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11DISPOSITIVOS DE COMANDO - CONTATORES

1.1 INTRODUÇÃO

Freqüentemente os projetos e as instalações de engenharia elétrica de potência apresentam um ou mais equipamentos elétricos, instalados ao longo de uma área, que devem ser controlados por um ou mais locais ou pontos de comando. Como exemplos disso cita-se: refinarias, canteiros de obras, diversos processos industriais e mesmo uma simples porta de garagem ou um elevador de um edifício.

O problema que se coloca então, é o de suprir energia a todos os equipamentos de forma que o operador possa acioná-los ou desliga-los à distância, de forma segura, econômica e eficiente, isto é, tendo conhecimento do status (ligado ou desligado) e respeitando eventuais diretrizes operativas que regem o funcionamento de cada um dos equipamentos.

Cabe lembrar que um circuito elétrico de potência é usualmente trifásico, composto por uma fonte ( por exemplo a rede pública da concessionária), condutores, carga e uma chave liga/desliga, como mostra a figura abaixo. Tratando- se de um circuito de potência, os condutores devem transportar correntes elevadas, sendo portanto grossos e conseqüentemente custosos. Figura 1.1- Circuito Trifásico

A primeira forma que surge para solucionar o problema proposto é levar energia a todos os equipamentos através de cabos dos circuitos de potência que alimentam cada um deles, de maneira que todos os circuitos passem pelo ponto de comando, onde estariam localizadas as chaves liga/desliga de cada um deles.

Essa solução certamente não é a mais adequada, pois além de exigir alto investimento em longos circuitos de alta capacidade de corrente, resulta em elevados níveis de perda e de queda de tensão e ainda, apresenta limitações operativas graves, como por exemplo impedir que se ligue/desligue um equipamento de locais diferentes. A figura 1.2 ilustra essa situação.

25211. DISPOSITIVOS DE COMANDO - CONTATORES ENTRADA DE ENERGIA

CENTRO DE
CONTROLE

Figura 1.2 - Rede com várias cargas atendidas por circuito de potencia passando por um local de controle

A solução recomendada é a utilização de CONTATORES, que é um dispositivo de comando, um tipo de chave liga/desliga, cujos contatos mudam de estado , quando se energiza o CONTATOR. Isto é, os contatos que estavam abertos quando o CONTATOR estava desenergizado fecham e, os que estavam fechados, abrem. Assim o operador aciona o CONTATOR, que por sua vez aciona o equipamento de potencia a ele associado. Um CONTATOR é um dispositivo de baixo consumo de energia. A imagem da Figura 1.3 ilustra um CONTATOR e a Figura 1.4 a solução proposta .

Figura 1.3 - Contator (w.steck.com.br)

ELETROTÉCNICA GERAL 253

CONTROLE

Fig 1.4 - Rede com várias cargas atendidas por circuito de potência sem passar por um local de controle

Nessa solução, é necessária a introdução de circuitos para a alimentação dos CONTATORES, denominados circuitos de comando, mas isto não acarreta adicional de custo significativo pois os circuitos são constituídos por condutores finos e de baixo custo. A grande vantagem econômica decorre do encurtamento dos custosos circuitos de potência, que percorrem apenas a menor distância entre a fonte e a carga, sem a preocupação da localização do(s) ponto(s) de comando, com é ilustrado na figura a seguir. Há ainda outras vantagens nesta solução que utiliza CONTATORES, como operálos facilmente de diversos locais e introduzir proteção de sobrecarga ou mesmo vínculos lógicos no funcionamento das cargas, como é apresentado nos próximos itens.

É possível acoplar um dispositivo de proteção aos CONTATORES, evitando sobrecarga no equipamento, ou integrar elementos temporizadores nos circuitos que alimentam o CONTATOR, de forma a permitir ligar ou desligar equipamentos em momentos prédeterminados.

25411. DISPOSITIVOS DE COMANDO - CONTATORES

1.2 OBJETIVO

Este capítulo tem por objetivo apresentar o princípio de funcionamento e as diretrizes de aplicação de um tipo de dispositivo utilizado para o acionamento (ligar) e desativação (desligar) de equipamentos elétricos de potência, entendidos como sendo aqueles que consomem desde alguns quilowatts até dezenas de quilowatts e que operam em baixa tensão (até 1000 V).

Esse tipo de dispositivo é um tipo de interruptor, denominado CONTATOR ou CHAVE MAGNÉTICA e é recomendado para acionar equipamentos elétricos por um ou vários locais distantes do equipamento, sinalizando para o operador o status (ligado ou desligado) do equipamento.

1.3PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

1.3.1TIPOS DE CIRCUITOS UTILIZADOS EM INSTALAÇÕES COM CONTATORES

Antes de tratar do princípio de funcionamento de um CONTATOR, é importante apresentar alguns conceitos e terminologias sobre os circuitos elétricos utilizados em instalações com CONTATORES.

