UC02862

Circuitos electromecânicos

Relés, contactores, comando de motores, automação clássica

Técnico de Manutenção Industrial / Mecatrónica · 50h

Plano da unidade

  1. Componentes electromecânicos
  2. Relés e contactores
  3. Arranque de motores
  4. Inversão de marcha
  5. Estrela-triângulo
  6. Temporização e contagem
  7. Sensores
  8. Esquemas funcionais

Bloco 1 · Componentes

Família

  • Relé — interruptor accionado por bobina; cargas pequenas.
  • Contactor — relé robusto para potência (motores).
  • Relé térmico — protecção sobrecarga de motor.
  • Disjuntor magnetotérmico — protecção curto-circuito + sobrecarga.
  • Botoeira — comando manual NO/NC.
  • Lâmpada sinalização — feedback visual.
  • Sensor / fim-de-curso — automação.

Combinados criam automação electromecânica sem código.

Histórico

Anos 1900-1980: indústria controlada por lógica de relés — milhares de relés ligados em armários enormes.

Anos 1980+: substituído por PLCs (Programmable Logic Controllers) — mais flexível, compacto.

Hoje: comando ainda usa contactores (motor real precisa de comutação física), mas lógica no PLC.

Bloco 2 · Relés e contactores

Relé

       Bobina (10-24V)
          │
        ─⏠─
          │
       Contactos:
         NO (Normally Open)
         NC (Normally Closed)

Quando bobina activa → contactos mudam estado.

Tipos:

  • Sub-miniatura (placa PCB).
  • Industrial com base de soquete (substituível).
  • De estado sólido (SSR) — sem partes móveis.

Contactor

Relé robusto para correntes elevadas (motores até 100s de kW):

         Bobina A1-A2
         (24/230V)
            │
       ─────⏠─────
       │     │     │
      1-2   3-4   5-6     contactos principais (potência)
       │     │     │
                          contactos auxiliares 13-14 (NO), 21-22 (NC)
                          para comando

Numeração padronizada IEC 60947.

Especificações típicas

Parâmetro Tipico
AC1 (cargas resistivas) I nominal
AC3 (motores) I nominal motor (LRD, LRT)
AC4 (manutenção pesada, comutação frequente) Reduzido
Tensão bobina 24V, 110V, 230V (AC ou DC)
Vida mecânica 10 milhões de ciclos
Vida eléctrica 1-3 milhões consoante carga

Contactor Schneider LC1D09 = AC3 9A → motor 4 kW @ 400V.

Relé térmico

Protege motor de sobrecarga (corrente acima nominal por muito tempo).

         Bobinas no caminho do motor
              │
          ─🜂─🜂─🜂─
              │
         contacto NC desliga contactor se sobrecarga

Configurável (95-105% de I nominal). Combinado com disjuntor + contactor = conjunto protecção motor.

Bloco 3 · Arranque de motores

Arranque directo

Mais simples e mais comum:

Comando:
S0 ── S1 ─┬─ KM1.A1
           │
           KM1.aux NO (auto-retenção)
                 KM1.A2 ── 0V

Potência:
L1 ── F1 ── QF1 ── KM1.1 ── F_t.1 ── U
L2 ── F2 ── QF2 ── KM1.2 ── F_t.2 ── V    Motor
L3 ── F3 ── QF3 ── KM1.3 ── F_t.3 ── W

Vantagens: simples, barato.
Desvantagem: pico de corrente no arranque (5-7× nominal).

Quando funciona

  • Motores até ~7,5 kW (rede aguenta o pico).
  • Cargas leves no arranque (ventiladores, bombas pequenas).
  • Sem restrições de queda de tensão.

Motores maiores → outros métodos para reduzir pico.

Bloco 4 · Inversão de marcha

2 contactores

Para motor 3F, trocar 2 das 3 fases inverte sentido:

Forward: L1→U, L2→V, L3→W
Reverse: L1→V, L2→U, L3→W (trocou L1 e L2)

Usa-se 2 contactores (KM_F forward + KM_R reverse), cada um com cablagem própria.

