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RELÉSCIRCUITOS E APLICAÇÕES

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RELÉS - CIRCUITOS E APLICAÇÕES

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Relés - Conceitos e AplicaçõesAutor: Newton C. BragaSão Paulo - Brasil - �01�

Palavras-chave: Eletrônica - Engenharia Eletrônica - Componentes - Educação Tecnológica

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NEWTON C. BRAGA

Todos os direitos reservados. Proibida a reprodução total ou parcial, por qual-quer meio ou processo, especialmente por sistemas gráficos, microfílmicos, fotográficos, reprográficos, fonográficos, videográficos, atualmente existentes ou que venham a ser inventados. Vedada a memorização e/ou a recuperação total ou parcial em qualquer parte da obra em qualquer programa jusciber-nético atualmente em uso ou que venha a ser desenvolvido ou implantado no futuro. Estas proibições aplicam-se também às características gráficas da obra e à sua editoração. A violação dos direitos autorais é punível como crime (art. 184 e parágrafos, do Código Penal, cf. Lei nº 6.895, de 17/12/80) com pena de prisão e multa, conjuntamente com busca e apreensão e inde-nização diversas (artigos 122, 123, 124, 126 da Lei nº 5.988, de 14/12/73, Lei dos Direitos Autorais.

Copyright byINTITUTO NEWTON C. BRAGA

1ª edição

Diretor responsável: Newton C. BragaDiagramação e Coordenação: Renato PaiottiRevisão: Marcelo Braga

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ÍNDICE

Capítulo 1 - Uma Breve História dos Relés ................................ 9

Capítulo � – Como Funcionam os Relés ..................................... 19

Capítulo � – Os Relés na Prática ................................................ ��

Capítulo � – Os Relés Reed ......................................................... ��

Capítulo 5 – As Especificações dos Relés ................................... 39

Capítulo 6 – Como Usar Corretamente um Relé ......................... �7

Capítulo 7 – Circuitos de Excitação (Drivers) ............................. �1

Capítulo 8 – Relés em Circuitos Lógicos .................................... 6�

Capítulo 9 – Relés em Optoeletrônica ......................................... 7�

Capítulo 10 – Aplicações Diversas para Relés ............................ 9�

Capítulo 11 – Relés de Sstado Sólido .......................................... 109

Depoimento de Geraldo Lewinski ............................................... 1��

Anexo A - Circuitos Supressores Reduzem Vida Útil dos Relés . 1�0

Anexo B - Aumentando a Vida Útil de Relés .............................. 1��

Anexo C - Trabalhando com Relés de Potência .......................... 1��

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INTRODUÇÃO

Em 1988 fomos convidados pelos Srs. Geraldo Lewinski e Enio Lewinski da Metaltex para escrever um livro em que fosse reunido o que de mais impor-tante existe sobre relés, facilitando os usuários deste tipo de componente, proje-tistas, estudantes e professores. Naquela ocasião, escrevemos o livro Tudo Sobre Relés, que em pouco tempo esgotou toda sua tiragem. O tempo passou, novas tecnologias surgiram com o advento dos relés de estado sólido, mas na sua base o relé eletromecânico ainda se mantém o mesmo, útil, barato e confiável, sendo insubstituível em certas aplicações.

Agora em �01�, lembrando aquela publicação, novamente a Metaltex, através dos Srs. Geraldo e Enio, me convidou a fazer uma nova edição do livro, atualizada. Incluindo os relés de estado sólido e tudo mais que interessasse ao usuário de relés.

Nesta edição teremos uma breve história dos relés, mostrando suas origens e sua importância ao longo do tempo, até nossos dias, o seu princípio de funcio-namento, considerando inicialmente os tipos eletromecânicos, o relé na prática e as características dos relés, ensinando o usuário a interpretá-las. Trataremos também dos relés reed, como usar relés e em seguida uma boa sequência de circuitos práticos que podem ser úteis no uso dos relés como drivers, aplicações em circuitos lógicos, optoeletrônica.

Também teremos circuitos completos de aplicações que façam uso de re-lés, um verdadeiro banco de circuitos e completaremos nosso trabalho com uma interessante entrevista com o Sr. Geraldo Lewinski, fundador da Metaltex, con-tando toda a história desta empresa.

Acreditamos que este trabalho será de grande utilidade para todos os que fazem uso de um dos mais importantes componentes eletrônicos: o relé.

Newton C. Braga

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Capítulo 1 - Uma Breve História dos Relés

Os relés têm sua história intimamente ligada à história do magnetismo e eletromagnetismo. Assim, devemos voltar ao tempo dos gregos antigos que observaram que determinados minérios tinham a estranha propriedade de atrair metais. A magnetita (Fe�O�), um óxido de ferro, que era um destes minérios, recebeu este nome justamente por ter sido descoberta na Magnésia, região ao norte da Grécia.

Os gregos não sabiam explicar a natureza do fenômeno que fazia com que o minério atraísse metal, no entanto os objetos feitos com este material passaram a ser conhecidos como imãs naturais. Também foi observado que certos objetos de metal que entrassem em contato com os imãs também adquiriam a proprieda-de de atrair objetos de metal, ou seja, se magnetizavam.

Figura 1 – Pedaço de magnetita atraindo pregos e limalha.

Coube aos chineses então encontrar a utilidade mais importante para o magnetismo, ao descobrirem que um objeto que fosse magnetizado e apoiado em um suporte de modo a se mover livremente, se orientava de tal maneira a apontar para o norte. Estava descoberta a bússola. Na figura, uma antiqüíssima bússola em forma de colher magnetizada que, ao ser apoiada na base, se equili-brava perfeitamente e apontava para o norte.

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Figura � – Bússola de �00 anos a.C., usada pelos chineses

Mas foi somente em 1780 que Luigi Galvani (17�7-1798), estudando o que se denominava na época de ”eletricidade animal”, descobriu a excitação dos nervos de rãs dissecadas quando encostava nelas pinças de metal.

Naquela época, os estudiosos separavam a eletricidade estática da cor-rente elétrica, denominada galvanismo. Coube a Alessandro Volta (17��-18�7), pesquisador italiano, inventar a primeira pilha em 1800. Outros pesquisadores como Johann Wilhelm Ritter (1776-1810) em 180�, Jean André de Luc (17�7-1817) em 1809 e Giuseppe Zamboni (1776–18�6) também em1809, aperfeiço-aram a pilha de Volta.

Com a pilha, criando correntes que podiam circular através de certos ma-teriais, ficou bem estabelecido o conceito de corrente elétrica.

No entanto, não se percebia na época nenhuma ligação entre o magne-tismo, a eletricidade estática e a eletricidade que podia dar origem às correntes elétricas. Eram coisas diferentes para aqueles estudiosos.

Até que Hans Christian Oersted (1777-18�1), em 18�0, em uma experi-ência acidental que demonstrava a circulação da corrente por um fio aos seus alunos, observou que sempre que se fechava o circuito, a agulha de uma bússola que estava nas proximidades se movia.

Colocando a bússola perto do condutor, ele pôde perceber que ela se po-sicionava perpendicularmente a ele, indicando que a corrente criava um campo magnético.

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Figura � – Hans Christian Oersted em ilustração feita por Dyrce Braga, mãe do autor deste livro.

Depois da descoberta de Oersted, outros pesquisadores conseguiram no-vos feitos baseados no fato de que as correntes elétricas podiam criar campos magnéticos. Assim, o alemão Johann C. Schweigger (1779–18�7), em 18�8, inventou o galvanômetro de bobina móvel.

A indução magnética foi descoberta por Michael Faraday (1791-1867) em �9 de agosto de18�1, abrindo caminho para a invenção do transformador, que ocorreu no mesmo ano. Foi o mesmo Faraday que passou a usar a palavra ”trans-former” (transformador) para designar sua invenção, dois anos depois.

Uma curiosidade mostra como era difícil para os inventores chegarem às descobertas na época. Hoje podemos ir a qualquer loja de componentes para encontrarmos núcleos de ferro, ferrite, fios esmaltados de qualquer espessura e assim por diante.

Na época de Faraday, ele derretia o cobre para fazer os fios e os encapava com seda, para conseguir os fios isolados que utilizou para enrolar seu primeiro transformador.

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Figura � – O primeiro transformador feito por Faraday em 18�1.

A auto-indução já tinha sido descoberta por J. Henry em 18�0, mas ele demorou para publicar sua descoberta, o que só ocorreu em 18��.

Chegamos finalmente ao relé. Foi em 1837 que William Fothergill Cooke (180�-1879), Charles Wheatstone (180�-187�) e Edward Davy (1806-188�) en-traram em cena com o novo componente.

A primeira patente de um relé foi obtida por Davy em 18�8, recebendo o número British Patent 7719. Nesta patente, ele descrevia sua invenção da se-guinte maneira:

“Eu reivindico o modo de se fazer sinais telegráficos ou comunicações entre um lugar distante para outro pelo emprego de relés ou circuitos metálicos através da operação por correntes elétricas” (tradução da própria patente).

Figura � – Desenho da patente do primeiro relé.

Em 18�7 (patente britânica 7�90), Cookes e Wheatstone descreviam um relé eletromagnético que permitia que um alarme distante fosse controlado pela tensão de uma bateria.

Quase ao mesmo tempo, em 18�7, também surgia o primeiro motor elétri-co inventado por Thomas Davenport (180�-18�1). Outros dispositivos baseados em eletromagnetismo foram criados naquele tempo.

Mas foi o trabalho de James Clerk Maxwell (1831-1879), que unificava o

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campo elétrico e o magnético, explicando assim a natureza das ondas eletromag-néticas, que reforçou o conhecimento da eletricidade, possibilitando avanços muito mais rápidos.

Figura 6 - Maxwell desenhado por Dyrce Braga.Os relés passaram então a fazer parte de novas invenções, com destaque

para o telefone de Alexander Graham Bell (18�7-19��), em 1876. Os relés es-tiveram presentes nos sistemas telefônicos durante muitos anos, sendo apenas recentemente substituídos pelos sistemas totalmente eletrônicos, primeiro ana-lógicos e depois digitais. A figura 7 mostra um relé telefônico dos anos 1950.

Figura 7 – Um antigo relé telefônico

O primeiro substituto do relé nos sistemas de comutação foi proposto por Irving Langmuir (1881-19�7), em191�. Tratava-se da válvula Thyratron, o equivalente ao gás dos SCRs, que podem ser considerados percussores dos relés de estado sólido.

E, o que muitos não sabem, é que a idéia do MOSFET é anterior à invenção do transistor bipolar comum. Ele foi proposto por Julius Edgar Lilienfeld (188�-1963), em 1930. No entanto, da maneira como proposto, dadas as dificuldades

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técnicas da época, o dispositivo nunca chegou a ser construído. Atualmente, ele é a base dos relés de estado sólido.

Foi em 19�7 que George Stibitz (190�-199�) percebeu que os relés eletro-mecânicos, que eram os componentes básicos de todos os sistemas de comutação telefônica da época, também poderiam ser utilizados com outras finalidades.

Stibitz notou que eles podiam realizar operações em sequência e, assim, realizar cálculos matemáticos. Desta forma, usando relés, lâmpadas de lanterna e uma chave feita com uma caixa de metal de charutos, ele montou o primeiro computador com relés: um somador binário.

Figura 8 - George Stibitz com seu somador binário (binary adder)

Em 19�9, com ajuda de S. B. Williams, construiu o Complex Number Cal-culator, o primeiro computador digital elétrico do mundo. Esta máquina tinha uma “CPU” formada por ��0 relés telefônicos e 10 relés chamados crossbar, que eram relés multi-pólos x multi-posições.

Ele podia encontrar o quociente de dois números de 10 dígitos em “ape-nas” �0 segundos. A entrada do computador era feita por três tele-máquinas de escrever. O que Stibitz não sabia era que, ao mesmo tempo em que ele traba-lhava neste computador, em Berlin, Konrad Zuse (1910-199�) construía uma máquina semelhante e que pesquisadores japoneses também já tinham feito o seu computador com relés no mesmo período.

As idéias de Claude Elwood Shannon (1916-�001) sobre matemática bi-nária ainda não estavam propagadas o suficiente para serem usadas na prática.

Mas, o maior feito deste inventor foi levar uma das máquinas que utilizava para entrar com os dados no computador a um encontro da American Mathe-matical Association, em Dartmouth, New Hampshire, e usá-la para se comuni-

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car através de linhas telefônicas com o Complex Number Calculator, em Nova York.

Foi a primeira demonstração do mundo do que se denomina hoje Compu-tação Remota.

O computador de Stibitz passou a ser chamado de Model 1 Relay Compu-ter, permanecendo em operação até 19�9.

Figura 9 - Uma operadora trabalha no Computador Modelo I. Foto da AT&T.

Um fato interessante é que o Complex Number Computer não era progra-mável. Uma combinação de relés controlava de modo contínuo a sequência de operações. O conceito de programação apareceu somente depois, nos computa-dores da Bell.

O sucesso do Complex Number Computer encorajou Stibitz a construir máquinas mais ambiciosas, incluindo o conceito de fita perfurada. Assim, com a entrada dos Estados Unidos na Segunda Grande Guerra, em 19�1, a Bell passou a ter suas atividades concentradas em projetos militares.

O primeiro computador usando relés para uso militar foi o Relay Inter-polator, instalado em Washington e que continha ��0 relés e uma capacidade de memória para sete números. Este computador fazia uma multiplicação em apenas quatro segundos. Sua principal utilidade era computar tabelas de direcio-namento para fogo antiaéreo.

Dois outros computadores foram projetados depois: o Ballistic Computer e o Error Detector Mark ��. O primeiro em 19�� e o segundo um ano depois.

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Eles continham 1�00 relés e uma capacidade de memória para 10 números. Sua finalidade era ainda realizar cálculos de direcionamento de fogo antiaéreo.

Os maiores computadores da série, entretanto, foram construídos em 19�6 e 19�7, pesando cada um 10 toneladas e contendo perto de nove mil relés. Estas máquinas já podiam ser consideradas verdadeiros computadores, pois possuíam duas unidades aritméticas separadas, cada qual capaz de funcionar como um computador separado com seus registros de memória e dispositivos de entrada e saída.

Já estava presente ali o conceito de “processamento paralelo”, pois cada uma resolvia parte do problema para depois os resultados serem processados.

A partir destas máquinas também surgia um conceito de “sistema opera-cional”, pois havia uma unidade que controlava as unidades aritméticas, memó-ria e operações de entrada e saída, tudo isto feito com relés!

Devido ao fato dos relés estarem sujeitos a falhas, os engenheiros da Bell desenvolveram circuitos que se auto-verificavam a cada passo da computação e se alguma coisa desse errado eles paralisavam a computação.

A Bell, na época, desenvolveu a notação bi-quinária, conforme a tabela mostrada abaixo.

Dígito Decimal Relés0 01 000011 01 00010� 01 00100� 01 01000� 01 10000� 10 000016 10 000107 10 001008 10 010009 10 10000

Foi então que sugiram os computadores eletrônicos, em que inicialmente as válvulas substituíram os relés, depois os transistores substituíram as válvulas e, posteriormente, os circuitos integrados substituíram os transistores.

Os relés eletromecânicos ainda continuaram sendo usados em muitas ou-tras aplicações, incluindo-se neste caso os automóveis, eletrodomésticos e con-trole industrial.

Com a criação do circuito impresso em 19��, os relés se adaptaram à nova tecnologia de montagem com invólucros apropriados.

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Na figura 10 temos um antigo relé da Metaltex.

Figura 10 – Relé antigo da Metaltex.

O aparecimento do primeiro relé reed é de 1960. Na verdade, o componen-te apareceu com o nome de ferreed switch, tendo sido inventado nos laboratórios da Bell. Ele era formado por dois contatos em um invólucro hermético de vidro, sendo controlado pelo campo magnético de bobinas.

A vantagem do tamanho, velocidade de resposta e sensibilidade logo tor-nou este componente importante em telefonia.

Na figura 11, a publicação da Bell que anunciava o novo componente e a figura que representava o tipo básico.

Figura 11- Publicação mostrando a invenção do relé reed.

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O LED apareceu em 1960, abrindo então as portas para uma nova família de relés, os relés de estado sólido.

Um relé de estado sólido ou Solid State Relay (SSR) nada mais é do que um acoplador óptico que tem um LED emissor e um receptor. O receptor pode ser um foto-diodo, foto-transistor, foto-triac ou outro dispositivo sensível à luz. Veja no capítulo correspondente um pouco mais sobre este dispositivo.