Um circuito elétrico é composto, no mínimo, por uma fonte ( por exemplo: a rede pública da concessionária, um gerador ou mesmo uma bateria), por uma carga (por exemplo: um motor ou uma lâmpada), condutores que conectam a fonte à carga e uma chave liga/desliga, que permite o acionamento da carga através da energia proveniente da fonte. A figura abaixo ilustra a constituição de um circuito elétrico.

Fig 1.5 - Desenho de um circuito

Em instalações com CONTATORES, estão presentes 3 tipos de circuitos, que são classificados conforme a função que exercem, a saber :

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- circuito de potência ou principal, geralmente trifásico, alimenta a carga principal, a qual requer corrente elevada, exigindo portanto condutores com grandes bitolas e chave liga/desliga capaz de interromper essa alta corrente;

- circuito de comando, que apresenta baixo nível de corrente, portanto requerendo condutores finos e chave liga/desliga para interrupção de pequenas correntes. A carga do circuito de comando é a bobina que aciona o mecanismo que permite que chaves (contatos) do CONTATOR mudem de estado (abrir/fechar).

- circuito de sinalização que fornece indicações e informações (usualmente luminosas ou sonoras) sobre o estado do circuito principal como por exemplo, se está operando ou não, se há sobrecarga ou não, etc. As cargas dos circuitos de sinalização são, usualmente, lâmpadas ou alarmes sonoros, requerendo condutores finos e chave liga/desliga para interrupção de baixas correntes.

Esses 3 tipos de circuitos são completamente independentes do ponto de vista de constituição física, podendo inclusive utilizar fontes independentes. Porém, há uma relação funcional entre eles, que é a seguinte: o circuito de comando se destina para acionar o circuito de potência e o circuito de sinalização presta informações sobre a operação do circuito de potência.

A Figura 1.6 ilustra os circuitos de potência, de comando e de sinalização.

Chaves com comando a distância CARGA FONTE

Figura 1.6 - Circuitos de Potência, de Controle e de Sinalização

25611. DISPOSITIVOS DE COMANDO - CONTATORES

1.3.2CONSTITUIÇÃO E FUNCIONAMENTO DE UM CONTATOR

Os CONTATORES são constituídos por um conjunto de contatos fixos A , e outro de contatos móveis B ,cujo movimento de abrir/fechar é comandado pela parte móvel de um núcleo de ferro, que por sua vez é envolvido por uma bobina que ao ser energizada cria um campo magnético que movimenta essa parte móvel desse núcleo.

Usualmente os CONTATORES possuem um conjunto de contatos normalmente fechados (NF) que "abrem" quando a bobina é energizada e um conjunto de contatos normalmente abertos (NA) que "fecham" quando a bobina é energizada.

A título de exemplo, um CONTATOR utilizado para comandar um motor trifásico possui pelo menos:

- 3 contatos principais NA, que pertencem ao circuito principal (trifásico), - 1 contato auxiliar NA, que pertence ao circuito de comando,

- 1 contato auxiliar NF, que pertence ao circuito de sinalização.

Os 3 contatos NA de "potência" são dimensionados para ligar/desligar cargas com correntes relativamente altas, enquanto os contatos auxiliares são dimensionados para ligar/desligar correntes bem menores. Outros contatos auxiliares podem ser integrados no contator, conforme a necessidade ou conveniência.

O núcleo de ferro é composto por uma parte fixa, envolvida pela bobina e uma parte móvel que é mantida distante (aberto) da parte fixa pela ação de uma mola. Quando a bobina é energizada a força de atração resultante do campo magnético no núcleo supera a força da mola e fecha o núcleo, justapondo a parte móvel à fixa.

Assim, o comando para atuação do contator é realizado pela energização da bobina, cujo campo magnético provoca a atração do núcleo de ferro, ocasionando o deslocamento dos contatos móveis que nessas condições se justapõem ou se afastam dos fixos, conforme sejam normalmente aberto ou fechados, respectivamente. Em outras palavras, os contatos NF são mantidos abertos ou NA mantidos fechados enquanto circula corrente pela bobina. Note que 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.

Com isso, consegue-se ligar/desligar correntes de intensidades relativamente grandes através de comando, o qual lida com corrente de pequena intensidade.

A Figura 1.7 ilustra o funcionamento de um CONTATOR, onde se observa:

- entre a fonte e a carga há 3 pares de contatos principais (R, S e T ; U, V e W) normalmente abertos (NA) que se fecham quando a bobina B é energizada e

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“puxa” os contatos móveis que estão rigidamente acoplados a parte móvel do núcleo magnético da bobina. Quando a bobina está desenergizada o núcleo magnético (e os contatos a ele solidários) é mantido aberto pela força de uma mola;

- o contato auxiliar AE1-AS1 é normalmente aberto e se fecha quando a bobina B é energizada;

- o contato auxiliar AE2-AS2 é normalmente fechado e se abre quando a bobina B é energizada.

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