Inter-bloqueio crítico

Nunca os 2 contactores podem fechar em simultâneo (curto-circuito entre 2 fases).

Comando:
KM_F.A1 alimentado via KM_R.NC (NC)
KM_R.A1 alimentado via KM_F.NC

Se KM_F está activo → KM_F.NC está aberto → KM_R não pode activar.
Se KM_R está activo → KM_R.NC aberto → KM_F não pode activar.

Inter-bloqueio eléctrico (no comando) + mecânico (alavanca física entre os contactores) para máxima segurança.

Botoeiras

  • S_F (forward, NO) → activa KM_F.
  • S_R (reverse, NO) → activa KM_R.
  • S0 (stop comum, NC) → desliga ambos.
  • Auto-retenção com KM_F.aux ou KM_R.aux.

Para inverter: parar primeiro (S0) → premir direcção desejada. Não direct switching (risco mecânico e eléctrico).

Bloco 5 · Estrela-triângulo

Princípio

Motor arranca em estrela (tensão por bobina = 230V em rede 400V) → corrente arranque baixa.
Após acelerar → comuta para triângulo (tensão por bobina = 400V) → potência nominal.

Reduz corrente arranque de 5-7× para 2-3× nominal.

3 contactores necessários

KM1 — contactor principal (sempre ligado)
KM_Y — contactor estrela (ligado nos primeiros segundos)
KM_D — contactor triângulo (ligado depois)
KT  — temporizador (4-10s típico)

Sequência:

  1. Premir start → KM1 + KM_Y activam → motor em estrela.
  2. Após T (KT): KM_Y desactiva, KM_D activa → motor em triângulo.

Inter-bloqueios

  • KM_Y e KM_D nunca simultâneos (curto entre fases).
  • KM_Y.NC em série com KM_D.A1.
  • KM_D.NC em série com KM_Y.A1.

Bloco 6 · Temporização e contagem

Relé temporizador

Conta tempo após activação/desactivação:

  • On-delay: temporiza ANTES de fechar contacto após energizado.
  • Off-delay: mantém contacto X tempo depois de desenergizado.
  • Pulse: fecha por um tempo curto e abre.
  • Cyclic: liga/desliga ciclicamente.

Configurável de 0,1s a horas. Standard industrial.

Contador electromecânico

Tradicional: bobina que avança um dial a cada impulso.

Hoje: contador electrónico com display LED.

Aplicações: contagem de peças, ciclos de máquina, eventos.

Em automação moderna: substituídos por PLC.

Bloco 7 · Sensores

Tipos

  • Fim-de-curso (limit switch) — contacto mecânico activado por peça.
  • Indutivo — detecta metais sem contacto.
  • Capacitivo — detecta qualquer material (líquidos, plástico).
  • Fotoeléctrico — detecta por luz (barreira, reflexivo).
  • Ultrassom — distância sem contacto.
  • Magnético — detecta ímans (em pistões pneumáticos).

Saídas:

  • NO/NC mecânicos (contactos).
  • PNP / NPN electrónicos (24V).

Integração no comando

Saída do sensor → entrada do PLC ou contacto em série/paralelo com comando.

Exemplo: paragem de emergência se peça passar de limite:

+24V ── S0 ── B_fim_curso(NC) ── ... ── KM1.A1
                  ↑
            sensor que abre
            quando peça passa

Bloco 8 · Esquemas funcionais

Diagrama funcional

Mostra sequência de funções numa máquina:

[Início] → [Carregar peça] → [Furação] → [Saída] → [Descarregar] → [Fim]

Cada passo dispara o seguinte com confirmação por sensor.

Padrão: GRAFCET (norma IEC 60848) — diagrama de estados sequencial.