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Capítulo 2 – Como Funcionam os RelésInicialmente trataremos exclusivamente dos relés eletromecânicos, por

onde justamente começou a linha de produtos da Metaltex.Podemos definir um relé como um dispositivo comutador eletromecânico.

A estrutura simplificada de um relé é mostrada na figura 12 e, a partir dela, po-deremos explicar seu princípio de funcionamento.

Figura 12- Estrutura simplificada de um relé. Os terminais 1 e 2 são os terminais da bobina. Os terminais � e � correspondem aos contatos.

Nas proximidades de um eletroímã é posicionada uma armadura móvel de metal ferroso, que tem por finalidade controlar um jogo de contatos. Quando a bobina é percorrida por uma corrente elétrica, um campo magnético é criado. Atuando sobre a armadura, provoca sua atração.

Com esta atração, a armadura e consequentemente os contatos se movi-mentam, o que faz com o contato móvel se encoste no contato fixo inferior, conforme mostra a figura 13.

Figura 1� – Com a atração, os contatos se tocam. Assim, a corrente pode passar pelo circuito controlado.

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Outra possibilidade de controle de um relé é explorada na configuração da figura 14. Nela, na condição normal, os contatos permanecem encostados um ao outro, e com isto a corrente controlada pode circular.

Quando a bobina é energizada, ou seja, quando através dela passa a cir-cular uma corrente de controle, o campo magnético criado movimenta um dos contatos de modo que ele se separe do outro. Com isto, o circuito controlado é aberto.

Figura 1� – Neste relé, os contatos abrem quando a bobina é energizada.

No primeiro caso, dizemos que se trata de um relé com os contatos nor-malmente abertos ou NA (em inglês: “normally open”). No segundo caso, temos um relé com os contatos normalmente fechados ou NF (em inglês: normally closed).

Veja que nos dois casos, quando a corrente de controle deixa de circular pela bobina, a atração da armadura cessa e com isto os contatos voltam a sua posição normal. Em um caso, mantendo aberto o circuito (NA) e no outro, man-tendo-o ligado (NF).

Podemos combinar as ações dos dois tipos de relé em um único que tenha dois contatos fixos e um móvel, conforme mostra a figura 15. Dizemos que se trata de um relé com contato reversível ou NA/NF.

Figura 1� – Um relé com contato reversível.

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Quando o relé está desenergizado, a corrente passa entre a armadura e o contato A (NF). Quando energizamos o relé, a armadura se movimenta, e com isto a corrente passa entre a armadura e o contato B (NA).

Na prática, a disposição dos diversos elementos de um relé pode ser di-ferente desta que mostramos, mas o princípio é o mesmo. Podemos dar alguns exemplos interessantes.

Na figura 16, temos um exemplo de relé telefônico muito usado na época da telefonia antiga (analógica).

Figura 16 – Relé telefônico antigo.Relés como os do tipo miniatura da Metaltex utili-zam uma estrutura de montagem semelhante à dos relés telefônicos antigos, mas com

recursos que os tornam extremamente confiáveis em muitas aplicações modernas.

Figura 17 – Relé Metaltex com estrutura semelhante ao da figura 16.

10 cm.

�,0� cm 1 cm

1,1� cm

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Na aplicação mais simples do relé, usamos os contatos normalmente aber-tos (NA) para controlar a corrente que circula em um circuito externo, ligando e desligando, conforme mostra a figura 18. Nela, mostramos como se controla uma lâmpada, mas outros dispositivos podem ser controlados também.

Figura 18 – Controlando uma lâmpada com um relé.

Neste circuito, quando S1 for fechada, circula uma corrente através da bobina do relé. A intensidade desta corrente é determinada pela resistência da bobina e pela tensão E1 de controle.

A circulação desta corrente faz com que o relé feche os contatos e assim circule pela lâmpada uma corrente determinada pela resistência de seu filamento e pela tensão do gerador E�.

O importante desta configuração é que o circuito de controle que energiza o relé é completamente independente do circuito controlado em que está a lâm-pada. Estes circuitos são isolados, o que torna o relé um dispositivo ideal para aplicações que envolvem segurança.

Note que a corrente e a tensão responsáveis pelo acionamento do relé po-dem ser totalmente diferentes da corrente e tensão do dispositivo controlado. Assim, podemos ter uma bateria de 6 V (E1) controlando um relé que exige apenas 100 mA para controlar uma lâmpada alimentada pela rede de energia de 110 V ou ��0 V (E�), com uma corrente que pode chegar a vários ampères. Assim, cargas de alta potência, como lâmpadas, motores, solenóides e outros equipamentos, podem ser controlados por correntes muito pequenas vindas de sensores, circuitos integrados e outros circuitos eletrônicos de baixa potência.

Esta característica torna o relé um dispositivo importante nas aplicações que envolvem controle de potência, pois além da segurança dada pelo isolamen-to, temos a possibilidade de controlar grandes potências a partir de pequenos sinais.

Na figura 19, temos um exemplo em que um transistor é usado para con-trolar um relé a partir de um sinal muito fraco, como o obtido na saída de um microcontrolador, microprocessador, DSP ou mesmo computador.

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Figura 19 – Usando um transistor para acionar um relé com sinais de controle muito fracos.

Mais adiante, neste mesmo livro, veremos que podemos usar diversas con-figurações com transistores e outros componentes para acionar relés a partir de sinais de controle muito fracos e de diversos tipos.

Conforme vimos, os relés básicos têm contatos NA e NF também, mas eles não são os únicos. No próximo capítulo, veremos os diversos tipos de relés com que podemos contar na prática e como usar seus contatos.

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Capítulo 3 – Os Relés na Prática

A escolha de um relé para uma aplicação prática vai ser determinada pelas suas características. Assim, o profissional que projeta circuitos que utilizem re-lés deve conhecer e saber interpretar corretamente as características fornecidas pelo fabricante e, desta forma, fazer a escolha do tipo ideal.

Assim, começamos pela bobina, que é enrolada com fio esmaltado extre-mamente fino. O número de espiras e a espessura do fio determinam sua resis-tência e, também, a intensidade do campo que vai ser produzido quando ela for submetida a uma determinada tensão.

Isto significa que no projeto de um relé, a tensão e a corrente de aciona-mento vão determinar o número de espiras da bobina e a espessura do fio utili-zado. Estes fatores, em última análise, também vão influir no tamanho final do relé.

De um modo geral, podemos então dizer que os tipos extremamente sen-síveis que operam com tensões e correntes muito baixas são enrolados com mi-lhares de espiras de fio muito fino (mais fino que um fio de cabelo) e são bastante pequenos, como os mostrados na figura 20.

Figura �0 – Um relé muito sensível da Metaltex

As armaduras devem ser fabricadas com materiais que possuam proprie-dades ferro-magnéticas, ou seja, que podem ser atraídos por campos magnéticos. Estas armaduras devem ser montadas de modo a poderem se movimentar, ou seja, sobre um sistema articulado que prevê a utilização de materiais flexíveis ou ainda molas de retorno, que levem os contatos à posição de repouso quando a bobina for desenergizada.

Na figura 21 temos um exemplo de montagem da armadura.

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Figura 21 – Um relé que usa uma armadura flexível com retorno feito por mola

A corrente máxima que um relé pode controlar depende da construção dos contatos. Um problema que deve ser levado em conta na construção dos con-tatos - e que talvez seja o mais crítico - é o faiscamento que ocorre quando os contatos abrem e fecham.

Este faiscamento é mais intenso quando o relé tem de controlar cargas in-dutivas, ou seja, aquelas que possuem bobinas. É o caso de motores, solenóides, eletroímãs e etc.

Desta forma, os fabricantes têm um cuidado especial na escolha dos mate-riais que vão ser utilizados nos contatos, em seu formato e também suas dimen-sões, para que as especificações prometidas sejam alcançadas.

Veja que, normalmente, a capacidade de corrente dos contatos de um relé é especificada para cargas resistivas e indutivas e os valores são diferentes.

Diversas ligas de prata são utilizadas na fabricação dos contatos. A prata é mais resistente à queima provocada pelo aquecimento localizado devido às faíscas, além de apresentar baixa resistência de contato por ser um material com altíssima condutibilidade elétrica.

A seguir, dentre as especificações dos relés, temos o número de contatos e sua disposição.

Bobina de Corrente Contínua e Corrente AlternadaOs relés podem ser energizados tanto a partir de uma fonte de corrente

contínua como por uma fonte de corrente alternada. No entanto, os relés para corrente alternada devem ter uma construção diferente dos relés que devem ser energizados com corrente contínua.

O que ocorre é que ao se alimentar um relé comum de corrente contínua

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com corrente alternada a inversão do sentido da corrente que ocorre constante-mente, e consequentemente do campo magnético, faz com que a armadura vibre. Além do ruído desagradável, isto pode afetar os contatos.

Técnicas especiais são empregadas para que se evite a vibração da arma-dura em um relé de corrente alternada. A mais eficiente consiste em colocar em uma das metades do núcleo da bobina um anel de cobre.

Este anel funciona como uma espira em curto que cria um segundo campo magnético que divide o campo principal em dois fluxos defasados. Assim, deixa de existir o instante em que o campo passa por zero quando a armadura pode descolar os contatos e, com isto, causar as vibrações.

Relés de CorrenteOutro tipo importante de relé é aquele que é acionado pela circulação da

corrente através de um circuito de baixa resistência. Estes relés possuem então uma bobina de muito baixa resistência, sendo especificados para ter o aciona-mento quando a corrente atinge um certo valor, independentemente da tensão. Estes relés, diferentemente dos relés de tensão comuns, são ligados em série com os circuitos de acionamento.

a) Contatos Normalmente Abertos (N.A.)Na nomenclatura inglesa, a abreviação é N.O. ou “Normally Open”. Estes

são os relés mais simples, como os que tomamos como exemplo no capítulo an-terior ao analisar o princípio de funcionamento deste componente.

Estes relés são dotados de um par de contatos que permanecem separados (circuito aberto) até o momento em que sua bobina é energizada. Quando isto ocorre, a armadura se move e os contatos se unem, fechando o circuito.

Os relés com contatos N.A. são utilizados para ligar um circuito a partir de um sinal de comando ou controle.

Os relés deste tipo podem ter um ou mais pares de contatos, conforme mostra a figura 22.

Figura �� – Relés com contatos N.A.

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Na sua linha de relés, a Metaltex possui relés especificamente com conta-tos N.A., como o mostrado na figura 23. Observe que temos dois terminais para as bobinas e dois terminais para cada contato.

Figura �� – Relés com contatos N.A. da Metaltex.

b) Contatos Normalmente Fechados (N.F.)Em inglês, usamos o termo Normally Closed (N.C.) para este tipo de relé,

que possui um par de contatos que permanece unido enquanto o relé está dese-nergizado. Quando o relé é energizado, pela aplicação de uma tensão à bobina, os contatos se separam, interrompendo a corrente que circula pelo circuito con-trolado. Estes relés são utilizados para desligar um circuito quando energizados. Na figura 24 temos o modo de ação deste relé.

Figura �� – O funcionamento de um relé com contatos N.F.

c) Contatos N.A. e N.F. ou ReversíveisEstes relés também são denominados SPDT na nomenclatura inglesa, em

que a abreviação vem de Single Pole Double Through ou 1 pólo x 2 posições, pois funcionam como uma chave deste tipo. Na figura 25, temos o símbolo ado-tado para representar este tipo de relé.

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Figura �� – Símbolo do relé de contatos reversíveis.Os relés com contatos reversíveis podem desligar uma carga ao mesmo

tempo em que ligam outra, ou ainda transferir uma corrente de um circuito para outro. Na figura 26, temos o modo de aplicação típico deste relé controlando duas cargas.

Figura �6 – Funcionamento de um relé com contato reversível.

Na figura superior temos a circulação da corrente pela carga 1 quando o relé se encontra desenergizado. Quando o energizamos, o contato comum muda de posição e a corrente passa a circular pela carga �.

Da mesma forma que nos outros relés, podemos ter em um único relé diversos contatos reversíveis. Conforme veremos mais adiante neste livro, pode-mos utilizar estes contatos em conjunto para fazer diversos tipos de comutações de circuitos, de forma bastante eficiente. A Metaltex fabrica relés com até 6 contatos reversíveis.

Podemos usar estes contatos para inverter o sentido de circulação da cor-rente em um circuito, ligar fontes de energia e cargas em série ou em paralelo ou ainda utilizar em reforço de corrente ou comutação complexa de circuitos.

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d) Relés de TravaEste tipo de relé funciona como um flip-flop eletromecânico, possuindo

duas bobinas e um par de linguetas adjuntas à respectiva armadura comandada por cada bobina.

Quando uma das bobinas é acionada, por meio de um pulso de tensão, os contatos alternam suas posições e permanecem neste estado por conta do inter-travamento mecânico das linguetas. Para retornar os contatos ao estado anterior, é necessário um pulso de tensão na outra bobina.

O pulso de tensão deve ter duração mínima de �0ms.

e) Relés de RemanênciaHá � tipos de relés de remanência:

· Relés de corrente alternada Neste caso, a remanência dos relés

é estabelecida em parte pela caracterís-tica especial do núcleo e em parte pelo emprego de componentes externos (dio-do e resistor).

Considere a imagem ao lado como referência.

O acionamento do relé é feito por meio da chave LIGA.Nesta condição o diodo em série com a chave permitirá o fluxo de corrente

em um único sentido, polarizando (orientando magneticamente) o núcleo.A duração do “pulso” de tensão (tempo que a chave LIGA permanece fe-

chada) deve ser superior a �0ms.Após a comutação dos contatos a característica de remanência do núcleo

irá garantir a permanência dos mesmos nesta posição.Para retornar os contatos ao estado anterior é necessário atuar sobre a cha-

ve DESLIGA.Nesta condição o resistor em série permitirá o fluxo de corrente alternada

– em ambos os sentidos – de baixa intensidade.Esta corrente alternada desorienta magneticamente o núcleo, despolari-

zando o mesmo, o que virtualmente anula a remanência.Por conta da ação da mola associada à armadura, os contatos retornam à

posição inicial.A duração do “pulso” de tensão (tempo que a chave DESLIGA permanece

fechada) deve ser superior a �0ms.

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Os relés fabricados nesta condição, como, por exemplo, os modelos espe-cíficos da linha OP, podem ser fornecidos com os componentes (diodo e resistor) avulsos – para montagem externa – neste caso com o sufixo “/IMP”, ou ainda com os componentes incorporados, neste caso com o sufixo “/R”.

· Relés de corrente contínua com bobina simples Neste tipo de relé, (figura ao lado) a remanência magnética do

núcleo é controlada pela direção do fluxo de corrente que atravessa a bobina.

Para alternar a posição dos contatos basta aplicar um pulso de tensão.Para retornar os contatos à posição anterior, basta aplicar outro pulso de

tensão, porém com polaridade oposta.A duração do pulso deve ser superior a �0ms.Em termos práticos, a inversão de polaridade na bobina de um relé requer

circuito adicional, o que torna esta opção menos comum.

· Relés de corrente contínua com duas bobinas Neste tipo de relé, (mostrado na figura ao lado) a remanên-

cia magnética é controlada independentemente por duas bobinas.Uma delas, denominada como SET, é utilizada para alternar

a posição inicial dos contatos.A outra, denominada como RESET, é utilizada para retornar os contatos à

posição inicial.Para ambas, a duração do pulso aplicado deve ser superior a �0ms.Importante notar que, apesar de serem bobinas independentes, as mesmas

são polarizadas.

Observações:Para qualquer modelo de relé de remanência, os mesmos são fornecidos

de fábrica no estado de RESET. Vibrações ou impactos durante transporte ou montagem podem alterar o estado original da posição dos contatos.

É recomendado que os relés sejam inicializados para o estado desejado (por exemplo, por meio de um circuito externo), antes da efetiva operação dos mesmos.

Em caso de conexão em paralelo de bobinas de remanência (de diferentes relés), é necessário o emprego de um diodo de sinal em série com cada bobina, de forma a evitar a regeneração de corrente pelas bobinas, o que pode causar mau funcionamento dos relés.

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A mesma cautela deve ser seguida em caso de conexão em paralelo de uma bobina de relé de remanência a outra carga indutiva.

InvólucrosDependendo da aplicação, os relés podem ter diversos tipos de invólucros.

