DISPOSITIVOS DE COMANDO ~ Área da Elétrica

1. OBJETIVO

Esta experiência tem por finalidade a familiarização com dispositivos e
chaves de comando a distância, com possibilidade de efetuar
acionamentos sequenciais pré determinados ou deslocados em relação ao
tempo.

2. DISPOSITIVOS DE COMANDO

2.1 GENERALIDADES

Todo acionamento elétrico além de contar com proteção adequada deve
ter ainda dispositivos que permitam a sua ligação e desligamento, sem
risco para o operador.

Os dispositivos de comando, de acionamento e controle são constituídos
por chaves, algumas aptas a interromper ou ligar circuitos com carga
(disjuntores), outras perfazendo essas funções somente sem carga
(seccionadoras).

São fatores determinantes na escolha de disjuntores e seccionadoras suas
tensões e correntes nominais, sendo que naqueles é imprescindível a
consideração de sua capacidade disruptiva, isto é, o valor máximo da
intensidade de corrente que a chave consegue interromper.

Em muitas aplicações deve-se executar o comando automaticamente ou à
distância. Essas duas funções são executadas pelos "contatores", objeto
da presente experiência.

Um aspecto de relevante importância no âmbito dos sistemas elétricos,
onde estão inseridos os dispositivos de comando, é que coexistem
usualmente 3 tipos de circuitos, cada qual com sua função, quais sejam:

- circuito de potência ou principal;
- circuito de comando e proteção;
- circuito de sinalização ou supervisão.
O circuito de potência é geralmente trifásico e alimenta a carga principal,
apresenta usualmente, correntes relativamente altas e portanto condutores
com grandes bitolas.
O circuito de comando e proteção é independente do circuito de potência,
não obstante utilize frequentemente a mesma fonte de tensão.

O circuito de comando e proteção tem como carga os elementos
(usualmente bobinas) que acionam mecanismos que permitem que chaves
(contatos), associadas aos dispositivos de comando, mudem de estado
(abrir/fechar). Essas chaves podem estar inseridas em circuitos de
potência, de sinalização e no próprio circuito de comando e proteção.

Os circuitos de comando e proteção incluem chaves (em série) que
interrompem esse circuito (cortando a alimentação das bobinas) quando
dispositivos de proteção assim determinarem.

Os circuitos de sinalização e supervisão fornecem indicações e
informações (usualmente luminosas ou sonoras) sobre o estado do
circuito principal como por exemplo, se está operando ou não, se há
sobrecarga etc..

2.2 CONTATORES

2.2.1 GENERALIDADES

São constituídos por um conjunto de contactos fixos, A , e outro de
contatos móveis, B , que são acoplados mecanicamente e comandados por
núcleo de ferro que se encontra no interior de uma bobina.

Usualmente os contatores possuem um conjunto de contatos normalmente
fechados (NF) que quando a bobina é acionada "abrem"; simultaneamente
possuem um conjunto de contatos normalmente abertos (NA) que quando
a bobina é acionada "fecham".

Um contator utilizado, por exemplo, no comando de um motor, possui
pelo menos:

- 3 contatos principais NA
- 1 contato auxiliar NA
- 1 contato auxiliar NF

É possível acoplar outros contactos auxiliares no contator, conforme as
necessidades.

Este tipo de contator possui os 3 contatos NA de "potência"
dimensionados para uma carga com corrente relativamente alta. Enquanto
os contatos auxiliares são dimensionados para uma corrente auxiliar de
comando bem menor.

Os contatores aplicados especialmente em circuitos de controle
geralmente se apresentam com 10 contatos de baixa capacidade de
corrente, combinando 5 NA e 5 NF e, podendo haver outras variações
conforme a aplicação.

O comando do contator é realizado pela energização da bobina, quando o
núcleo de ferro é atraído, ocasionando o deslocamento dos contatos
móveis que nessas condições se justapõem ou se afastam dos fixos. Em
outras palavras, os contatos são mantidos abertos ou fechados conforme
circule ou não corrente pela bobina.
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. Consegue-se assim ligar ou desligar correntes de intensidades
relativamente grandes através da ligação ou interrupção de corrente de
pequena intensidade.

