Contatores

Hoje vamos falar de um dos equipamentos mais utilizados na indústria e comercio para o acionamento de cargas de modo seguro e automático, o contator.

Para falar de contatores, é necessário retornarmos cerca de 180 anos na história das invenções elétricas. Contatores têm origem nos estudos de eletroímãs e campos eletromagnéticos das primeiras décadas do século XIX. São equipamentos eletromecânicos que funcionam à base da excitação elétrica de seus componentes.

O Dicionário Brasileiro de Eletricidade classifica contator como um dispositivo mecânico de manobra de operação não manual, que tem uma única posição de repouso e é capaz de estabelecer, conduzir e interromper correntes em condições normais do circuito.

Entre os anos de 1820 e 1830, o cientista norte-americano Joseph Henry estudava a ação dos eletroímãs, dispositivos que utilizam correntes elétricas para gerar campos magnéticos, a exemplo dos campos existentes nos ímãs naturais, quando, simultaneamente a Michael Faraday, descobriu o fenômeno da indução eletromagnética. Faraday, entretanto, ficou com o crédito pela descoberta. Como consequência dos estudos, a Henry foi creditada a invenção do primeiro relé eletromagnético.

Os estudos sobre eletroímãs que confluíram na criação de relés e contatores por Henry e outros cientistas deram continuidade das pesquisas realizadas pelo físico dinamarquês Hans Christian Oersted, quem descobriu que eletricidade e magnetismo estavam intimamente ligados. Oersted percebeu que correntes elétricas poderiam criar campos magnéticos, constituindo as bases do eletromagnetismo. O funcionamento de diversos equipamentos importantes para as nossas instalações atuais, como relés, contatores, geradores, motores, é baseado nesse fenômeno físico.

Como um dispositivo mecânico de manobra, o contator pode estabelecer, conduzir e interromper correntes elétricas em condições normais de cargas como motores, iluminação, banco de capacitores, resistências e circuitos auxiliares, etc. Assim, a partir de um circuito de comando, ele faz o controle de cargas em um circuito de potência.

“O contator é o dispositivo de manobra mais utilizado na indústria e nas instalações elétricas prediais, sejam públicas ou privadas. É um dispositivo de manobra que permite, por exemplo, a partida direta de motores assíncronos trifásicos, suportando uma corrente de partida várias vezes maior que a designada”.

Assim como os relés, estes também são chaves originalmente eletromagnéticas que, com o processo de evolução tecnológica que a área técnica experimentou em meados do século passado, desenvolvendo e aprimorando a eletrônica, passaram a ser fabricados também com sistema de funcionamento eletrônico, como no caso do contator de estado sólido, por exemplo.

Os contatores são constituídos para realizarem um elevado número de manobras em corrente nominal. Esse número, para contatores mecânicos, varia conforme o tipo de carga ligada ao dispositivo, especialmente devido aos efeitos de arco sobre as peças de contato durante a operação e ao desgaste dos contatos.

Funcionamento e componentes

Os contatores também são divididos em eletromecânicos e eletrônicos. Compostos por contatos móveis, os eletromecânicos podem ser divididos em dois tipos principais: os contatores auxiliares e os de potência, classificação relacionada à disposição de seus contatos no dispositivo. O primeiro é utilizado para ligar e desligar circuitos de comando, sinalização, controle, interface com processadores eletrônicos, etc., enquanto o de potência é usado como chave de ligação e desligamento de motores e outras cargas elétricas.

Olimpio Correa, da Siemens, relata que “os contatos principais são a parte mais delicada do contator e são construídos com ligas de prata especiais. Dessa forma, garante-se não somente uma manobra efetiva, mas também uma vida útil muito elevada, evitando que os contatos se grudem ou se destruam durante seu funcionamento normal”.

O funcionamento padrão dos contatores dá-se da seguinte forma: quando a bobina eletromagnética é energizada, forma-se um campo magnético que se concentra na parte fixa do dispositivo e atrai o núcleo móvel, onde estão localizados os contatos móveis, que, por consequência, também são deslocados. O comando da bobina é feito por meio de uma botoeira com duas posições, que tem seus elementos ligados à bobina. A velocidade de fechamento dos contatos é uma junção da força proveniente da bobina e da força mecânica das molas de separação que atuam em sentido contrário. As molas de compressão são também as responsáveis pela velocidade de abertura do circuito, quando a alimentação da bobina cessa.

Os contatos principais tem como função estabelecer e interromper correntes elétricas de motores e chavear cargas resistivas ou capacitivas. No contato são utilizadas placas de prata. Enquanto isso, os contatos auxiliares são utilizados para comutar circuitos auxiliares de comando, sinalização e intertravamento elétrico. Esses contatos podem ser normalmente aberto, ou NA, ou normalmente fechado, chamado de NF, assim como nos relés.

Os componentes do contator ficam alojados no interior da carcaça que é constituída de duas partes simétricas (tipo macho e fêmea), unidas por meio de grampos, e, normalmente, fabricadas a partir de plásticos de engenheira. No Brasil, esses equipamentos, desde seus componentes até sua montagem, são elaborados conforme a norma ABNT NBR IEC 60947-4-1:2008 - Dispositivo de manobra e controle de baixa tensão - Parte 4-1: Contatores e partidas de motores - Contatores e partidas de motores eletromecânicos.