GRAFCET

    1   estado inicial
    │   
    │ condição: peça presente
    │   
    2   carregar
    │
    │ confirmação: peça em posição
    │
    3   furar
    │
    │ confirmação: fim-de-curso furação
    │
    ...

Cada estado tem acções; transições têm condições. Pode ser implementado em PLC ou cablado.

UC02862 · resumo

  • Relé = pequeno; contactor = robusto para motores.
  • Relé térmico + disjuntor = conjunto protecção motor.
  • Arranque directo simples; estrela-triângulo reduz pico.
  • Inversão com 2 contactores + inter-bloqueio crítico.
  • Sensores integram informação física no comando.
  • GRAFCET estrutura automação sequencial.
  • Lógica de relés substituída por PLC mas comando físico (contactores) permanece.

NOTAS DO PROFESSOR 📖 A família de componentes do comando Antes de montar qualquer automatismo, é preciso conhecer os actores: relés, contactores, protecções e órgãos de comando. A ideia-chave a transmitir é que estes componentes, combinados com lógica de ligações, criam automação sem uma única linha de código. Esta base é o alfabeto de toda a unidade. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Distinguir órgãos de comando (botoeiras) de órgãos de potência (contactores) • Mostrar fisicamente cada componente, se houver material em sala • Sublinhar a diferença entre protecção e comando dentro da mesma família

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Da lógica de relés ao PLC O contexto histórico explica porque esta matéria continua relevante: a lógica passou para o PLC, mas a potência ainda exige comutação física por contactores. Compreender de onde vêm os armários cheios de relés ajuda a valorizar a evolução para o PLC. A mensagem central é que o electromecânico não desapareceu, apenas mudou de papel. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Mostrar imagens de antigos armários de lógica de relés • Explicar porque o PLC substituiu a lógica mas não a comutação de potência • Relacionar este módulo com a base necessária para automação moderna

NOTAS DO PROFESSOR 📖 O relé e a separação comando-potência O relé é o conceito fundador: uma pequena bobina comanda contactos que abrem ou fecham. A grande ideia é a separação galvânica entre o circuito de comando, de baixa potência, e o que é comutado. Distinguir contactos NO de NC desde já evita confusões em todos os esquemas seguintes. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Explicar o funcionamento da bobina que atrai a armadura • Definir claramente contacto NO e contacto NC com exemplos • Apresentar o relé de estado sólido e quando o preferir ao mecânico

NOTAS DO PROFESSOR 📖 O contactor e a numeração normalizada O contactor é o relé robusto que comuta a potência dos motores, com contactos principais e auxiliares bem distintos. A numeração normalizada pela IEC 60947 não é decorativa: permite ler qualquer esquema sem ambiguidade. Habituar o formando a interpretar A1-A2, contactos principais e auxiliares é essencial para a leitura de esquemas. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Distinguir contactos principais de potência dos auxiliares de comando • Explicar a lógica da numeração A1-A2 e dos pares 13-14, 21-22 • Mostrar a correspondência entre o símbolo no esquema e o componente real

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Ler categorias de emprego e dimensionar As categorias AC1, AC3 e AC4 são a chave para escolher o contactor certo: um motor exige AC3, não AC1. Ignorar esta categoria leva a sobredimensionar ou, pior, a queimar contactos por comutar correntes indutivas elevadas. O exemplo concreto do LC1D09 ancora a teoria num componente real do mercado. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Explicar porque o arranque de um motor exige categoria AC3 • Relacionar a corrente nominal com a potência do motor em kW • Mostrar a distinção entre vida mecânica e vida eléctrica do contactor

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Proteger o motor da sobrecarga O relé térmico protege contra um perigo subtil: corrente um pouco acima do nominal durante muito tempo, que aquece e destrói o enrolamento. A regulação na faixa da corrente nominal e o contacto NC que desliga o contactor são os pontos a fixar. Juntar disjuntor, contactor e relé térmico forma o conjunto de protecção que todo o técnico deve saber montar. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Distinguir sobrecarga lenta de curto-circuito instantâneo • Explicar a regulação do relé térmico para a corrente do motor • Mostrar como o contacto NC do térmico corta o comando do contactor