Assim, se um relé for utilizado em uma caixa hermética que já ofereça uma pro-teção contra a ação do meio ambiente, ele não precisa ter um invólucro próprio. Neste caso, temos um relé aberto, como o mostrado na figura 27.

Figura �7 – Relé aberto

Se o ambiente de operação exigir um grau mínimo de proteção, podemos ter relés com invólucros plásticos que não precisam ter uma vedação muito efi-ciente, como os mostrados na figura 28.

Figura �8 – Relés em invólucros plásticos

Por outro lado, se o ambiente de operação for muito agressivo, o relé pode ser obtido em invólucros herméticos. Isto se aplica, em especial, em ambientes com gases combustíveis, onde a faísca da comutação pode causar sua ignição e, consequentemente, explosões. Na figura 29, temos exemplo de relé deste tipo.

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Figura �9- Relés herméticos ou selados.

Em todos os casos, os materiais usados podem ser opacos ou transparen-tes, dependendo apenas do tipo de relé considerado. A Metaltex possui uma ampla linha de relés que cobrem todas as aplicações citadas.

TerminaisO modo como o relé vai ser conectado ao circuito determina o tipo de

terminais que utiliza. Assim, para relés que vão ser fixados em placas de circuito impresso é comum o emprego de base DIL, ou seja, com terminais Dual In Line que se encaixam na placa e podem ser soldados, como o mostrado na figura 30.

Figura �0 – Relé com base DIL (Dual in Line)

As bases destes relés seguem as mesmas dimensões dos suportes ou bases DIL utilizadas em circuitos integrados, o que facilita também o uso de soque-tes.

Existem também relés com outras disposições de terminais e que se encai-xam em placas de circuito impresso, como o mostrado na figura 31.

Figura �1 – Relé com terminais para montagem em placa de circuito impresso.

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Os relés que operam com correntes mais intensas nos contatos exigem que estes terminais sejam mais robustos, conforme mostra a figura 32.

Figura �� – Relés de uso automotivo de encaixe com contactos para �0 ampères (a) e relé industrial de alta corrente (b)

Um outro tipo importante de relé é o que possui uma base de encaixe que facilita sua substituição em caso de necessidade. Na figura 33 temos um relé deste tipo e a sua base de montagem.

Figura ��– Relé industrial com base de encaixe e soquetes

Tipos especiais de relés exigem sistemas diferenciados para conectar as fontes de sinais comutadas, como os relés de RF, que possuem conectores coa-xais. É o caso do relé mostrado na figura 34.

Figura �� – Relé de RF

E, é claro, além destes exemplos de invólucros de relés, existem muitos outros que são projetados de acordo com as aplicações.

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Capítulo 4 – Os Relés Reed

Os relés reed se baseiam no funcionamento dos reed swtiches, ou “inter-ruptores selados de lâmina”, se adotarmos o nome em português.

Um reed switch é formado por dois ou tres contatos instalados no interior de um invólucro de vidro selado, conforme mostra a figura 35.

Figura �� – Estrutura de um reed switch simples e duplo (reversível)

O acionamento de um reed relé é feito através de um campo magnético. Aproximando-se um imã de um reed switch, o campo magnético atua sobre as lâminas, fazendo com que elas mudem de posição, provocando a comutação, conforme mostra a figura 36.

Figura �6 – Acionando um reed switch com um imã

Esta forma de acionamento é muito usada em sensores de alarmes, como os modelos fabricado pela Metaltex, mostrados na figura 37.

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Figura �7 – Sensores reed de alarme

No entanto, podemos acionar um reed switch pela ação do campo mag-nético de uma bobina. Basta enrolar a bobina em torno do reed switch, como mostra a figura 38. Obtemos desta forma um tipo extremamente sensível de relé que é o relé reed.

Figura �8 – Um relé reed

Quando uma corrente circula através da bobina, o campo magnético cria-do atua sobre os contatos do reed switch fazendo com que eles se toquem.

Na prática, as bobinas dos relés reed são dotadas de milhares de espiras de fio muito fino. Assim, os relés reed são extremamente sensíveis e rápidos na resposta, mas têm uma desvantagem: normalmente os reed switches utilizados têm pequena capacidade de corrente.

Outra vantagem dos relés reed é que seu desgaste é muito menor que os tipos normais, pois a ampola de vidro é cheia de um gás inerte que não ataca os contatos.

Estes relés, bastante compactos, não devem ser utilizados em circuitos de correntes elevadas. Na figura 39 temos um relé reed fabricado pela Metaltex.

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Figura �9 – Relé Reed da Metaltex

As especificações dos relés reed são as mesmas dos relés comuns. Além do número de contatos, tipo de contatos, tensão e corrente da bobina, precisamos ter a disposição dos terminais para uma eventual montagem em placa de circuito impresso. As especificações dos contatos também são fundamentais para qual-quer tipo de aplicação.

Da mesma forma, os circuitos de acionamento e as técnicas de proteção utilizadas com estes relés são as mesmas que encontramos no caso de relés co-muns.

A Metaltex possui uma ampla linha de relés reed para as mais diversas aplicações.

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Capítulo 5 – As Especificações dos Relés

Conforme vimos no capítulo anterior, os relés podem ser encontrados em diversos formatos, para diversas aplicações e com especificações também di-ferentes que atendem aos requisitos específicos de cada projeto. O profissional que utiliza relés deve estar preparado para entender todas as especificações de um relé, de modo a se assegurar que ele funcionará perfeitamente na aplicação desejada.

Neste capítulo, vamos analisar em detalhes as especificações de um relé, dando elementos para que todo projetista saiba como utilizá-los corretamen-te. Estas especificações são válidas tanto para os relés eletromecânicos comuns como para os relés reed.

As especificações de um relé podem ser separadas em dois grupos: as especificações da bobina, que nos dizem como devemos proceder para disparar o relé, e as especificações dos contatos, que nos dizem como e o que podemos controlar com o relé.

Nos manuais dos fabricantes de relés, como os fornecidos pela Metaltex, encontramos informações que permitem saber com exatidão o que um relé pode fazer e como ele deve ser usado.

Iniciaremos então nossas explicações pelas características elétricas dos relés.

a) Características da BobinaPara que o relé seja energizado corretamente e os contatos atuem é preciso

que uma corrente de intensidade mínima para a criação de um campo magnético circule pela sua bobina. Devemos então aplicar uma tensão de determinado va-lor, que em função da resistência do enrolamento vai permitir que a circulação da corrente mínima determinada para o acionamento seja estabelecida.

Na prática, os relés são especificados em termos da corrente que deve passar pelo enrolamento para uma determinada tensão, que é a tensão de funcio-namento. Na verdade, é preciso levar em conta que, para acionar o relé, precisa-mos de uma certa intensidade mínima de campo magnético que puxe a armadura e a mantenha firme na posição de contato. No entanto, verificamos que à medida que a armadura se aproxima da bobina, o campo já não precisa ser tão forte.

O campo que mantém a armadura próxima da bobina é mais fraco do que o campo necessário para retirá-la da posição de repouso.

Assim, verificamos que a tensão que aciona o relé é um pouco maior do que a necessária para mantê-lo com os contatos fechados. Da mesma forma, a

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corrente que aciona o relé é um pouco maior do que a corrente que mantém seus contatos fechados.

A corrente que aciona o relé, ou seja, que tira a armadura do repouso é denominada “corrente de acionamento”, enquanto que a corrente que mantém o relé com os contatos fechados é denominada “corrente de manutenção”.

Fixando a tensão que deve disparar um relé de corrente contínua, a cor-rente que vai circular por sua bobina é função da resistência do enrolamento, podendo ser calculada se conhecermos a resistência do enrolamento da bobina.

Veja que temos três grandezas envolvidas: corrente, tensão e resistência. Pela Lei de Ohm, se especificarmos um relé por duas delas, poderemos facil-mente calcular a terceira.

Tomemos três exemplos de cálculos (este cálculo vale somente para relés de corrente contínua):

1. Um relé é percorrido por uma corrente de �0 mA no disparo quando submetido a uma tensão de 6 V. Qual é a resistência de sua bobina?

Neste caso temos: Tensão de disparo (V) = 6 V Corrente de disparo (I) = �0 mA = 0,0� A Resistência da bobina (R) = ?Aplicando a Lei de Ohm: R = V/I = 6/0,0� = 1�0 Ohms�. Um relé de 1�0 Ohms de resistência de bobina dispara quando a tensão

aplicada é de 1� V. Qual é a corrente de disparo.Temos: V = 1� V R= 1�0 Ohms I = IUtilizando a fórmula: I = V/R temos: I = 1�/1�0 I = 0,1 A ou 100 mA

�. Qual é a tensão de disparo de ��0 Ohms de resistência de bobina que no disparo é percorrido por uma corrente de �0 mA?

Neste caso: R = ��0 Ohms I = �0 mA ou 0,0� A V = ?

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Aplicando a fórmula: V = R x I Temos: V = ��0 x 0,0� V = 1� V

É importante observar que as tensões que utilizamos nos cálculos são “va-lores nominais”, ou seja, tensões que são recomendadas em uma operação nor-mal.

Na prática, o relé pode operar com tensões um pouco menores, o que sig-nifica que um relé de 6 V pode ser acionado com 5 V, mas neste caso, a eficiência do componente não será a mesma, o que pode comprometer sua confiabilidade em uma aplicação.

Os valores maiores também são admitidos, mas até um certo limite. A bobina do relé tem uma certa resistência, o que significa que na operação com a corrente normal, dissipa uma certa quantidade de calor. No projeto do compo-nente, o fabricante prevê a quantidade máxima de calor que a bobina pode dissi-par. Assim, se ligarmos um relé de 1� V num circuito de 1� V, ele vai funcionar perfeitamente, mas a temperatura de sua bobina estará acima do valor previsto como normal pelo fabricante.

Se for uma aplicação de operação intermitente, em que o relé é energizado por curtos intervalos de tempo, separados por longos intervalos, talvez não ocor-ra problema algum de funcionamento, mas se o relé ficar energizado por longos intervalos de tempo, a dissipação de calor é um fator que deve ser considerado.

Nas especificações dos relés é comum que os fabricantes deem uma tole-rância para a tensão de acionamento de 10% a 1�% acima do valor nominal, isto dentro da faixa de temperaturas de operação do componente.

Resumindo:As características elétricas da bobina de um relé são:· Tensão de operação (nominal)· Corrente de operação (nominal)· Resistência da bobina

b)Características dos contatosConforme vimos no capítulo anterior, também é preciso conhecer as di-

versas características dos contatos de um relé para que possamos usá-lo correta-mente em uma aplicação.

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No capítulo anterior, falamos apenas do número de contatos e sua capa-cidade de corrente, mas existe mais, que veremos neste capítulo com mais por-menores.

A primeira característica que deve ser observada nos contatos de um relé é a sua corrente máxima. Uma corrente excessiva causa o desgaste prematuro do componente e até sua inutilização imediata pelo aquecimento e queima.

Quando um relé abre ou fecha seus contatos, nos instantes em que eles estão muito próximos podem ocorrer arcos ou faíscas que tendem a queimá-los, ou ainda fundir o metal na região em que incidem, alterando as características elétricas do componente, conforme mostra a figura 40.

Figura �0 – Arcos que ocorrem quando um relé abre e fecha seus contatos

Estes arcos ou faíscas tornam-se mais intensos quando o relé comuta uma carga indutiva como um motor ou solenóide. A contração do campo no disposi-tivo comutado faz com que altas tensões sejam geradas.

O problema se agrava quando o material fundido das duas partes se une e esfriando faz com que os contatos “grudem” impedindo o posterior funciona-mento do componente. A figura 41 mostra o que ocorre.

Figura �1 – Contatos “grudados” pelo problema da fusão

Veja então que é importante que a corrente controlada pelos contatos seja distribuída pela maior superfície possível, o que significa que sua intensidade máxima está justamente pela sua superfície. Maiores contatos permitem contro-lar maiores correntes.

O material usado nos contatos também é importante. Como falamos, são usadas ligas especiais de prata.

Como nos circuitos indutivos, os efeitos devidos a arcos são mais acen-

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tuados. Os fabricantes especificam as correntes máximas tanto para circuitos resistivos como para indutivos e os valores são diferentes, conforme podemos ver pelas especificações da figura 42.

Figura 42 – Especificações de corrente de um relé.

Existem recursos que protegem os contatos contra os problemas devidos ao faiscamento na abertura e fechamento. Estes recursos consistem em circuitos ou componentes externos que serão tratados mais adiante neste mesmo livro.

A vida útil de um relé está basicamente determinada pela durabilidade dos contatos e, como o desgaste ocorre nos momentos em que é feita a comutação, podemos dizer que a vida útil de um relé está diretamente associada ao número de comutações que ele realiza.

Assim, nos datasheets dos relés encontramos especificações importantes, conforme pode ser visto na figura 42, com a vida elétrica do relé especificada em milhões de operações, dadas por uma taxa que é medida em intervalos regulares por minuto. Mas os contatos não são especificados apenas em termos de corren-te. A tensão do circuito que está sendo controlado é importante, pois ela aparece entre os contatos quando eles estão abertos. Se levarmos em conta a rigidez dielétrica do ar, existe uma tensão máxima que pode aparecer entre os contatos antes de aparecer um arco.

Um relé que deve operar com tensões muito altas, por exemplo, deve man-ter os contatos abertos a uma distância de separação muito maior do que um relé que deve operar com baixas tensões. Valores típicos para as tensões de contato dos relés estão na faixa de �00 a ��0 V, mas existem relés para circuitos de alta tensão com tensões de contato muito maiores.

Como a potência do circuito que o relé deve controlar é dada pelo produto da tensão pela corrente, em alguns casos os fabricantes dos relés especificam a potência máxima que pode ser controlada.

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O acionamento de um relé não é instantâneo e, conforme vimos, a ten-são em que ele se mantém fechado é menor do que a que o desliga. Assim, os fabricantes podem especificar seus relés por uma curva característica como a mostrada na figura 43.

Figura �� – Curva característica de um relé

Esta característica de histerese do relé é muito importante quando a tensão de excitação da bobina varia, pois ela impede a oscilação excessiva dos contatos. Outra especificação importante em determinadas aplicações é o tempo que o relé demora para fechar seus contatos. Existe então um intervalo mínimo de tempo indicado pelo fabricante, que decorre entre a aplicação da tensão na bobina e o pleno fechamento dos contatos. Este valor varia de tipo para tipo e é dado tipica-mente em milissegundos (ms). Na figura 44 temos parte de um datasheet de relé da Metaltex em que se indica o tempo de operação e o tempo de desoperação, que é o tempo de desligamento.

Figura �� – Tempos de acionamento ou operação de um relé

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Nesta mesma figura temos também a especificação do tempo de desliga-mento ou desoperação. Trata-se do intervalo de tempo que temos entre o instante em que a alimentação da bobina é cortada e o instante em que o campo mag-nético se reduz o suficiente para que os contatos abram. A figura 45 mostra a contração das linhas do campo quando a alimentação é interrompida.

Figura �� – O campo não desaparece instantaneamente quando a corrente é interrompida

Veja que os tempos de contração e expansão devem ser levados em conta quando se deseja que o relé opere em ciclos rápidos. Estes tempos determinam a máxima frequência que o relé pode responder.

É claro que não se recomenda a utilização deste tipo de componente em aplicações que exijam a repetição de muitos ciclos de operação rapidamente, pois existe uma limitação para a vida útil dos contatos.

Esta vida é indicada em termos de quantidade de operações, ficando tipi-camente entre 250 mil e 30 milhões, conforme a intensidade da corrente contro-lada. Finalmente, devemos levar em conta a resistência dos contatos, que pode ser expressa de diversas formas.

A maneira mais comum consiste em se indicar a resistência de contato inicial, ou seja, a resistência de um contato que ainda não comutou nenhuma carga e, portanto, ainda não sofreu desgaste pelo faiscamento. Esta resistência é expressa em milésimos de Ohms (mOhms) e varia tipicamente entre 10 e 100 mOhms.

Além destas especificações, temos ainda outras que eventualmente podem ser necessárias em determinadas aplicações dos relés. Podemos citar o isolamen-to entre a bobina e os contatos, e capacitância entre os contatos quando abertos, pois nestas condições podemos considerá-los como um capacitor.

Temos ainda o peso do componente, a vibração, a rigidez dielétrica entre a bobina e os contatos e entre os contatos, além de ouras.

