranjo:

1. O circuito controlado é completamente isolado do circuito de controle.

2. Podemos aplicar baixa tensão e baixa corrente à bobina do relé para controlar circuitos de alta tensão e / ou alta corrente.

 

Os relés podem ser obtidos em diferentes tamanhos e com diferentes características elétricas, conforme apropriado para uma determinada aplicação.

Ao usar relés nesses projetos, devemos observar as seguintes características:

? A tensão nominal ou da bobina. Essa é a tensão que, quando aplicada à bobina, fecha os contatos. Na prática, um relé pode fechar seus contatos com tensão abaixo da indicada e mantê-los fechados mesmo quando a tensão cai abaixo do valor nominal, demonstrando a característica de histerese. Relés com tensões nominais entre 3 e 48 V são comuns em aplicações de robótica e mecatrônica.

? A corrente da bobina. Esta é a corrente que flui através da bobina quando a tensão nominal é aplicada. Correntes entre 20 e 100 mA são comuns em relés.

? A resistência da bobina. Esta resistência pode ser encontrada facilmente dividindo a tensão nominal pela corrente da bobina. Valores entre 50 e 500? são comuns.

? Contato atual. Esta é a corrente máxima que pode ser controlada por um relé. Valores típicos estão no intervalo de 1 a 10 A.

 

Como os relés são usados.

A figura 2 mostra o símbolo e a aparência dos relés comuns. Um relé pode ser considerado como um interruptor que é operado por um sinal elétrico. A figura .2a mostra um relé SPST e, em 3.2b, um relé DPDT. Outros tipos, com vários contatos, podem ser obtidos.

 

Figura 2 - Tipos de relés
Figura 2 - Tipos de relés

 

 

Circuitos Básicos Usando Relés

A seguir, blocos que usam relés e alguns componentes passivos, como diodos, resistores e capacitores. Aplicações mais complexas, incluindo outros elementos acoplados aos relés, serão discutidas em partes posteriores deste livro.

 

Ativando ou desativando uma carga

Um detalhe importante a ser observado nesses relés é que eles podem ter contatos que estão normalmente abertos (NO) ou normalmente fechados (NC), conforme mostrado nos símbolos. A maneira mais simples de controlar uma carga a partir de um relé é usar um desses contatos e o comum (C), conforme mostrado na Figura 3.

 

Figura 3 - Usando os contatos NO e NC
Figura 3 - Usando os contatos NO e NC

 

Se os contatos NO e C forem usados, a carga será ligada quando o relé fechar os contatos (quando a bobina estiver energizada). Se os contatos NC e C forem usados, a carga será desligada quando o relé for energizado. Isso significa que você pode usar o relé para ativar ou desativar as cargas. Lembre-se de que os contatos estão fechados apenas enquanto a corrente está fluindo pela bobina.

 

Inversão de Corrente

Outro uso para um relé é inverter a corrente, conforme descrito ao usar o comutador DPDT. O relé é usado conforme mostrado na Figura 4.

 

Figura 4 – Inversão de corrente
Figura 4 – Inversão de corrente

 

 

Comutação Paralelo-Série (II)

O circuito mostrado pela Figura 5 comuta duas cargas, conectando-as em série ou em paralelo a uma fonte de alimentação. Quando o relé está ligado, as cargas são conectadas à fonte de tensão em série. Quando o relé está desligado, as cargas são conectadas em paralelo. O circuito pode ser usado para impulsionar motores DC em robótica e dispositivos mecatrônicos. O mesmo circuito pode ser usado em um modo inverso, comutando as cargas em paralelo quando o relé está ligado.

 

Figura 5 - Comutação paralelo-série (I)
Figura 5 - Comutação paralelo-série (I)

 

 

Figura 6 - Comutação paralela em série (II).
Figura 6 - Comutação paralela em série (II).

 

 

Relé com Trava

Quando S1 é momentaneamente pressionado, o relé fecha seus contatos e permanece nesse estado até que a tensão de alimentação seja cortada. S1 pode ser qualquer sensor, microinterruptor ou outro interruptor de contato momentâneo conforme adequado para a aplicação. Se um relé DPDT estiver instalado, o segundo par de contatos pode ser usado para controlar qualquer circuito externo, como sugerido na Figura 7.

 

Figura 7 - Relé com trava
Figura 7 - Relé com trava

 

Para desligar o circuito, você pode simplesmente cortar a tensão da fonte de alimentação, mas existem outras abordagens possíveis. Um deles é criar um curto momentâneo usando um interruptor em paralelo com a bobina. Outra solução é dada no próximo artigo.