Nessas condições é fácil concluir pela economia, que advém do emprego
do contator sempre que seja exigido comando a distância.

Figura 2.1 - Esquema de Contator.

2.2.2 APLICAÇÕES E FUNCIONAMENTO DO CONTATOR

2.2.2.1 COM BOTÃO “LIGA-DESLIGA”

Em muitas aplicações necessita-se comandar o contator por meio de um
par de botões liga-desliga, um de ligar, NA em posição de repouso, outro
de desligar, NF na posição de repouso.

O circuito da figura 2.2 constitui o comando do contator através do par de
botões liga-desliga (B1/C1 e B2/C1) respectivamente.
Ao se fechar o botão B1/C1 (liga) é aplicada a tensão de linha (VRT) na
bobina do contator que a energiza mudando o estado de todos os contatos
do contator. Assim, os contatos NA se fecham e os NF se abrem, em
particular, os contatos principais se fecham, o que ocorre também com o
contato S1/C1 que permite que o circuito continue energizado,
independente do estado (em repouso ou não) do botão liga.

Qualquer elemento série que abra o circuito que alimenta a bobina, a
desenergizará e os contatos voltarão ao estado anterior. É o caso de
B2/C1 que corresponde ao botão "desliga" ou do contato auxiliar Rb/C1
que abre comandado por dispositivo de proteção.

O circuito da figura 2.2, mostra a atuação na rede de carga ao ligar os
terminais RST aos terminais U-V-W, assim como o elemento Rb de
detecção de sobrecarga.

Figura 2.2 - Chave magnética com botão “liga-desliga”.

2.2.3 CONTATOR COM ELEMENTO DE CONTROLE

Muitas vezes é necessário condicionar a ação de acionar um processo
(por exemplo ligar um motor), ao fato de um outro processo já estar em
andamento.

Consideremos por exemplo, o caso de uma esteira de carga que transporta
areia, que deve ser elevada para um silo através de um elevador de
caçambas. Nesse processo, a correia transportadora só poderá ser ligada
depois que o elevador estiver funcionando, pois caso contrário, a correia
“enterrará” a caçamba na areia, impedindo o bom funcionamento do
sistema.

Isto se obtém, a partir de conveniente arranjo de contatos auxiliares, de
forma que se iniba a operação do motor que move a correia, quando o
motor que aciona as caçambas não estiver operando.

A figura 2.2.3 mostra uma forma de se conseguir esse efeito, onde se
observa que o circuito de comando do contator que energiza o motor da
caçamba, apresenta um contato NA inserido no circuito de comando do
motor da esteira. Assim, só será possível energizar a bobina do contator
do motor da esteira, se o circuito de comando do motor de caçamba
estiver energizado e, portanto a caçamba operando.

Note que de modo geral, poderá haver múltiplas possibilidades de
condicionar processos através do enlace lógico de circuitos de comando,
utilizando-se contatos auxiliares comandados pelo contator de um
processo porém, inseridos no circuito de comando de outro processo.

Figura 2.2.3 - Caso C1 não for energizado S2/C1 não fechará não
permitindo o comando de C2.

2.2.4 CONTATORES ASSOCIADOS A TEMPORIZADORES

Entende-se por temporizador, um dispositivo que é composto por um
contador de tempo regulável e, uma ou mais chaves que podem ser
utilizadas em circuitos de comando ou de sinalização. Quando energizado
o temporizador inverte o estado de suas chaves após um certo intervalo de
tempo pré-estabelecido.

A associação de temporizadores com contatores permite por exemplo,
ligar um circuito depois de um certo tempo que um primeiro circuito foi
acionado. Para tanto, é necessário que a energização do temporizador seja
feita por um contato auxiliar do contator que aciona o primeiro circuito e,
um contato NA do temporizador energiza a bobina do contator do
segundo circuito, depois de decorrido o tempo pré-estabelecido.
2.2.4 CONTATORES ASSOCIADOS A TEMPORIZADORES

Entende-se por temporizador, um dispositivo que é composto por um
contador de tempo regulável e, uma ou mais chaves que podem ser
utilizadas em circuitos de comando ou de sinalização. Quando energizado
o temporizador inverte o estado de suas chaves após um certo intervalo de
tempo pré-estabelecido.