Neste livro não nos aprofundaremos na análise destas características adi-cionais. Assim, se o relé para uma aplicação for crítico, o que recomendamos é a

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consulta a um especialista, no caso um engenheiro do próprio fabricante. A Me-taltex mantém um departamento de consultas que pode ajudá-lo se a aplicação para o relé exigir características especiais.

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Capítulo 6 – Como usar corretamente um reléPequenos cuidados no projeto de circuitos que façam uso de relés podem

significar a diferença entre o funcionamento desejado e o aparecimento de di-versos problemas. Situações que vão desde o não funcionamento do circuito até uma redução da sua vida útil, certas instabilidades, risco de interferências, e muitas outras.

Neste capítulo, trataremos de algumas formas de se utilizar o relé pro-tegendo-o contra diversos tipos de problemas que podem ocorrer quando ele funciona em um circuito, e que também protegem os próprios componentes do circuito contra danos eventuais que seus funcionamentos possam causar.

A bobina de um relé consiste em uma carga indutiva que gera alta tensão e transientes na comutação e, da mesma forma, os circuitos comutados pelos contatos, se forem indutivos ou capacitivos, podem gerar tensões, transientes e instabilidades capazes de afetar todo o circuito. Analisemos alguns cuidados a serem tomados no uso dos relés:

a) Proteção do circuito de acionamentoNo momento em que um relé é desenergizado, as linhas de força do campo

magnético da bobina, que se encontram em seu estado de máxima expansão, começam a se contrair. Nesta contração, as espiras da bobina do próprio relé são cortadas, havendo então a indução de uma tensão.

Esta tensão tem polaridade oposta àquela que gerou o campo e pode atingir valores muito altos. O valor do pico desta tensão depende da velocidade de con-tração do campo (di/dt) e da indutância da bobina. Em alguns casos, o valor pode chegar a centenas de Volts, o que pode afetar o componente de comutação.

Se o componente responsável pela comutação do relé não estiver dimen-sionado para suportar esta tensão, ou se não houver uma proteção adequada, a queima deste componente será inevitável, conforme sugere a figura 46.

Figura �6 – Ao desenergizar o relé aparece uma alta tensão sobre o componente de comutação, no caso um transistor.

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Diversas são as técnicas de proteção utilizadas para evitar que a comuta-ção do relé afete o componente utilizado, sendo a mais conhecida a que faz uso de um diodo comum, conforme mostra a figura 47.

Figura �7 – Utilizando um diodo para evitar o aparecimento de alta tensão no componente comutador.

Diodos de comutação, como os 1N�1�8 ou 1N91�, são os preferidos para esta aplicação, já que são suficientemente rápidos para conduzir a corrente quan-do a tensão aparece na bobina devido à contração das linhas do campo magnéti-co - isto em um intervalo muito curto. Nas aplicações menos críticas, até mesmo diodos retificadores como o 1N4002, 1N4004 ou 1N4007 podem ser usados.

O que ocorre neste caso é que o diodo está polarizado inversamente em relação à tensão que dispara o relé. Assim, quando ocorre a indução de alta ten-são na bobina - aparecendo nos seus extremos - o diodo é polarizado no sentido direto. Com a baixa resistência apresentada, ele põe em curto esta tensão, condu-zindo a corrente gerada e impedindo que alta tensão apareça sobre o componente de comutação.

Oura técnica, menos comum dado ao custo do componente, é a que faz uso de um varistor (voltage dependent resistor ou VDR) ligado em paralelo com a bobina, conforme mostra a figura 48.

Figura �8 – Usando um VDR ou varistor

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O varistor, ou VDR, é um componente - normalmente de óxido de zinco - que apresenta uma característica não linear corrente x tensão, conforme mostra a curva da mesma figura. Quando a tensão supera certo valor, a resistência do componente cai abruptamente

Esta propriedade pode ser usada para absorver a energia induzida quando o relé é desenergizado pela condução da corrente que pode causar problemas aos componentes de comutação.

A tensão do VDR deve ser escolhida de tal modo a ser maior que a tensão de disparo do relé, porém menor do que a tensão máxima suportada pelo ele-mento usado no disparo.

A utilização de um capacitor ou resistor em paralelo com a bobina também pode ser considerada como um meio de proteção, mas não tem a mesma eficiên-cia, dada a velocidade com que ocorre a comutação.

Também podem ser usados diodos zener em série com diodos comuns em paralelo com a bobina, onde a tensão zener deve ser escolhida de acordo com o circuito.

Finalmente podemos indicar ainda a utilização de resistores em série com o diodo de proteção, recurso que afeta o tempo de comutação do diodo.

b) Proteção dos ContatosAlém da observação das limitações de corrente e tensão que devem apa-

recer nos contatos de um relé, existem alguns cuidados adicionais que podem evitar desgaste e, com isto, prolongar a vida do próprio relé.

Na comutação de cargas indutivas é conveniente agregar ao circuito ele-mentos de proteção contra faiscamentos. Na figura 49 mostramos como um dio-do pode ser ligado em paralelo com a carga indutiva de modo que seja evitado o aparecimento de altas tensões nos contatos quando sua abertura. Estas tensões elevadas poderiam causar faiscamentos capazes de queimar os contatos.

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Figura �9 – Proteção dos contatos na comutação de cargas indutivas

Na mesma figura, vemos como usar um VDR com a mesma finalidade. Também podem ser utilizados outros elementos, exatamente como no caso dos circuitos de comutação da bobina.

Veja mais detalhes no anexo A deste livro.

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Capítulo 7 – Circuitos de excitação (drivers)

A seguir, teremos uma boa quantidade de circuitos práticos para relés co-muns em aplicações gerais, que podem servir de base para aplicações especiais em que relés com características diferenciadas sejam utilizados. Estes circui-tos também servirão de base para qualquer tipo de projeto que empregue relés, como interfaceamento final para acionamento deste componente.

Excitadores ou drivers Chamamos de circuitos excitadores, drivers ou ainda circuitos de aciona-

mento, os circuitos que têm por finalidade excitar relés a partir de sinais fracos, tais como as tensões e correntes disponíveis em alguns componentes eletrôni-cos. Estes circuitos podem ser utilizados para aumentar a sensibilidade de um relé, possibilitar a operação de relés de corrente contínua com sinais alternados, modificar o tempo de resposta ou acionamento ou ainda responder apenas a de-terminadas faixas de tensões.

1. Driver de um transistor NPNNa figura 50 temos um circuito que multiplica por 50 a sensibilidade de

um relé em termos de corrente. Isto significa que podemos acionar um relé que necessita de 100 mA com apenas � mA.

Figura �0 – Driver de um transistor NPN.Este circuito consiste em um seguidor de emissor, onde os valores dos

resistores empregados dependem das características do relé e do transistor. Este circuito pode operar com relés de � a 18 V com correntes de acionamento de até 100 mA. O resistor R� deve ser aproximadamente 100 vezes a resistência da bo-bina do relé para um ganho de �0 vezes. R1 funciona como limitador da corrente de entrada. A resistência de entrada deste circuito é a resistência da bobina do relé multiplicada pelo ganho.

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Assim, se o relé tem uma resistência de 100 Ohms em um acionamento com 6 V, com este circuito ele será visto pelo circuito externo como um relé de �.000 Ohms.

Podemos usar qualquer transistor de silício de uso geral com ganho supe-rior a �0 para Q1. A corrente de coletor máxima é de 100 mA. Tipos indicados são os da série BC��7.

Observe que um diodo de proteção é ligado em paralelo com o relé. A ca-pacidade de corrente do circuito controlado vai depender das características dos contatos do relé utilizado. O acionamento é feito com uma tensão positiva de entrada. Para correntes maiores - até �00 mA - sugerimos o uso de transistores BD1��, BD1�7 ou BD1�9 e até mesmo o TIP�1.

2. Driver de um transistor PNPAs características do circuito a seguir são as mesmas do circuito anterior,

com a diferença que usamos transistor PNP. Isto altera as polarizações, inclusive a do sinal de entrada. O circuito é dado na figura 51.

Figura �1 – Driver de um transistor PNP

Os transistores da série BC��8 são os indicados, mas podem ser usados quaisquer transistores PNP de uso geral que tenham ganho superior a �0 vezes e uma corrente de coletor máxima de 100 mA. Relés de � a 18 V podem ser acio-nados por este circuito.

Relés com correntes superiores a 100 mA - até �00 mA - podem ser acio-nados com o uso dos transistores BD1�6, BD1�8 ou BD1�0 e até mesmo os TIP��.

3. Driver para C.A.Os circuitos anteriores podem ser usados para excitar relés a partir de si-

nais contínuos. Acrescentando uma ponte de diodos, poderemos excitar relés

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com sinais alternados como sinais de áudio ou RF. A ponte também permite que sinais de qualquer polaridade sejam usados no disparo de relés. O circuito deste driver é mostrado na figura 52.

Figura �� – Driver de sinais alternados

Relés com corrente até 100 mA podem ser utilizados, e a tensão de alimen-tação vai de � a 18 V, conforme o relé utilizado.

O capacitor é usado no caso de sinais de áudio ou RF enquanto que, para disparo simples com inversão de polaridade, ele pode ser eliminado.

O ganho também depende das características do transistor, podendo ser fixado tipicamente em 50 vezes através de R2. Para tensões maiores, podemos usar transistores de acordo com a aplicação. E, para correntes até �00 mA, po-demos usar o BD1��.

4. Driver de alto ganho com dois transistores NPNUm ganho muito alto de corrente, da ordem de �00 vezes ou mais, pode

ser obtido com uma configuração Darlington de dois transistores, conforme a mostrada na figura 53.

Figura 53 – Configuração de alto ganho com ligação Darlington

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A tensão de alimentação entre � e 18 V depende do relé. Os resistores R� e R� determinam que o ganho R� deve ser aproximadamente 100 vezes o valor da resistência da bobina do relé. R� deve ter 100 vezes a resistência de R�.

Para um relé como o ML�RC1 de 6� Ohms, por exemplo, R� pode ser de 6,8 kOhms e R� de 680 kOhms.

Os transistores podem ser os BC��8 (ou equivalentes) e o diodo pode ser o 1N�1�8. Para relés de correntes maiores - até �00 mA - podemos usar para Q� o BD1��, mantendo o BC��8 para Q1.

Neste circuito, a corrente de acionamento obtida será de apenas 18� µA. A tensão, entretanto, deve ser de pelo menos 0,7 V.

5. Driver de alto ganho com transistores PNPA configuração equivalente à anterior pode ser obtida com transistores

PNP. A polaridade do sinal de acionamento será então invertida e todas as carac-terísticas mantidas. Na figura 54 temos então o circuito obtido.

Figura 54 – Configuração Darlington de alto ganho com transistores PNP

Neste caso, também temos que R� deve ser aproximadamente 100 vezes a resistência do relé e que R� deve ser 100 vezes a resistência de R�. Observe a inversão da polaridade da alimentação.

Lembramos que neste circuito e no anterior será preciso ter uma tensão de entrada de pelo menos 0,7 V para iniciar a condução do transistor e, assim, obter o acionamento do relé.

Para relés com corrente de bobina até �00 mA pode ser usado o BD1�6 para Q�.

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6. Driver de alto ganho para CAPara a ativação de um relé com ganho e sensibilidade elevados, mas com

sinais alternados, precisamos de uma ponte retificadora adicional, conforme mostra o circuito da figura 55. Este circuito também serve para sinais contínuos de qualquer polaridade.

Figura �� – Driver de alto ganho para sinais alternados

O circuito funciona com relés de � a 18 V e corrente de acionamento até 100 mA. Para correntes maiores, Q� pode ser o BD1�� (até �00 mA). As de-mais características e componentes são como no circuito anterior.

O capacitor será necessário se o circuito operar com sinais de áudio ou RF e seu valor depende da frequência, ficando tipicamente entre 47 nF e 10 µF. Para corrente alternada de 60 Hz, use um capacitor de �7 µF ou mesmo maior.

Lembramos que existe uma barreira de potencial da ordem de 0,7 V nos diodos de silício e de 0,� V nos diodos de germânio a ser vencida para haver polarização dos transistores.

Como temos dois diodos neste circuito, para os tipos de silício o sinal de entrada deve ter uma amplitude mínima da ordem de 1,� V, mas se forem usados diodos de germânio, esta amplitude cai para 0,� V. Também deve ser considera-da uma pequena queda de tensão nos transistores de saída, que deve ser compen-sada eventualmente com aumento da tensão de alimentação.

7. Driver DarlingtonA configuração mostrada na figura 56 utiliza dois transistores comuns NPN

de uso geral na configuração Darlington, tendo o relé como carga de coletor. O ganho será dado aproximadamente pelo produto dos ganhos dos transistores, o que significa uma sensibilidade muito alta.

�6


Figura �6 – Etapa de excitação Darlington

Este circuito tem ainda como recurso importante um ajuste de pré-pola-rização para o transistor, o que o leva ao limiar do disparo. Isto faz com que precisemos de amplitudes menores do sinal de entrada para o disparo.

Este ajuste é feito em um potenciômetro ou trimpot de 1 MW. Com o ajus-te realizado, a sensibilidade obtida é enorme, devendo o circuito ser disparado com sinais contínuos.

A resistência de entrada deste excitador é elevada, da ordem de megohms, podendo o mesmo ser disparado com baixíssimas correntes. Uma ponte de dio-dos na entrada permite a atuação com sinais alternados ou ainda sem polaridade definida.

O capacitor C1 influi no retardo do disparo e também na filtragem evitan-do transientes e a vibração dos contatos do relé.

8. Driver complementar de 700 mV x 50 µAO driver apresentado possibilita o disparo de um relé de � a 1� V ou mes-

mo mais, dependendo do transistor, com uma corrente de apenas �0 µA e uma tensão de 700 mV. São usados dois transistores, um PNP e um NPN, com aco-plamento direto.

O relé pode ser de qualquer tipo com uma corrente de acionamento até 100 mA com os transistores indicados e até �00 mA com um BD1�6 para Q�. O circuito é mostrado na figura 57.

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NEWTON C. BRAGA

Figura �7 – Driver complementar sensível

9. Driver complementar inversoNa figura 58 temos o circuito equivalente ao anterior, mas com transistores

complementares e polaridade de alimentação inversa.

Figura �8 – Driver complementar inverso

As características deste circuito são as mesmas do circuito anterior. Para disparo de relés com correntes de 100 mA a �00 mA use o BD1�� para Q�. Ob-serve a polaridade inversa da alimentação. Q1 é o BC��8.

10. Driver com operacionalAmplificadores operacionais, como o 741 e mesmo comparadores como

os da série LM339, podem ser usados para excitar relés em configurações con-forme a mostrada na figura 59.

�8


Figura 59 – Driver com amplificador operacional ou comparador de tensão

Neste circuito, o ganho e a resistência de entrada dependem de R1 e R�, conforme a tabela dada acima do diagrama.

A alimentação deve ser simétrica e dela depende a tensão de acionamento do relé. Veja que o Vcc do relé pode ser diferente do Vcc do operacional. Uma fonte de 6 + 6 V serve para relés de 6 V.

Para correntes de acionamento acima de 100 mA - até �00 mA - o transis-tor usado pode ser o BD1��.

Observamos que o circuito é inversor, ou seja, é acionado com um sinal negativo de entrada. O resistor deve ter o mesmo valor de R1.

Para acionamento com sinais positivos, em uma configuração não inverso-ra, devemos empregar o circuito mostrado na figura 60.

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NEWTON C. BRAGA

Figura 60 – Configuração não inversora com operacional

O diodo pode ser o 1N�1�8 ou qualquer um de uso geral de silício.

11. Driver de potênciaO ganho do circuito mostrado na figura 61 é de aproximadamente 40 ve-

zes, mas pode ser maior, conforme o transistor usado. Ele é indicado à excitação de relés de maior corrente - até 500 mA - com tensões até 30 V. Na verdade, se o transistor for dotado de um dissipador de calor, relés até � A de corrente de bobina podem ser excitados.

Figura 61 - Driver de potência

A versão com transistor PNP para este circuito é mostrada na figura 62. Observe a polaridade da alimentação e do sinal de controle.

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Figura 6� – Driver de potência com transistor PNP

Tanto para a versão com transistor NPN como PNP, podem ser utilizados equivalentes com características de acordo com a corrente de excitação do relé e também do ganho desejado. A corrente de acionamento é determinada pelo resistor de �70 Ohms, que eventualmente deve ser alterado.