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Arranque directo e auto-retenção O arranque directo é o esquema base que todos devem dominar antes de avançar. O conceito-chave é a auto-retenção: o contacto auxiliar do contactor mantém-no ligado depois de largar o botão de arranque. Compreender este circuito de selagem é o passo decisivo para depois construir esquemas mais complexos. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Explicar o circuito de auto-retenção com o contacto auxiliar NO • Mostrar o papel do botão de paragem NC em série • Quantificar o pico de corrente de arranque e as suas consequências na rede

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Saber quando o arranque directo chega Nem todos os motores podem arrancar directamente: acima de certa potência, o pico de corrente perturba a rede e provoca quedas de tensão. Definir o limite prático, na ordem dos 7,5 kW, dá ao formando um critério de decisão concreto. Esta limitação é o que motiva o estudo do arranque estrela-triângulo. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Relacionar a potência do motor com a robustez exigida à rede • Explicar o efeito do pico de arranque na queda de tensão da instalação • Antecipar os métodos alternativos para motores de maior potência

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Inverter o sentido trocando duas fases A inversão de marcha de um motor trifásico consegue-se com um truque simples: trocar duas das três fases. Daí a necessidade de dois contactores com cablagens cruzadas, um para cada sentido. Visualizar as ligações L1, L2, L3 a mudar de ordem ajuda a perceber por que dois contactores nunca podem fechar juntos. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Demonstrar no esquema a troca de duas fases entre marcha e contramarcha • Mostrar a cablagem distinta de cada contactor para a sua direcção • Preparar o terreno para a necessidade absoluta de inter-bloqueio

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Inter-bloqueio: segurança não negociável Este é um dos pontos mais críticos do módulo: se os dois contactores fecharem em simultâneo, provoca-se um curto-circuito entre fases. O inter-bloqueio eléctrico, com contactos NC cruzados, impede-o no comando, e o mecânico reforça-o fisicamente. A redundância dos dois métodos é a marca de um projecto profissional e seguro. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Mostrar o cruzamento dos contactos NC que garante a exclusão mútua • Explicar porque se combina inter-bloqueio eléctrico e mecânico • Sublinhar a consequência grave de um curto-circuito entre fases

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Sequência de comando segura A forma como o operador comanda a inversão importa tanto como o circuito: deve-se parar primeiro e só depois mudar de direcção. Comutar directamente de um sentido para o outro submete o motor e a mecânica a esforços bruscos. A botoeira de paragem comum garante que ambos os sentidos param em emergência. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Explicar a regra de parar antes de inverter e porquê • Mostrar o papel da paragem comum S0 sobre ambos os contactores • Relacionar a auto-retenção com o conforto de operação

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Estrela-triângulo: arrancar suave O arranque estrela-triângulo resolve o problema do pico de corrente arrancando o motor com tensão reduzida por bobina. A ideia física é que, em estrela, cada enrolamento recebe menos tensão, logo menos corrente de arranque. Após acelerar, comuta-se para triângulo e o motor atinge a potência nominal. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Explicar por que a tensão por bobina é menor em estrela do que em triângulo • Quantificar a redução do pico de corrente comparando com o arranque directo • Alertar que o motor tem de poder funcionar nas duas ligações

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Os três contactores e o temporizador A montagem estrela-triângulo exige coordenar três contactores e um temporizador que decide o instante da comutação. Perceber o papel de cada um, principal, estrela e triângulo, e a sequência temporal é o que torna o esquema compreensível. O ajuste do tempo do temporizador é prático: cedo demais não reduz o pico, tarde demais aquece o motor. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Atribuir uma função clara a cada contactor da montagem • Explicar o papel do temporizador na transição estrela para triângulo • Discutir como ajustar o tempo consoante a inércia da carga