As vantagens de utilização de contatores ficam por conta do comando à distância, do elevado número de manobras, da grande vida útil mecânica, do pequeno espaço para montagem e da tensão de operação de 85% a 110% da tensão nominal prevista para contator. Mas assim como qualquer outro dispositivo elétrico, sua seleção para uma dada instalação deve levar em conta as particularidades do circuito. Para especificar um contator, é preciso considerar a corrente nominal do dispositivo, a tensão e a frequência da rede, a tensão e frequência de acionamento e a quantidade de contatos auxiliares, fazendo uma previsão de que como o contator irá operar.

Então podemos dizer que o contator é um dispositivo eletromecânico que permite, a partir de um circuito de comando, efetuar o controle de cargas num circuito de potência. Essas cargas podem ser de qualquer tipo, de tensão diferente do circuito de comando, e até conter múltiplas fases.

É constituído por uma bobina que produz um campo eletromagnético, que conjuntamente a uma parte fixa, proporciona movimento a uma parte móvel. Essa parte móvel por sua vez,altera o estado dos seus contatos associados. Os que estão abertos fecham, os que estão fechados abrem. Este contatos podem ser de dois tipos: de potência ou auxiliares.

Os contatos de potência, geralmente são apresentados em grupos de 3, devido ao seu emprego comum no comando de motores do tipo trifásico.

1 - Câmara de extinção de arco.
2 - Base
3 - Bobina
4 - Suporte do contato móvel
5 - Guia eletromagnética móvel
5 - Guia eletromagnética fixa
6 - Anel
7 - Contato fixo
8 - Contato móvel
9 - Parafuso do terminal
10 - Bobina
11 - Mola de retorno
12 - Capa protetora

Vantagem do emprego de contatores

- Comando à distância
- Elevado número de manobras
- Grande vida útil mecânica
- Pequeno espaço para montagem
- Garantia de contato imediato
- Tensão de operação de 85 a 110% da tensão nominal prevista para contator
- Maior numero de contatos

Tipos de contatores

Os contatores podem ser do tipo principais, que geralmente possuem 3 contatos NA (normalmente abertos) de potência, 2 NAs auxiliares, ou seja de comando, e mais 2 NFs (normalmente fechados) auxiliares, também para o comando.
Também podem ser do tipo auxiliar, que possuem contatos apenas de comando, ou seja, seus contatos suportam uma menor corrente do que os principais. Vale lembrar que os contatores em geral possuem os chamados blocos adicionais (ou aditivos), que são vendidos separadamente e possuem a função de proporcionar contatos adicionais ao contator (alguns modelos são de acoplamento frontal e outros de acoplamento lateral).

Categorias de Contatores e aplicações

Funcionamento


A bobina eletromagnética quando alimentada por um circuito elétrico forma um campo magnético que se concentra no núcleo fixo e atrai o núcleo móvel. Como os contatos móveis estão acoplados mecanicamente com o núcleo móvel, o deslocamento deste no sentido do núcleo fixo movimenta os contatos móveis. Quando o núcleo móvel se aproxima do fixo, os contatos móveis também devem se aproximar dos fixos, de tal forma que, no fim do curso do núcleo móvel, as peças fixas imóveis do sistema de comando elétrico estejam em contato e sob pressão suficiente.
As molas são também as únicas responsáveis pela velocidade de abertura do contator, o que ocorre quando a bobina magnética não estiver sendo alimentada ou quando o valor da força magnética for inferior á força das molas.

O Comando da bobina é efetuado por meio de uma botoeira ou chave-bóia com duas posições, cujos elementos de comando estão ligados em série com a bobina. A velocidade de fechamento dos contatores é resultado da força proveniente da bobina e da força mecânica das molas de separação que atuam em sentido contrário.

Normas de identificação dos contatos dos contatores
A normalização nas identificações de terminais dos contatos e demais dispositivos de manobra de baixa tensão é o meio utilizado para tornar mais uniforme a execução de projetos de comandos e facilitar a localização e função desses elementos na instalação. A identificação é feita por letras maiúsculas nas bobinas com apenas um enrolamento.

Bobinas para contator com um enrolamento

Bobinas para contator com dois enrolamentos

Identificação dos terminais principais conforme figura abaixo

Identificação de terminais em componentes de acionamento (contatores) para circuitos auxiliares

A identificação é feita por (2) dígitos compostos pelo algarismo de origem de localização e pelo algarismo sequencial de função.
Os algarismos de localização são contados em sequência, começando de 1. A identificação numérica apresentada nas figuras abaixo, aplicam-se a contatos abridores e fechadores.

Os contatos auxiliares tem normalizado também o posicionamento físico dos contatos

Defeitos dos contatores

Já sabemos que os contatores são dispositivos de manobra mecânica acionados eletromagneticamente, utilizados como dispositivos de comando de motores ou como dispositivos de proteção contra sobrecarga, se acoplados á relés. Neste tópico, estudaremos os defeitos mais comuns que acontecem nos contatores e os problemas causados nos circuitos elétricos por eles comandados.

Defeitos mais comuns

Principais fabricantes

- WEG (marca brasileira tradicional em motores e comandos elétricos)
- Metaltex (outra marca brasileira tradicional em acionamentos eletromecânicos)
- Schnneider-Electric (marca francesa que detém a tradicional linha Telemecanique)
- Siemens (marca alemã tradicional em comandos elétricos, eletrônica, etc.)
- Moeller Eletric (marca alemã adquirida em 2008 pela Eaton)
- Steck (desde 1975 no mercado com versões normais e mini para encaixe em trilhos DIN 35mm)
- ABB (marca suíça tradicional em alta, média e baixa tensão)

Outras marcas

JNG (Joining), BHS, Chint, Soprano, Westinghouse, GE, Allen-Bradley, Omron, LG (LS), entre muitas outras.