12. Driver com SCRO circuito mostrado na figura 63 faz o acionamento de um relé através de

um SCR de grande sensibilidade. O SCR utilizado pode ser qualquer um da série 106, como o TIC106, com sufixo de acordo com a tensão de alimentação.

Figura 6� – Circuito de disparo com SCR

Estes SCRs podem ser disparados com tensões entre 0,7 V e 1 V e uma corrente de apenas �00 µA.

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NEWTON C. BRAGA

Alguns pontos importantes devem ser considerados quando da utilização deste circuito.

O primeiro é que o SCR, uma vez disparado, continua em condução mes-mo depois de removido o sinal de entrada. Para desligar o SCR é preciso desli-gar, por um momento, a alimentação do circuito, ou ainda colocar momentanea-mente em curto seu anodo com o catodo.

Também deve ser considerado que, ao conduzir, ocorre uma queda de ten-são da ordem de � V no SCR, o que deve ser considerado na excitação do relé. Por exemplo, se o relé for de 6 V, precisamos de uma tensão de alimentação de pelo menos 8 V.

Podemos usar este circuito para ativar relés de 6 a �8 V com correntes até 1 A ou mesmo um pouco mais. Para correntes acima de �00 mA, o SCR deverá ser montado num radiador de calor.

O disparo deste circuito é feito com pulsos positivos ou ainda tensões contínuas positivas.

13. Driver biestável com SCRO circuito apresentado na figura 64 é um biestável que tem por carga con-

trolada um relé.

Figura 6� – Biestável com SCR

Estando inicialmente o SCR1 em condução e o SCR no corte, um pulso de entrada inverte esta situação ativando o relé. Para desativar o relé basta aplicar na entrada um novo pulso.

6�


O capacitor de �� µF de realimentação é obtido pela associação de dois capacitores eletrolíticos de �� µF em oposição. O resistor R deve ser dimensio-nado de modo que, na tensão de alimentação do circuito, tenhamos no disparo do SCR uma corrente maior que a de manutenção (Ih). Um valor típico para a corrente neste circuito é de 100 mA.

Para relés que exijam correntes maiores é conveniente montar o SCR em um dissipador de calor. O circuito também pode ser usado para ativar simultane-amente dois relés, sendo o segundo ligado em lugar de R.

Obs: Dependendo da modalidade de disparo, os capacitores não descarre-gam quando ocorre a inversão do pulso de entrada, por exemplo, se o disparo for feito por sensor ou chave NA. Neste caso, deve ser acrescentado ao circuito um resistor de descarga entre o gate e o catodo de cada SCR.

14. Driver com Darlington de PotênciaTambém é possível obter um ganho muito grande de amplificação para

excitação de um relé com um único transistor. Basta utilizar um Darlington de potência, que é um componente de baixo custo e tem um ganho muito alto.

Na figura 65 temos o modo de se utilizar transistores Darlington da série TIP que podem controlar correntes de vários ampères com ganhos superiores a 1000 vezes. Podemos fazer a excitação tanto com sinais positivos como com sinais negativos, conforme mostram os circuitos em (a) e (b).

Os valores de R1 devem ser tais que possibilitem a obtenção da corrente de base que, multiplicada pelo ganho, resulte na corrente de acionamento do relé. É claro que deve ser dada uma boa tolerância no sentido de que a corrente obtida seja pelo menos duas vezes maior que a corrente exigida pelo relé.

Figura 6� – Circuitos de acionamento com Darlingtons de potência

A tensão máxima do relé depende apenas do transistor utilizado.

6�

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15. MOSFET de potênciaOs transistores de efeito de campo de potência, Power MOS ou Power

MOSFETs oferecem também a possibilidade de se fazer um acionamento de relé com uma característica de impedância de entrada extremamente elevada.

Assim, em um circuito com MOSFET, não precisamos praticamente de corrente, mas tão somente de tensão para fazer o acionamento, o que significa uma potência praticamente nula do circuito excitador. Na figura 66 temos exem-plos de circuitos de excitação de relés com estes componentes.

A tensão de entrada normalmente deve estar acima de � V, e a corrente máxima do relé depende apenas do MOSFET usado, chegando a vários ampères com os tipos comuns.

Da mesma forma que no caso dos transistores, o acionamento pode ser feito com transistores de canal P (a) e com transistores de canal N (b), com po-laridades opostas para os sinais.

Figura 66 – Excitação de relés com MOSFETs de potência

16. Relé com travaNosso último circuito consiste em uma ideia prática para usar um segundo

par de contatos de um relé para a função trava. Assim, quando o relé pelo acio-namento de S1 for excitado, ele fecha os contatos e assim permanece, mesmo depois que o sinal excitador for removido.

Para desarmar é preciso que a alimentação do relé seja cortada por um instante. Na figura 67 mostramos como fazer isto.

6�


Figura 67 – Excitação de relé com trava

6�

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Capítulo 8 – Relés em circuitos lógicosUma maneira de se interfacear circuitos lógicos com outros circuitos é

com a utilização de relés. Este recurso é utilizado principalmente em automação, controle e em diversas outras aplicações onde as características de isolamento e segurança dos relés são importantes.

Os relés podem ser excitados por circuitos lógicos TTL, CMOS, DSPs, microcontroladores, microprocessadores e muitos outros de forma simples, em-pregando-se basicamente os drivers que vimos no capítulo anterior.

Conforme o tipo de sinal que o circuito lógico fornece devemos ter um interfaceamento apropriado com a etapa de excitação, de modo a se garantir seu desempenho. Neste capítulo veremos como excitar relés a partir de lógica TTL e CMOS, lembrando que as saídas dos principais tipos de microcontroladores e microprocessadores, além de DSPs, têm características compatíveis com estas lógicas.

17. Driver TTL e CMOS – acionamento no nível altoPara ativar um relé a partir do nível alto (HI ou 1) da saída de um circuito

lógico TTL ou CMOS podemos utilizar o circuito da figura 68.

Figura 68 – Excitando um relé a partir de saída no nível alto CMOS ou TTL

O resistor de 1 kW limita a corrente de saída do circuito integrado digital e, ao mesmo tempo, garante a plena excitação do transistor até a saturação.

Este transistor é polarizado de modo a conduzir a corrente quando a saída lógica for ao nível alto (1 ou HI), levando assim a corrente de coletor a energi-zação do relé.

Neste tipo de aplicação, podemos usar tensões diferentes para o circuito

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lógico e para o relé. Podemos, por exemplo, usar relé de 6 ou 1� V com circuitos lógicos TTL onde a tensão de alimentação é de � V. Neste caso, devemos cuidar para que os terras das duas tensões sejam comuns.

O circuito apresentado é indicado para relés até 100 mA com tensões de operação de � a �� V. Para correntes maiores, podemos usar o BD1��, BD1�7 ou BD1�9 (até �00 mA).

18. Driver TTL e CMOS – acionamento no nível baixoO circuito apresentado na figura 69 excita um relé a partir de um circuito

digital TTL, CMOS ou mesmo microcontrolador, quando sua saída for ao nível baixo (0 ou LO).

Figura 69 – Excitando um relé com saída no nível baixo

No nível baixo, a tensão aplicada à base do transistor é de 0 V, o que faz com que ele conduza até a saturação. Com isto, a corrente de coletor é suficiente para acionar o relé. Observe que, neste circuito, a tensão de alimentação do cir-cuito do relé não precisa ser necessariamente a mesma que alimenta o circuito lógico de excitação. Podemos usar relés de 6 V a 1� V ou mesmo mais, com lógica TTL, que é alimentada por � V.

As fontes usadas neste caso devem ter o terra comum. Para correntes maio-res do que 100 mA, podem ser usados os BD1�6, BD1�8 ou BD1�0.

19. Driver para alta tensãoO circuito apresentado na figura 70 tem por finalidade excitar um relé de

alta tensão (110 ou ��0 VCA).

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Figura 70 – Driver para alta tensão

Neste circuito, o relé é de alta tensão com corrente inferior a 100 mA, já que o fusível utilizado é para esta intensidade. O SCR deve ter sufixo de acordo com a tensão da rede e os terras das fontes lógica e alta tensão devem ser co-muns. O acionamento do relé ocorre quando a saída da função lógica TTL ou CMOS for ao nível alto.

Observamos que o circuito se mantém acionado somente durante o tempo em que a saída do circuito lógico estiver no nível alto. A função trava não existe neste caso, pois o SCR está sendo alimentado por corrente alternada.

20. Driver duploNa figura 71 temos uma aplicação interessante para relés em eletrônica di-

gital. Trata-se de um circuito que mantém um relé fechado e outro aberto quando o nível lógico da saída excitadora for alto, e inverte a situação quando o nível for baixo. Ou seja, o relé fechado abre e o aberto fecha.

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Figura 71 – Acionamento digital duplo (complementar)

Neste circuito foram utilizados transistores complementares de baixa po-tência capazes de excitar relés de � a 1� V com correntes máximas de bobina de 100 mA.

Podem ser usados transistores de maior corrente como os pares BD1��/BD1�6.

Neste tipo de circuito as tensões de alimentação dos relés não precisam ser as mesmas dos circuitos lógicos de excitação. Apenas o terra destas fontes deve ser comum.

O resistor que limita a corrente de base dos transistores pode ser alterado em função do ganho destes componentes.

21. Driver para microcontroladores – Interface PCNa figura 72 mostramos como ligar uma etapa de excitação de relé a uma

saída de microcontrolador, microprocessador ou mesmo à porta paralela do PC para ativação no nível alto.

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Figura 7� – Excitação por microcontrolador

A tensão de alimentação do relé não precisa ser necessariamente a mesma do microcontrolador ou circuito de excitação. Assim, podemos ativar relés de 1� V a partir de uma saída microcontrolada de � V.

Exige-se apenas que o terra do circuito de acionamento do relé seja co-mum ao terra do microcontrolador.

22. Driver direto com o 555 (acionamento no nível alto)Relés sensíveis podem ser acionados diretamente pela saída de um ��,

se bem que este procedimento algumas vezes possa causar instabilidades ao circuito.

O �� tem uma capacidade de corrente até �00 mA, mas com correntes intensas a comutação do relé pode afetar o funcionamento do ��, exigindo um forte desacoplamento da saída com um capacitor ou outro componente. Na figu-ra 7� mostramos como fazer o acionamento no nível baixo.

Figura 7� – Acionamento direto com o �� – saída no nível baixo.

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O �� é um timer compatível com circuitos TTL e CMOS podendo tanto operar na configuração astável como monoestável. O capacitor de desacopla-mento de 100 nF é importante quando o �� é usado para comutar cargas indu-tivas, caso do relé.

23. Driver direto com o 555 (acionamento no nível baixo)O circuito apresentado na figura 74 faz o acionamento do relé quando a

saída do �� vai ao nível baixo. Se bem que a capacidade de excitação do �� seja de �00 mA, nem sempre o circuito é estável, caso em que se recomenda o uso de um transistor.

Figura 7� – Excitação de relé pelo �� com a saída no nível baixo

A tensão de alimentação do relé deve ser obrigatoriamente a mesma tensão que alimenta o ��.

Observamos que existe a versão CMOS do ��, o 7��, que apresenta características de baixo consumo, mas sua saída pode excitar carga no máximo de 100 mA.

24. Driver de potência com o 555Uma maneira de se excitar relés de correntes maiores com o �� é utili-

zando uma etapa amplificadora que tanto pode empregar transistores BC548 para correntes até 100 mA, como transistores BD1�� ou TIP�1 para correntes até 500 mA no primeiro caso e 2 ampères no segundo. Na figura 75 temos o circuito usado.

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Figura 7� – Etapa de potência para o ��

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Capítulo 9 – Relés em optoeletrônica

O disparo de relés a partir de circuitos ópticos (sensíveis a luz) pode ser útil em centenas de aplicações práticas, como alarmes, interfaces via fibra-ópti-ca, links infravermelhos, detecção de objetos e pessoas, acionamento automático de sistemas de iluminação, alarmes de falta de luz, alarmes de luz e muito mais. Daremos a seguir diversas aplicações importantes envolvendo relés e sensores ópticos que podem ser aperfeiçoadas conforme necessidades específicas de cada um. Os circuitos são baseados em relés comuns da linha ML, mas outros tipos podem ser usados, conforme as características do circuito controlado.

25. Relé de luz com LDRO primeiro circuito que apresentamos é o mais simples, sendo mostrado

na figura 76.

Figura 76 - Relé de luz com LDR

Neste circuito o relé fecha os seus contatos quando o LDR é iluminado. O circuito não possui trava, o que quer dizer que o relé desarma tão logo o LDR deixa de ser iluminado.

O LDR pode ser de qualquer tipo comum redondo, podendo ser montado em um tubinho com lente para maior diretividade e sensibilidade. O ajuste de sensibilidade é feito em P1.

Relés de 6 ou 1� V podem ser usados e o transistor admite equivalente como o BC��7 ou BC��9. Uma aplicação interessante deste circuito é como alarme de luz.

Na figura 77 temos a sugestão de montagem em uma pequena placa de circuito impresso.

7�


Figura 77 – Placa de circuito impresso para montagem do relé de luz

Como o consumo é baixo na condição de espera, nas aplicações em que o relé somente permanece fechado por curtos intervalos de tempo é possível usar pilhas na alimentação.

26. Relé de sombra com LDRNeste circuito, o relé aciona quando a luz que incide sobre o LDR é corta-

da. O relé permanece ativado apenas durante o tempo em que o LDR não recebe luz, voltando a desarmar quando o LDR é iluminado.

O circuito foi projetado para operar com relés de 6 a 1� V com correntes até 100 mA. O ajuste de sensibilidade é feito em um trimpot ou potenciômetro. Na figura 78 temos o diagrama completo do relé de sombra, que pode ser ali-mentado por pilhas ou fonte.

Figura 78 – Circuito do relé de sombra

Na figura 79 temos uma sugestão de montagem em placa de circuito im-presso.

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Figura 79 – Montagem do relé de sombra numa placa de circuito impresso

Podemos obter grande sensibilidade e diretividade para o acionamento se instalarmos o LDR em um tubinho opaco com uma lente convergente. O LDR deve ser posicionado perto do foco da lente.

Como o consumo do circuito é baixo na condição de espera (relé desener-gizado) ou se na operação o relé for utilizado por curtos intervalos de tempo, a alimentação pode ser feita com pilhas.

27. Relé de luz sensível com dois transistores e LDRO circuito apresentado é extremamente sensível, podendo acionar um relé

com intensidades de luz muito pequenas. Podemos usá-lo em alarmes e sistema de detecção de fontes de luz fracas. O circuito completo desta aplicação é mos-trado na figura 80.

Figura 80 – Relé de luz muito sensível

Na figura 81 temos a sua montagem em placa de circuito impresso.

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Figura 81 – Montagem do relé de luz muito sensível

Os transistores em configuração Darlington proporcionam um grande ga-nho de corrente e, com isto, obtemos grande sensibilidade em relação ao circuito equivalente anterior. O ajuste do ponto de disparo é feito em P1 e, da mesma forma que nos circuitos anteriores, obtemos maior diretividade e sensibilidade instalando o LDR em um tubinho com uma lente convergente.

O relé pode ser qualquer um da série ML ou equivalente de � a 1� V con-forme a alimentação. Transistores equivalentes podem ser usados.

28. Relé de Sombra Sensível com dois Transistores e LDRO circuito da figura 82 dispara quando uma sombra é feita sobre o LDR.

O circuito não possui trava, o que quer dizer que o relé desarma tão logo o LDR volte a receber luz.

Figura 8� – Circuito do relé sensível de sombra

Na figura 83 temos uma sugestão para montagem em placa de circuito impresso.

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Figura 8� – Montagem do relé de sombra numa placa de circuito impresso.

Neste circuito, o potenciômetro ajusta a sensibilidade e, se o relé não per-manecer ativado por muito tempo, podem ser usadas pilhas na alimentação. O consumo é muito baixo na condição de espera com o relé desenergizado.

29. Relé de luz com inérciaUm retardo no acionamento, ou inércia, pode ser obtido no acionamento

do relé com o circuito mostrado na figura 84.

Figura 8� – Relé de luz com inércia

Quando o LDR é iluminado, o capacitor C1 precisa se carregar antes de ser atingida a tensão de condução do transistor Q1. Isto significa que o tempo de carga dá o retardo no acionamento do relé.