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Inter-bloqueio também no estrela-triângulo Tal como na inversão de marcha, os contactores de estrela e triângulo nunca podem estar fechados ao mesmo tempo, sob pena de curto-circuito entre fases. O inter-bloqueio cruzado com contactos NC repete aqui o princípio já visto, reforçando o padrão. Reconhecer este padrão recorrente ajuda o formando a aplicá-lo a novos esquemas. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Mostrar o paralelo com o inter-bloqueio da inversão de marcha • Explicar a consequência de estrela e triângulo fecharem juntos • Reforçar o inter-bloqueio como padrão transversal de segurança

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Temporizadores e automação no tempo O relé temporizador introduz a dimensão do tempo no comando, indispensável em sequências como o estrela-triângulo. Distinguir on-delay de off-delay é essencial, pois trocar um pelo outro inverte completamente o comportamento. Conhecer os vários modos abre a porta a automatismos cíclicos e a sequências mais elaboradas. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Distinguir on-delay de off-delay com um exemplo prático de cada • Mostrar o modo de impulso e o modo cíclico em aplicações reais • Ligar o temporizador à transição do arranque estrela-triângulo

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Contar eventos no chão de fábrica O contador resolve necessidades muito concretas: contar peças, ciclos de máquina ou eventos. A evolução do contador electromecânico de dial para o electrónico com display espelha a tendência geral da automação. Hoje, na prática, esta função vive no PLC, mas perceber o princípio mantém-se útil. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Dar exemplos de contagem úteis numa linha de produção • Comparar o contador mecânico tradicional com o electrónico • Explicar como esta função migrou para o PLC

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Sensores que dão olhos ao automatismo Os sensores trazem a informação do mundo físico para o comando, permitindo decisões automáticas. Escolher o tipo certo, indutivo para metais, capacitivo para qualquer material, fotoeléctrico para detecção à distância, é uma competência prática central. A distinção entre saídas mecânicas NO/NC e saídas electrónicas PNP/NPN é frequentemente fonte de erros de ligação. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Relacionar cada tipo de sensor com o material ou grandeza que detecta • Explicar a diferença entre detecção com e sem contacto físico • Clarificar as ligações PNP e NPN em entradas de 24 V

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Integrar o sensor na lógica de comando Um sensor só é útil quando integrado correctamente no circuito de comando ou na entrada do PLC. O exemplo do fim-de-curso em série com a bobina mostra como um sinal físico interrompe automaticamente uma acção. Perceber se o contacto entra em série ou em paralelo determina a lógica do automatismo. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Mostrar a diferença entre colocar um contacto em série e em paralelo • Explicar como um fim-de-curso pode garantir uma paragem de segurança • Ligar a saída do sensor à entrada do PLC num exemplo concreto

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Pensar a máquina como sequência de funções O diagrama funcional eleva o raciocínio do componente para o sistema: descreve o que a máquina faz, passo a passo. Cada passo é confirmado por um sensor antes de avançar para o seguinte, o que garante segurança e ordem. Esta visão sequencial é a ponte natural para o GRAFCET formal. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Percorrer uma sequência de máquina passo a passo com confirmações • Explicar porque cada transição depende de um sinal de sensor • Introduzir o GRAFCET como formalização desta sequência

NOTAS DO PROFESSOR 📖 GRAFCET: a linguagem das sequências O GRAFCET é a ferramenta normalizada para descrever automatismos sequenciais de forma clara e sem ambiguidade. A regra de ouro é distinguir o que está em cada estado (acções) do que faz avançar (condições de transição). Dominar este formalismo permite ao formando projectar e documentar automatismos antes de os implementar, seja em PLC ou cablados. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Distinguir claramente estados/acções de transições/condições • Construir em conjunto um pequeno GRAFCET de uma máquina simples • Mostrar que o mesmo GRAFCET se implementa cablado ou em PLC