A associação de temporizadores com contatores permite por exemplo,
ligar um circuito depois de um certo tempo que um primeiro circuito foi
acionado. Para tanto, é necessário que a energização do temporizador seja
feita por um contato auxiliar do contator que aciona o primeiro circuito e,
um contato NA do temporizador energiza a bobina do contator do
segundo circuito, depois de decorrido o tempo pré-estabelecido.

3. EXEMPLOS

3.1 Um portão deve ser acionado, para abertura e fechamento, por um
motor de indução trifásico. O sistema deve apresentar as seguintes
características:

a) O motor é comandado por um botão de "abre", um de "fecha" e um de
"para".

b) Quando o portão estiver totalmente aberto ou fechado,o motor deve ser
desligado, através de chaves de fim de curso.

c) Lâmpadas sinalizadoras de cores distintas devem ser ligadas quando o
portão estiver abrindo (verde) ou fechando (amarela).

d) Na ocorrência de sobrecarga, um elemento térmico deverá desligar o
motor, e uma lâmpada sinalizadora vermelha deverá ser ligada.

Solução:

Circuito de comando e sinalização

3.2 Fornecer o circuito de comando para um motor de bomba que deve
ser ligado e desligado através de duas chaves.

Observação: A chave de bóia opera como uma botoeira, comandada pelo
nível de água no reservatório.

Solução:

4. EXERCÍCIOS

4.1 - Um sistema de bombeamento de água com com dois conjuntos
motor-bomba de recalque, um principal e outro de reserva. O
recalque é feito de um poço para um reservatório elevado. O nível de
água no reservatório de ser mantido entre o valor máximo e um
valor mínimo, porém havendo falta de água no poço, o conjunto
motor bomba deve ser desligado. Fornecer o circuito de comando
par este sistema.

4.2 Fornecer os circuitos de força e de comando para um sistema
constituído de três motores de indução trifásicos que acionem esteiras
transportadoras de areia, com as seguintes características:

a) a partir de um único comando (botoeira ), os motores devem ser
ligados, automaticamente, na sequência M1, M2, M3.

b) na ocorrência de sobrecarga em um dos motores, devem ser
desligados, além do próprio motor, todos os outros que acionam as
esteiras anteriores, no sentido de deslocamento da carga transportadora.

c) uma lâmpada sinalizadora verde deve ser ligada indicando que todos os
motores estão ligados.

d) quando um ou mais motores forem desligados devido a sobrecarga em
um deles, uma lâmpada sinalizadora deve ser ligada indicando em que
motor tal sobrecarga ocorreu.

4.3 O sistema apresentado a figura a seguir, utilizado para o
deslocamento de carga industrial, conta com três motores de indução
trifásicos, com as seguintes funções:

- motor M1: deslocamento do conjunto suporte-haste móvel para a direita
ou para a esquerda;
- motor M2: deslocamento da carga para cima ou para baixo;
- motor M3: movimentação da haste móvel no sentido horário ou anti-
horário.

Pede-se o circuito de força e de comando, com as seguintes
características:

a) O motor M1 deve ser comandado por um botão de "DIREITA" e um
botão de "ESQUERDA", e desligado automaticamente pela atuação de
chaves de fim de curso.

b) O motor M2 deve ser comandado por um botão de "SOBE" e um botão
de "DESCE", e desligado automaticamente pela atuação de chaves de
fim de curso. Este motor conta com freio eletromagnético. Quando o
motor é ligado, a bobina do freio deve também ser ligada, e o freio
solta imediatamente.
c) O motor M3 deve ser comandado por um botão de "HORÁRIO" e um
botão de "ANTI-HORÁRIO" e desligado automaticamente pela
atuação de chaves de fim de curso.

d) Na ocorrência de sobrecarga em qualquer um dos motores, todos
deverão ser desligados, e uma lâmpada sinalizadora deverá indicar o
motor que foi sobrecarregado.