Os valores de capacitores indicados permitem obter retardos de alguns se-gundos, mas podem ser utilizados capacitores maiores, conforme a aplicação.

O ajuste de sensibilidade é feito em P1 e o relé usado pode ser de 6 a 1� V da série ML. A alimentação pode ser feita por pilhas se os intervalos de tempo

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em que o relé permanece ativado forem pequenos. Na figura 85 temos uma su-gestão de placa de circuito impresso para a montagem.

Figura 8� – Placa de circuito impresso para o relé de sombra com inércia

Dentre as aplicações para este circuito temos sistemas de detecção de luz que não disparem com pulsos muito curtos de luz como, por exemplo, os relâm-pagos em uma tempestade.

30. Relé de sombra com inérciaEste circuito tem o mesmo comportamento que o apresentado pelo circui-

to anterior em relação ao tempo de disparo, mas ele é ativado quando a sombra é feita sobre o sensor. Temos então uma inércia na detecção da sombra que é determinada pelo capacitor.

Na figura 86 temos o diagrama completo do sensor de sombra com inér-cia.

Figura 86 – Relé de sombra com inércia

A figura 87 mostra a montagem em uma placa de circuito impresso.

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Figura 87 – Placa do relé de sombra com inércia.

O valor do capacitor é escolhido de acordo com a inércia desejada, de modo que o circuito não responda à passagem de sombras muito rápidas.

A alimentação pode ser feita com fonte ou pilhas. Pilhas podem ser usadas se o relé não ficar ativado por longos intervalos de tempo.

31. Relé sensível de luz com transistores complementaresO relé de luz muito sensível apresentado na figura 88 utiliza transistores

complementares. Este circuito pode empregar relés de � a 1� V conforme a ten-são de alimentação.

Figura 88 – Relé de luz com transistores complementares

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Figura 89- Placa de circuito impresso para o relé de luz

O relé pode ser qualquer um de 6 a 1� V da série ML da Metaltex ou mes-mo equivalentes para outros tipos de aplicação, mas com as mesmas caracterís-ticas de bobina.

O ajuste de sensibilidade é feito em P1 e uma rejeição a transientes pode ser conseguida ligando-se entre a base e a terra de Q1 um capacitor de 1 µF a 100 µF.

O circuito pode ser alimentado por fonte ou pilhas, se os intervalos de acionamento do relé não forem muito longos, pois o consumo é maior nestas condições.

32. Relé de sombra O circuito apresentado na figura 90 consiste na versão de sombra do cir-

cuito anterior. Usa transistores complementares e fecha os contatos dos relés quando uma sombra é feita sobre o sensor, um LDR comum. O circuito não possui trava.

Figura 90 – Relé de sombra

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Na figura 91 temos uma sugestão de placa de circuito impresso para a montagem deste relé.

Figura 91 – Relé de sombra

Este circuito pode ser alimentado por tensões de 6 V ou 12 V conforme o relé utilizado. Relés com bobinas até 100 mA podem ser empregados e o ajuste de sensibilidade é feito em P1.

33. Relé de sombra com travaO circuito apresentado na figura 92 pode ser usado como alarme de passa-

gem, pois uma vez que a luz é interrompida por um instante o relé fecha e trava, mantendo-se nesta condição, mesmo depois que o LDR volte a ser iluminado.

Figura 9� – Relé de sombra com trava

Quando o relé fecha seus contatos, um par deles é usado para realimentar o circuito através do resistor R�. O outro par de contatos é usado para controlar

8�


o circuito externo. O ajuste de sensibilidade é feito em P1 e relés tanto de 6 V como 1� V com correntes de bobina até 100 mA podem ser empregados nesta aplicação. Na figura 93 temos a sugestão de placa de circuito impresso para esta montagem.

Figura 9� – Placa de circuito impresso para o relé de sombra com trava.

34. Relé de luz com SCR e LDRNo circuito mostrado na figura 94, quando a luz incide no LDR, o SCR

dispara e assim permanece mesmo depois que a luz tenha sido cortada. O ajuste de sensibilidade é feito em P1.

Figura 9� – Relé de luz com relé e SCR.

Recursos ópticos podem ser agregados para se obter sensibilidade para o acionamento a partir de fontes muito fracas ou a partir de distâncias muito grandes.

Na figura 95 temos uma sugestão de placa de circuito impresso para a montagem.

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Figura 9� – Placa de circuito impresso para a montagem do relé de luz

Podemos usar este circuito como controle remoto por lanterna, em sistemas de alarme ou de disparo automático com flashes ou outros recursos ópticos.

A alimentação deve ser feita com uma tensão um pouco maior do que a do relé usado para compensar eventuais quedas de tensão no LDR. Recomendamos 9 V para o ML�RC1 e 1� a 1� V para o ML�RC� da Metaltex.

O consumo é extremamente baixo na condição de espera e para rearmar o aparelho, uma vez que a luz tenha sido cortada do sensor, basta pressionar por um instante S1 (ou desligar a fonte de alimentação e ligar novamente).

35. Relé de sombra com SCR e LDREste circuito é semelhante ao anterior, com a diferença de que é a inter-

rupção da luz que incide no LDR que faz com que o SCR dispare e ative o relé. O relé permanecerá fechado mesmo depois que a luz seja cortada, pela ação de trava do SCR. Na figura 96 mostramos o circuito.

Figura 96 – Relé de sombra com LDR e SCR

8�


A montagem em uma placa de circuito impresso é mostrada na figura 97.

Figura 97 – Placa de circuito impresso para a montagem do relé de sombra

Como alarme de passagem, o LDR deve ser montado em um tubinho opa-co com uma lente que aponte para uma fonte de luz de modo que a passagem de alguém entre eles interrompa o feixe. O ajuste de sensibilidade é feito em P1.

O circuito pode funcionar com relés de 6 V para uma alimentação de 9 V e 1� a 1� V para relés de 1� V. Os relés da série ML da Metaltex são os recomen-dados para esta aplicação.

Para rearmar o circuito, basta pressionar por um instante S1 ou desligar e ligar novamente a alimentação.

36. Relé de luz ultra-sensível com LDR e SCRO circuito apresentado na figura 98 ativa um relé pela incidência de luz

no sensor, que é um LDR redondo comum. Pode-se eventualmente aumentar o valor de P1 para 1 MW se for utilizado como sensor um foto-transistor comum ou Darlington, uma opção interessante.

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Figura 98 – Relé de luz ultra sensível

A montagem em placa de circuito impresso é mostrada na figura 99.

Figura 99 – Montagem em placa de circuito impresso

O transistor é polarizado de modo a conduzir quando o sensor recebe luz provocando o disparo do SCR. O SCR tem por carga de anodo um relé que então fecha seus contatos. Veja que a ação do circuito é com trava, pois, uma vez disparado, o SCR assim permanece mesmo depois que a luz de disparo seja removida. Para rearmar o circuito é preciso interromper a alimentação por um instante. O circuito pode funcionar com relés de � a �8 V ou mesmo mais, mas deve-se prever a queda de tensão de � V no SCR em condução. Assim, para um relé de 6 V, a alimentação do circuito deve ser feita com 8 ou 9 V. Na condição de espera, o consumo do circuito é extremamente baixo.

O capacitor de 100 nF a 10 µF pode ser necessário se o circuito tender a responder a transientes muito rápidos de luz.

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37. Relé de luz-sombra com amplificador operacionalComo sensor de luz podemos usar neste circuito tanto um LDR como um

foto-transistor Darlington, ou mesmo comum aumentando o valor de P1 para 1 MW. O ganho do integrado é máximo (sem realimentação), da ordem de 100.000 vezes. O relé excitado pode ser de � a 1� V, conforme a tensão de ali-mentação. O circuito mostrado na figura 100 é ativado pela presença de luz.

Figura 100 - Relé de luz-sombra com amplificador operacional

Na figura 101 temos uma sugestão de placa de circuito impresso para a montagem deste circuito.

Figura 101 – Placa de circuito impresso para a montagem

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Para acionamento por sombra basta trocar de posição P1 com o LDR. Observe que não é necessário alimentar o circuito com fonte simétrica e que a tensão de referência é dada por um divisor resistivo. Na verdade, podemos usar resistores de 10 kW a 100 kW nesta função.

Os relés recomendados são da série ML, mas equivalentes podem ser em-pregados com alteração do desenho da placa se a disposição dos pinos for dife-rente.

Neste circuito, a etapa de acionamento é feita com um transistor PNP. No entanto, podemos ter o circuito driver equivalente com transistor NPN. Veja o capítulo correspondente, se quiser alterar seu projeto.

38. Relé óptico com comparador de janelaO circuito apresentado na figura 102 utiliza um comparador de janela com

dois operacionais ou comparadores LM��9.

Figura 10� – Relé foto-elétrico com comparador de janela

A placa de circuito impresso para a montagem deste relé está na figura 10�.

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Figura 10� – Sugestão de placa para a montagem

Cada um dos dois amplificadores é ajustado para entregar o sinal de ati-vação do relé com um determinado nível de iluminação. Obtém-se assim, pelo ajuste dos dois potenciômetros, uma faixa ou janela bem definida de intensida-des de luz que atua sobre o circuito, ativando o relé.

Assim, intensidades abaixo do primeiro limiar e intensidades acima do segundo valor não atuam sobre o circuito. Somente as intensidades de luz dentro da faixa.

Com a inversão de posição do LDR ou foto-transistor em relação ao po-tenciômetro P� obtemos uma janela de sombra, onde o circuito é acionado quan-do a luz está acima do segundo ajuste ou abaixo do primeiro ajuste.

O circuito pode ser alimentado por tensões ente 6 e12 V, conforme os relés utilizados. O LM339 funcionará melhor com tensões mais baixas. Observe que a fonte de alimentação não precisa ser simétrica.

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Uma aplicação interessante para este circuito é como detector de pessoas quando a presença de alguém diante do sensor afeta a intensidade da luz inciden-te fazendo com que ela saia da faixa ajustada.

39. Relé monoestável de luz O circuito da figura 104 aciona um relé por um tempo dado por R1 e C1,

quando o sensor recebe um pulso de luz. O tempo de acionamento é dado pela fórmula:

T = 1,1 x R1 x C1(Capacitância em Farads e resistência em Ohms)

Figura 10� – Relé monoestável de luz

O circuito precisa de um pulso de duração mínima para levar o transistor à condução, o que depende basicamente do capacitor de 100 nF no pino � do ��. Dependendo da aplicação, o valor deste capacitor deve ser alterado.

O valor máximo de C1 é da ordem de 1 000 µF, enquanto que R1 pode ter até 1 MW para um tempo de acionamento da ordem de 1� minutos. P1 ajusta a sensibilidade ao disparo.

Para se obter o disparo pela sombra (relé de passagem temporizado) basta trocar de posição o LDR com P1. A alimentação do circuito pode ser feita com tensões de 6 ou 12 V conforme o relé empregado.

Com a utilização de um foto-transistor em lugar do LDR deve-se aumentar o valor de P1 para �70 kW ou 1 MW. Para maior diretividade e sensibilidade, o sensor pode ser montado em um tubinho opaco com uma lente convergente.

O circuito pode ser alimentado por pilhas, pois na condição de espera o consumo é baixo. Com o 7�� (�� CMOS) o consumo será menor ainda.

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40. Foto-relé com transistor e relé reedO circuito mostrado na figura 105 utiliza qualquer foto-transistor Darling-

ton, acionando um relé reed sensível que possa ser ativado com correntes de 10 mA no máximo, sob tensão de 1� V.

Figura 10� – Foto-relé com relé reed.

Para aumentar a sensibilidade e diretividade do circuito podem ser utiliza-dos recursos ópticos com lentes.

Uma possibilidade interessante de alteração deste circuito consiste em se utilizar um foto-transistor comum e em lugar do BC��8 um transistor Darling-ton como o BC517 ou mesmo dois transistores BC548 ligados na configuração Darlington.

Um potenciômetro de �,� MW entre o emissor do foto transistor e o terra do circuito permite agregar um controle de sensibilidade.

41. Foto-transistor no acionamento de SCRNa figura 106 mostramos como usar um foto-transistor comum ou Dar-

lington no acionamento direto de um SCR de alta sensibilidade, como os tipos da série TIC106.

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Figura 106 – Acionamento direto de SCR

Observamos que na condução ocorre uma queda de tensão da ordem de � V no SCR. Esta queda de tensão deve ser compensada na alimentação. Assim, para um relé de 6 V o +Vcc deve ser de pelo menos 8 V (9 V seria o ideal).

O capacitor tem por finalidade evitar o disparo do circuito com transientes rápidos. O circuito funciona tanto com foto-transistores comuns como Darling-tons.

42. Foto-disparador com operacionalO circuito mostrado na figura 107 tem uma ação de comutação rápida

(disparador de Schmitt) o que o torna importante quando se deseja uma pronta comutação do relé quando a luz incidente no sensor atinge o limiar do disparo.

Figura 107 – Disparador com operacional

O transistor também pode ser o BC��8 ou BC��9 e o resistor de �,� kW determina o ganho no sistema de realimentação. O foto-transistor pode ser co-mum ou Darlington e a fonte de alimentação não precisa ser simétrica.

Observe a utilização de um relé de �� V com a alimentação de �0 V.

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O ponto de disparo pode ser ajustado pela troca do resistor de 1 MW no emissor do foto-transistor por um trimpot ou potenciômetro de �,� MW ou mes-mo �,7 MW. Recursos ópticos podem ser empregados para se obter maior sensi-bilidade ou diretividade.

43. Chave óptica para 10 mmNa figura 108 temos um acoplador óptico ou chave óptica que dispara

um relé quando a luz de uma lâmpada (ou LED) incide no foto-transistor usado como sensor.

Figura 108 – Chave óptica

O foto-transistor pode ser de qualquer tipo e o transistor admite equiva-lente da mesma série.

O foto-transistor deve ser montado de tal forma que ele receba apenas a luz da lâmpada de 1� V. Com o uso de um foto-Darlington ou mesmo um tran-sistor Darlington, a distância máxima de acoplamento pode ser maior.

Uma ação inversa pode ser obtida com o uso de um transistor PNP exci-tando um relé, com as devidas alterações de polaridades de alimentação e com-ponentes.

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Capítulo 10 – Aplicações diversas para relés

Naturalmente, qualquer dos circuitos dados anteriormente pode ser adap-tado para outras aplicações diversas, dos ramos de indústria, automação, segu-rança e etc. No entanto, os circuitos a seguir são aplicações que se encaixam numa infinidade de aplicações práticas.

Para isto, o tipo de relé recomendado é o de baixo custo como, por exem-plo, o da série ML da Metaltex. Porém, os circuitos podem ser utilizados para operar com praticamente qualquer tipo de relé que tenha as características de acionamento dos originais.

44. Relé de sobretemperaturaO circuito da figura 109 faz com que um relé seja energizado quando a

temperatura do sensor ultrapasse certo valor, ajustado no trimpot de P1. O valor do trimpot depende da resistência do sensor, ficando normalmente em torno de duas vezes o valor da resistência do NTC na sua temperatura normal.

Figura 109 – Alarme de sobretemperatura

NTCs com resistências entre 1 kW e 100 kW podem ser utilizados, normal-mente possibilitando a operação com temperaturas entre -�0º C e +1��º C. Ou-tros tipos de sensores resistivos também podem ser utilizados nesta aplicação.

A fonte de alimentação deste circuito não precisa ser simétrica e amplifica-dores operacionais - equivalentes ao 7�1 - podem ser utilizados. Também pode ser usado o comparador de tensão LM��9.

9�


45. Relé de sobretemperatura com diodo sensorO circuito mostrado na figura 110 utiliza um diodo comum com o BA315

ou 1N�1�8 como sensor. O diodo tem sua resistência no sentido direto variando com a temperatura, o que permite sua utilização como um eficiente sensor.

Figura 110 – Alarme de sobretemperatura com diodo sensor

A fonte de alimentação não precisa ser simétrica e sua tensão deve ser de acordo com o relé utilizado. Podem ser usados amplificadores operacionais equivalentes e até mesmo comparadores como o LM��9.

O ajuste do ponto de disparo é feito no trimpot de �,� kW. O circuito deve operar em uma faixa de temperatura de aproximadamente -�0º C a +1��º C. Po-dem ser feitos testes com diversos tipos de diodos para se obter o que tenha mais sensibilidade na aplicação visada.

Os relés podem ser da série ML com bobinas de até 100 mA. O diodo zener é de �00 mW.

46. Relé de sobretensãoO circuito mostrado na figura 111 ativa o relé quando a tensão de entrada

supera o valor ajustado no trimpot. Esta tensão não precisa estar próxima da tensão de disparo do relé que terá alimentação separada de 6 a 1� V, conforme o seu tipo.

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Figura 111 – Relé de sobretensão

O diodo zener deve ser escolhido de acordo com a tensão de alimentação, não precisando ser necessariamente de �,6 V. Zeners de �,� a 6,� V servem para esta aplicação.

47. Relé de subtensãoO circuito apresentado na figura 112 dispara quando a tensão cai para um

valor abaixo do ajustado no trimpot. Este valor depende do diodo zener, que pode ter valores diferentes do indicado.

Figura 11� – Relé de subtensãoA alimentação é de 12 V, mas a faixa de tensões de entrada pode ser dife-

rente. Outros amplificadores operacionais e até mesmo comparadores - como o LM��9 - podem ser usados neste circuito.

48. Relé de nível de água ou umidadeNo circuito da figura 113, o sensor pode ser formado por uma plaquinha de

circuito impresso como o padrão indicado, duas pequenas varetas ou duas telas de metal, tendo entre elas um pedaço de tecido. A presença de umidade reduz a sua resistência, fazendo com que o circuito detecte esta mudança e ative o relé.

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Figura 11� – Relé de nível de água

A alimentação é feita com uma tensão de 12 V e outros amplificadores operacionais podem ser utilizados. Também podem ser usados comparadores de tensão, como o LM��9.

A sensibilidade do circuito é determinada pelo resistor de 1� MW. Resisto-res entre 1 MW e �� MW podem ser experimentados conforme a aplicação.

O cabo até o sensor deve ser curto e, se for longo, deve ser blindado para que a captação de zumbidos não provoque o disparo errático do relé. Para evitar problemas de disparo com ronco, principalmente se o circuito for alimentado por fonte, ligue um capacitor de 10 µF do pino � ao terra.

Nunca use fonte sem transformador para alimentar este circuito. A fonte deve ter pelo menos ��0 mA de capacidade de corrente.

49. Relé de aproximação (Acionador capacitivo)O acionamento de uma carga a partir de um toque em um sensor pode

ser feito de diversas maneiras. Uma modalidade de acionamento muito usada é a resistiva, na qual temos um sensor formado por duas plaquinhas, conforme mostra a figura 114.

Figura 11� – Acionamento resistivo

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Quando colocamos o dedo no sensor de modo que ele toque nas duas chapinhas ao mesmo tempo, a resistência apresentada pelo dedo é detectada pelo circuito, ocorrendo o acionamento.

Para o circuito que apresentamos, o modo de acionamento é diferente. Trata-se de um circuito que detecta cargas estáticas ou o potencial do corpo. Assim, ele pode funcionar com a simples aproximação do sensor ao corpo de uma pessoa.

No circuito apresentado, a corrente que flui entre o dreno e a fonte de um transistor de efeito de campo depende da tensão de comporta. Os transistores de efeito de campo de junção (JFET) são dispositivos de resistência de entra-da extremamente alta, o que quer dizer que até mesmo a tensão induzida pela aproximação de qualquer corpo que possua uma carga estática é suficiente para alterar a corrente entre dreno e fonte.

Neste caso, o transistor é polarizado de modo que permaneça sem condu-zir quando nenhuma carga está sendo detectada pelo sensor. Com a detecção, o transistor de efeito de campo vai ao corte e, com isto, o transistor Q� conduz polarizado pelo resistor R�.

Nestas condições, o transistor Q3 é polarizado de modo a saturar, fechan-do os contatos do relé ou então alimentando o circuito de carga.

A sensibilidade do circuito depende de diversos fatores como, por exem-plo, o valor de R1, e também as dimensões do sensor, que pode ser uma simples chapinha de metal.

Não é conveniente que haja o toque direto de um objeto carregado no sensor, pois uma tensão muito elevada acumulada pode causar a queima do tran-sistor. Recomenda-se, portanto, que a chapinha de metal que forma o sensor seja coberta por uma proteção isolante, como uma capa plástica.

Esta possibilidade é interessante porque permite que o sensor fique oculto como, por exemplo, em alarmes.

O resistor R1 pode ser alterado conforme a sensibilidade desejada. Quanto maior for seu valor, mais sensível se torna o circuito.

É importante notar que o circuito é sensível à polaridade da carga acumu-lada no corpo, o que significa que, em certas condições, seu funcionamento pode não ocorrer da forma esperada.

Como o circuito é um verdadeiro “radar-eletroscópio”, pode detectar a passagem de pessoas devido à carga acumulada em seus corpos. Este funciona-mento será muito mais sensível se, diante do sensor (que pode funcionar como uma antena), for colocado um carpete em que as pessoas caminhem para ficar “eletrizadas”.

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O circuito também pode ser usado como alarme de cargas estáticas ou mesmo de tempestades, se o sensor for ligado a uma antena.

O diagrama do aparelho é dado na figura 115.

Figura 11� – Diagrama do relé capacitivo A disposição dos componentes em uma placa de circuito impresso é apre-

sentada na figura 116.


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O transistor de efeito de campo é um componente delicado, devendo ser evitado o toque dos dedos em seus terminais. Equivalentes como o MPF10� po-dem ser usados. Os demais componentes não são críticos e o relé deve ter tensão de acordo com a usada na alimentação, com uma corrente de acionamento de �0 mA. O capacitor C1 é opcional, servindo apenas para que o relé não vibre nos casos de captação de tensões alternadas induzidas pelo sensor. Seu valor deve ser obtido experimentalmente e fica entre 1 e 47 µF.

Se for usada fonte de alimentação para o circuito, deve ser obrigatoria-mente do tipo com transformador. Nunca utilize uma fonte que não seja isolada da rede de energia.

50. Relé de correnteUm relé de corrente dispara um circuito externo quando a intensidade de

corrente em outro circuito supera determinado valor programado.Existem diversas aplicações práticas para um circuito que tenha esta capa-

cidade, tais como:

a) Usá-lo para saber quando um equipamento elétrico remoto também está sendo usado, já que ele detecta isto pela corrente que exige para funcionar.

b) Fazer o acionamento de um segundo circuito, por exemplo, uma lâm-pada de alerta, quando um determinado equipamento (uma máquina) entrar em funcionamento.

c) Automatizar o acionamento de um televisor, por exemplo, quando um aparelho de DVD for ligado. Ele detecta o acionamento pela corrente do circui-to.

d) Introduzir lógica em automatismo, impedindo que um equipamento seja ativado quando outro estiver em funcionamento.

O circuito apresentado funciona da seguinte maneira: partindo da condi-ção inicial, em que o relé esteja desligado, o transistor Q� deve estar em condu-ção para produzir esta inibição, obtida quando o transistor Q1 está no corte. O corte de Q1 ocorre quando a tensão em sua base se mantém em um valor inferior a 0,6 V.

Assim, na ausência de corrente no circuito externo, o divisor de tensão formado por R1, R� e R� mantém o transistor com uma polarização inferior a

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este valor, mas próximo do ponto de condução. Com uma alimentação de 1� V, o circuito é mantido em tensão em torno de �00 mV.

Quando uma corrente circula pelos diodos, na polarização no sentido de que D1 conduz, uma tensão de aproximadamente �00 mV é adicionada à base de Q1, o que faz com que ele entre em condução.

O resultado é que, na entrada em condução de Q1, Q� é levado ao corte e Q� passa a ser polarizado por R6, de modo a saturar. O relé é energizado, ali-mentando a carga externa.

Veja que tanto R1 como R2 podem ser alterados para se modificar a sen-sibilidade do circuito. Também é importante observar que, em uma alimentação com corrente contínua, apenas D1 é usado. Veja que os diodos devem ser dimen-sionados para suportar a corrente no circuito que está sendo monitorado.

Na figura 117 temos o diagrama completo do relé de corrente.

Figura 117 – Diagrama do relé de corrente

Observe que sua alimentação é flutuante, ou seja, não deve ter o negativo ligado a terra. Na figura 118 temos uma sugestão de placa de circuito impresso para implementação do dispositivo.

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Para correntes monitoradas de até 1 A, os diodos podem ser os 1N�00�. Para correntes maiores, até � A, sugerimos os 1N��0�.

O capacitor C� determina o tempo de acionamento e evita a vibração dos contatos do relé nas aplicações de corrente alternada. Este componente, assim como o C�, pode ser alterado experimentalmente, em função do relé usado.

51. Relé sônico (Vox)Uma chave sônica, relé sônico ou vox nada mais é do que um automatismo

que aciona alguma coisa quando um microfone capta algum tipo de som.O que vai ser controlado e o tipo de som que deve ser usado no aciona-

mento determinam uma enorme gama de aplicações práticas para este aparelho. Além das duas aplicações citadas na introdução, podemos sugerir as seguintes:

a) O acionamento de um sistema de iluminação simplesmente pelo bater de palmas ou assobio do usuário.

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b) O acionamento de eletrodomésticos e eletrônicos por ordem de voz, o que permite que, ao entrar na sala e mandar seu televisor ligar, ele imediatamen-te entre em funcionamento.

c) Alarme: um mínimo ruído de um objeto que caia pode disparar um alar-me, o que pode detectar a presença de um estranho no ambiente.

d) Babá eletrônica: que detecta pelo choro quando uma criança acorda.

No nosso circuito, os sinais captados pelo microfone de eletreto (que pode ficar longe do aparelho) são amplificados por um transistor na configuração de emissor comum. Desta etapa amplificadora, o sinal é levado a um amplificador operacional via P1, que atua como controle de sensibilidade.

O ganho do amplificador operacional depende do resistor de realimenta-ção. Dependendo da aplicação, caso seja necessário uma sensibilidade muito grande, este resistor pode ter seu valor aumentado. Na saída do amplificador operacional temos um sinal que oscila praticamente entre zero e a tensão de alimentação, quando um som é captado pelo microfone. Este sinal serve para disparar um circuito integrado 555 ligado na configuração monoestável.

O resistor ligado ao pino � mantém a entrada de disparo no nível alto até o momento em que a presença de um sinal na saída do amplificador operacio-nal faça com que a tensão oscile. Quando esta tensão cai a zero, o monoestável dispara e sua saída vai ao nível alto por um intervalo de tempo que depende do ajuste de P� e do capacitor ligado entre os pinos 6/7 e a terra.

Para capacitores até 10 µF são obtidos intervalos de alguns segundos até perto de 1 minuto. Mas, usando um capacitor maior (1.000 µF, por exemplo), podemos alcançar intervalos de tempo maiores, ultrapassando meia hora.

A saída do �� é acoplada a uma etapa de excitação de um relé via transis-tor Q�. O tipo de relé usado vai depender da carga que deve ser controlada. Um relé do tipo ML�RC�, por exemplo, pode controlar cargas de até � A.

Na figura 119 temos o diagrama completo da Chave Sônica.

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Figura 119 – Diagrama completo do relé sônico

A disposição dos componentes em uma placa de circuito impresso é mos-trada na figura 120.

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Figura 1�0- Placa de circuito impresso

O microfone de eletreto pode ser ligado ao circuito por um cabo blindado de até 10 metros de comprimento. Deve-se ter atenção na ligação deste compo-nente, pois ele é polarizado.

52. Relé de segurançaPortões automáticos, cofres ou locais de acesso restrito podem contar com

uma fechadura automática aberta somente quando um procedimento específico de atuação em chaves seja tomado.

No nosso caso, propomos um circuito simples em que duas chaves (de

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um conjunto com outras adicionais que podem ser acrescidas para confundir os intrusos) forem apertadas por um instante em um intervalo de tempo relativa-mente curto. Este intervalo pode ser alterado pela simples mudança de valores de certos componentes.

Se o acionamento destas chaves ocorrer dentro do intervalo previsto, o circuito ativa um relé por um determinado tempo que também pode ser ajustado conforme a aplicação.

O relé pode então ser usado para liberar uma fechadura ou ainda chamar alguém que dê acesso ao local. As outras chaves - que não forem usadas como senha - podem ser ligadas a um sistema de alarme.

Além de chave de segurança, esta configuração também pode ser usada em jogos e mesmo em dispositivos de detecção simultânea de sinais.

Quando S1 for pressionada, o capacitor C� que se encontra descarregado é praticamente carregado com a tensão da fonte de alimentação, passando em seguida a descarregar-se lentamente pelo resistor R�.

Com C� descarregado, o nível do pino � do circuito integrado é baixo. Com a descarga, porém, o nível passará a ser alto por um tempo.

Da mesma forma ocorre com C1, de modo que depois de pressionarmos S� por um instante, o pino 1 do circuito integrado se manterá no nível alto por um tempo.

Com o acionamento rápido dos dois interruptores um após outro, por um certo intervalo de tempo as duas entradas do circuito integrado (pinos 1 e �) es-tarão no nível alto e, consequentemente, a saída (pino �) irá ao nível baixo. Com isto, teremos nível baixo nas entradas � e 6 da porta seguinte, o que leva a sua saída ao nível alto, polarizando o diodo D1 no sentido direto.

Veja que esta é a condição necessária para que D1 seja polarizado direta-mente. Se S1 ou S� forem pressionadas isoladamente isto não ocorre, e também não vai ocorrer se um dos capacitores já estiver descarregado quando o outro for carregado, daí o tempo mínimo de acionamento sequencial.

Com D1 polarizado no sentido direto, o capacitor C� carrega-se e começa a descarregar tão logo não tenhamos mais condução do diodo (pela descarga dos capacitores de entrada).

No entanto, o tempo de descarga de C�, dado pelo seu valor e pelo ajuste de P1, vai polarizar as portas inversoras seguintes de modo que mantenham o transistor em condução e, portanto, o relé acionado.

Veja então que, para acionar o relé por um tempo fixo (determinado por C3), basta que tenhamos o acionamento de S1 e S2 por um tempo - o suficiente para obter um pulso no pino � que carregue C�.

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Os componentes principais que podem ser alterados são justamente os ca-pacitores: C1 e C� determinam o tempo que temos para o acionamento das cha-ves em seguida, enquanto que C� determina o tempo de acionamento do relé. C1 e C� podem ser aumentados até �70 nF tipicamente, enquanto que C� pode ter até 100 µF para um acionamento de alguns minutos. Podemos também aumentar P1 para �,� ou mesmo �,7 MW para um tempo maior.

Na figura 121 temos o diagrama completo da chave de segurança em sua versão básica.

Figura 1�1 – Diagrama da chave de segurança Na figura 122 damos a disposição dos componentes em uma placa de cir-

cuito impresso.

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Figura 1�� – Montagem numa placa de circuito impresso

Outra possibilidade interessante de adaptação para este circuito seria agre-gar uma porta NAND de mais de duas entradas e, em lugar de usar a primeira porta deste circuito, teremos um sistema em que quatro chaves devam ser acio-nadas.

Os interruptores de pressão podem fazer parte de um teclado onde os ou-tros sejam usados para disparar um sistema de alarme, ou simplesmente deixa-dos sem conexão alguma.

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Capítulo 11 – Relés de estado sólido

Os relés de estado sólido, em inglês Solid-State Relays (com a sigla SSR), são dispositivos semicondutores que têm as mesmas funções dos relés mecâni-cos convencionais: comutar circuitos de potências elevadas a partir de sinais de pequenas intensidades, conforme mostra a figura 123.

Figura 1�� – Relé eletromecânico e de estado sólido

Os relés de estado sólido derivam dos conhecidos opto-acopladores ou “opto-couplers”, que consistem em um emissor de luz (normalmente um LED infravermelho) e um foto-sensor que pode ser um foto-transistor, foto-diac, foto-diodo, ou qualquer outro dispositivo sensível à luz.

Originalmente usados para transferir sinais, os opto-acopladores podem também ser usados para comutar cargas, o que se denomina de relé de estado sólido. No tipo comum de relé de estado sólido, a bobina é substituída por um foto-emissor - normalmente um LED infravermelho - e os contatos são substi-tuídos por um dispositivo semicondutor sensível à luz, como um foto-transistor, foto-diodo, foto-diac, etc.

O elemento sensível pode então ser usado para comutar um dispositivo de maior potência como, por exemplo, um TRIAC, um SCR ou mesmo MOSFET de potência, conforme mostra a figura 124.

Figura 1�� – Elementos sensíveis de um foto-relé

Os relés de estado sólido possuem características elétricas importantes da-

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das tanto à velocidade de comutação como ao isolamento, mas também possuem desvantagens. Assim, se compararmos os relés de estado sólido com os relés mecânicos tradicionais, os primeiros terão as seguintes vantagens:

· Não possuem partes móveis· Não existem contatos que podem provocar arcos· Não existem materiais que se desgastam com o uso· Não existe o problema do repique dos contatos (bouncing)· Não existe ruído acústico· Não há produção de EMI na comutação· A velocidade de comutação é maior· A vida útil é maior· Possuem uma faixa de tensões e correntes de operação maior

No entanto, também existem as desvantagens a serem consideradas, como:· Exigem polarização na entrada· O circuito de saída é sensível, podendo ser danificado por sobretensões· A saída precisa de uma tensão e corrente mínima para operar· Em alguns casos, podem ser mais caros que os relés convencionais· Normalmente está restrito à operação com um único pólo· A resistência ON é maior do que a dos relés convencionais· A capacitância de saída é maior· É mais sensível a transientes· Há aquecimento quando correntes elevadas são controladas· A corrente de fuga no estado OFF é maior

No uso dos relés de estado sólido, é preciso tomar cuidado quando certos tipos de carga são comutados. Isto é válido para cargas indutivas, quando existe o perigo de correntes e tensões de surto serem produzidas no circuito comutado ou, ainda, quando cargas dinâmicas como motores e solenóides são controlados. Também é preciso tomar cuidado quando lâmpadas incandescentes e elementos de aquecimento são controlados, devido à menor corrente inicial quando estão ainda frios. O uso com lâmpadas de mercúrio, fluorescentes e outros circuitos chaveados com altas indutâncias deve ser evitado.

Tipos de relés de estado sólidoExistem basicamente dois tipos de relés de estado sólido, que são especi-

ficados de acordo com a aplicação.

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a) Relés pequenos para DCOs relés de pequena corrente para DC normalmente são fornecidos em

invólucros DIP de seis pinos, conforme o mostrado na figura 125.

Figura 1�� – Um relé de estado sólido em invólucro DIP

Nestes relés temos como emissor um LED infravermelho e a saída é tipi-camente acoplada a um transistor de potência ou outro dispositivo semicondu-tor, conforme mostra a figura 126.

Figura 1�6 – Saída típica de um relé de estado sólido com acoplador óptico

Existem casos em que o elemento de potência já está embutido no próprio relé, não havendo assim a necessidade de elementos externos de controle.

Nos circuitos em que a saída contém um MOSFET, a resistência no estado ON pode ser da ordem de 10 Ohms ou menor. As tensões de saída podem chegar aos �00 ou �00 V e as correntes entre 100 e �00 mA DC. Como o emissor e o receptor são acoplados opticamente, a resistência de isolamento é extremamente elevada, chegando a mais de 500 MOhms com tensões da ordem de 2.000 Volts ou mais.

b) Relés AC para controle de energia a partir da redeOs relés de estado sólido para aplicações em AC normalmente possuem

opto-diacs para serem ligados a um TRIAC externo. Na figura 127 temos um dispositivo deste tipo. Em alguns casos, o TRIAC já pode estar embutido no próprio dispositivo.

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Figura 1�7 – Relé com optodiac

A etapa de saída, quando possui um TRIAC embutido, normalmente pode manusear tensões de 24 a 250 V com correntes da ordem de 1 a 4 ampères. Nos tipos em que existe o TRIAC embutido deve ser levada em conta que existe uma queda de tensão de 1 a 1,� V neste componente quando em condução. Este fato é importante para se determinar o calor gerado no dispositivo ao controlar uma carga. Para efeitos de cálculo, pode-se considerar uma potência de 1,� W para cada ampère de corrente conduzida.

A tensão de controle para estes relés varia tipicamente entre � e �0 V, dependendo desta tensão a escolha do resistor limitador de corrente, conforme mostra a figura 128.

Figura 1�8 – Relé com optodiac A corrente de acionamento está entre 8 e 16 mA, tipicamente. Da mesma

forma que nos relés DC, como o acoplamento entre o emissor e o receptor é fei-to por luz, temos uma tensão de isolamento extremamente alta que pode ser da ordem de �.000 Volts ou mais.

Detector de passagem por zeroQuando se trabalha com controles de potência ligados à rede de energia

(AC), um fator importante no projeto é o instante em que a tensão passa por zero. Trata-se do ponto de “zero crossing” ou cruzamento por zero, mostrado na figura 129.

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Figura 1�9 – Passagem por zero de um sinal senoidal

A detecção deste instante é importante porque ele serve de referência para a medida do ângulo de retardo ou ângulo de fase para o disparo para o TRIAC ou outro elemento de controle. Os relés mecânicos não conseguem fazer esta detec-ção, mas para um relé de estado sólido isto é perfeitamente possível, conforme mostra o simples circuito da figura 130.

Figura 1�0 – Detector de passagem por zero simples

SCR e TRIAC como RelésOs SCRs e TRIACs podem ser usados como relés controlando corren-

tes alternadas mais intensas a partir de acopladores que possuam os elementos apropriados internamente, ou diretamente, a partir de sinais aplicados a suas comportas (gates).

Para o caso dos SCRs, como eles conduzem a corrente em um único sen-tido, temos de usar um artifício para o controle dos dois semiciclos. Assim, na figura 131 temos um circuito de relé semicondutor usando um SCR na configu-ração de meia onda e outro de onda completa.

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Figura 1�1 – SCR em meia onda e onda completa

Para o caso do TRIAC, temos um circuito de aplicação típico mostrado na figura 132.

Figura 1�� – Controle com triac

O tempo de comutação do circuito com triac é extremamente rápido, me-nor do que alguns microssegundos para cargas AC comuns. O valor de R1 deve ser calculado de tal forma a se obter a corrente de disparo do TRIAC no início do semiciclo. O TRIAC usado neste circuito deve ter uma tensão de pico de pelo menos �00 V se a rede for de 110 V e pelo menos ��0 V se a rede for de ��0 V.

Circuitos práticos com opto-acopladoresNo circuito anterior não existe um isolamento do componente controlado

do circuito de controle, como ocorre com um relé comum. Para obtermos esse isolamento é importante o uso do opto-acoplador.

Assim, um primeiro cuidado para se projetar um relé de estado sólido é saber como o opto-acoplador deve ser excitado. A configuração mais simples para essa excitação é a mostrada na figura 133.

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Figura 1�� – Opto-acoplador com opto-diac

Levando em conta que a queda de tensão no LED emissor interno é da ordem de 1,� V, o resistor R1 é calculado pela seguinte fórmula:

R1 = (V – 1,�)/I Onde:R1 é o valor de R1 em OhmsV é a tensão de entrada em VoltsI é a corrente necessária à excitação do foto-sensor do opto-acoplador em ampères

Veja que nesta aplicação é preciso que o sinal de controle (V) seja fixo, já que uma variação muito grande pode implicar na não excitação do relé ou ainda em uma sobrecarga do LED emissor. O ideal, para permitir que o emissor trabalhe com uma faixa mais ampla de tensões de entrada, consiste em se ter um circuito excitador que forneça uma corrente constante. Para isto existem diver-sas possibilidades.

A primeira é a mostrada na figura 34 e faz uso de um transistor NPN de uso geral como o BC��8.

Figura 1�� – Corrente constante para o LED emissor

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Neste circuito, o resistor R� determina a intensidade da corrente, o que significa que seu valor deve ser determinado a partir das características do emis-sor do opto-acoplador. R� é calculado pela seguinte fórmula:

R� = 0,7/I

Onde:R� é a resistência em Ohms deste componenteI é a intensidade da corrente no LED emissor em ampères

Outra configuração de fonte de corrente constante usando um transistor bipolar é mostrada na figura 135.

Figura1�� – Outra fonte de corrente constante para o LED

O resistor R�, que determina a intensidade da corrente no emissor, é calcu-lado da mesma forma que no caso anterior. Uma vantagem deste circuito é que ele pode ser usado com tensões de entrada que variam entre 3 e 30 V.

Outra forma de se obter uma corrente constante para o LED emissor é usando um regulador fixo de tensão como o 7805 ou 7806, conforme mostra a figura 136.

Figura 1�6 – Usando um regulador integrado

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NEWTON C. BRAGA

Neste circuito, o resistor R1 é calculado para fornecer, com a tensão de saída do regulador, a corrente que o LED emissor precisa para excitar o receptor. A tensão de entrada estará entre � V a mais que a tensão de saída do regulador e tipicamente �0 V. Observamos que, neste cálculo, deve ser considerada a queda de tensão de 1,� a 1,� V que ocorre no LED emissor. Assim a fórmula para o cálculo de R será:

R = (Vs – 1,�)/I

Onde:R é o valor do resistor limitador em OhmsVs é a tensão de saída do regulador de tensão em VoltsI é a corrente de excitação do LED em ampères

No entanto, com um regulador ajustável de tensão, podemos elaborar uma fonte de corrente constante para o LED excitador com mais facilidade e preci-são, conforme mostra a figura 137.

Figura 1�7 – Corrente constante com integrado

Neste circuito, o valor de R é dado por: R = 1,�/I

Onde:R é o resistor limitador em OhmsI é a corrente desejada no LED emissor em ampères

Podem ser usadas versões do LM317 ou LM350 de menor dissipação (�00 mA) em invólucros TO-��.

Proteção de entradaUm fator importante para se garantir a integridade dos opto-acopladores

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quando usados como relés de estado sólido é evitar a inversão da polaridade do sinal de entrada. Se o LED de um opto-acoplador for submetido a uma tensão inversa de mais de � V, pode queimar.

Para isto, é sempre interessante utilizar um circuito de proteção que pode ser um diodo invertido, em paralelo, conforme mostra a figura 138.

Figura 1�8 – Proteção do LED emissor

Diodos de uso geral como o 1N4148, 1N914 ou mesmo diodos retificado-res como o 1N4002, 1N4004 servem para esta finalidade.

MOC3010/MOC3020Dois opto-acopladores especialmente indicados para aplicações como re-

lés de estado sólido comutando diretamente TRIACs de alta potência são os MOC3010 e MOC3020. O MOC3010 é indicado para aplicações na rede de 110 V, enquanto que o MOC�0�0 para a rede de ��0 V.

Estes componentes, cuja pinagem e circuitos equivalentes são mostrados na figura 139, possuem algumas variações (3009, 3011, 3012, 3021, 3022, 3023) que se diferenciam apenas pela corrente no LED para a excitação.

Figura 1�9 – Opto-acopladores MOC

Conforme podemos ver, estes componentes possuem opto-diacs que são disparados diretamente pela luz emitida pelo LED infravermelho. O MOC�010 precisa de uma corrente de 8 mA para produzir o disparo (os de números mais altos são mais sensíveis, chegando a � mA para o MOC�01�). Para o MOC�0�0 a corrente é 1� mA (o �0�1 tem uma corrente de 8 mA). Para o MOC�010 e para o MOC�0�0 temos o circuito típico para cargas não indutivas mostrados na figura 140.

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NEWTON C. BRAGA

Figura 1�0 – Controle com triac

Os valores entre parênteses são para o caso do MOC�0�0. Se a carga for indutiva, deve ser usado o circuito da figura 141.

Figura 1�1 – Controle para cargas indutivas

Os leitores interessados podem obter mais informações sobre estes com-ponentes no site da Motorola.

Configurações com semicondutores comunsOpto-isoladores como o �N�7, que usa em seu interior como elemento re-

ceptor um transistor comum, também podem ser usados em relés de estado sólido. Na figura 142 temos um circuito típico em que um BC547 é usado para amplificar o sinal do foto-transistor e disparar um TRIAC ligado na rede de ��0 V.

Figura 142 – Transistor amplificador em ação

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Veja que este circuito precisa de uma alimentação auxiliar de 9 V para alimentar o circuito excitador. O circuito precisa de uma corrente da ordem de 60 mA para disparar o TRIAC.

Relés PhotoMOSConforme vimos, os relés de estado sólido apresentam inúmeras vanta-

gens sobre os tipos mecânicos. No entanto, as poucas desvantagens que são en-contradas em alguns casos como o isolamento e a própria resistência de contato são alguns problemas que limitam suas aplicações.

Com a possibilidade de se usar transistores MOS, cujas características são bem diferentes dos transistores bipolares, SCRs e outros componentes encontra-dos em outras versões de relés ópticos, as características elétricas passam a ser enfocadas de outra forma e a gama de utilização do componente cresce.

Isto significa que, com relés PhotoMOS podemos reunir as vantagens do isolamento e da sensibilidade dos tipos que fazem uso de semicondutores co-muns com a baixa resistência de contato em plena condução, que é a melhor característica dos relés mecânicos.

A Metaltex dispõe de dois modelos de relés PhotoMOS para aplicações de uso geral, incluindo equipamentos de telecomunicações, comutação, teste e medição.

Trata-se dos modelos TS�10 – encapsulamento DIP 6 pinos – com capaci-dade de até 1�0mA / ��0V e, também, o modelo TS��S – encapsulamento SOP � pinos – com capacidade de até 100mA / 60V.

Aplicações específicas de interfaceamento, incluindo a comutação de car-gas indutivas, podem ser atendidas com os relés SSR das linhas JSC e JZC (para cargas em CC) e JSA e JZA (para cargas em CA), os quais podem ser montados diretamente na PCI ou serem utilizados em conjunto com soquetes para trilho DIN.

COMO FUNCIONAOs relés PhotoMOS são formados por um emissor infravermelho que atua

sobre um circuito fotosensível que tem por base um transistor MOS, conforme mostra a figura 143.

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NEWTON C. BRAGA

Figura 1�� – Estrutura de um relé PhotoMOS.

Os componentes são todos instalados em um pequeno invólucro que tanto pode ser DIL de oito pinos como do tipo SMD ou mesmo de outras configura-ções exigidas pela aplicação e potência, conforme mostra a figura 144.

Figura 1�� – Pinagem e ligação da carga.

O resultado desta disposição de elementos é a obtenção de características que são extremamente importantes para a elaboração de projetos como:

a) resistência em condução muito baixa.Esta resistência, que equivale à resistência de contato dos relés comuns,

chega a valores tão baixos como 0,0� Ohms para tipos de 60 V em operação DC. Isto significa uma tensão offset menor que 1 µV quando o circuito está fechado.

b) velocidade de operação altaSe bem que os transistores MOS sejam dispositivos algo lentos devido

às capacitâncias intrínsecas entre a comporta e o substrato, a velocidade de um PhotoMOS é ainda maior do que as obtidas para os tipos mecânicos. Valores da ordem de 0,1 ms são comuns.

c) Corrente muito baixa de fugaA corrente de fuga com o circuito aberto para os tipos comuns chega ape-

nas a ser da ordem �0 pA (picoamperes).

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d) Alta sensibilidadeA corrente exigida para o acionamento, que corresponde ao acendimento

do LED infravermelho, é muito baixa. Para os tipos comuns, esta corrente é da ordem de 0,�1 mA apenas.

e) Corrente de carga elevadaOs transistores de efeito de campo MOS, pela sua baixa resistência de

condução, podem conduzir correntes bastante elevadas.

Assim, mesmo sendo usados tipos em invólucros bastante pequenos, as correntes obtidas para os relés PhotoMOS em invólucro DIL de pinos são razo-áveis. Correntes na faixa de 1�0 mA a �00 mA são comuns para uma dissipação de �00 mW.

COMO USARConfigurações:As configurações básicas dos PhotoMOS não são muito diferentes das em-

pregadas para se disparar um relé comum.O que se deve ter em mente é que em lugar de uma bobina temos um LED

que deve ser percorrido por uma corrente contínua de intensidade mínima para haver o disparo, conforme mostra a figura 145.

Figura 1�� – Acionamento típico com sinais TTL. Isto significa a necessidade de um circuito de acionamento apropriado e

de um resistor limitador de corrente de valor também apropriado. O valor deste resistor vai depender das exigências de corrente do LED.

Para a saída, temos de levar em conta que em lugar de contato temos um transistor MOS acionando uma carga, conforme mostra a figura 146.

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Figura 146 – A carga é ligada entre o dreno e a fonte nas aplicações comuns.

Isto implica na necessidade de se usar dispositivos de proteção se a carga for indutiva. O uso de diodos ou de circuitos RC de amortecimento é recomen-dado, conforme mostra a figura 147.

Figura 1�7 – Uso de proteção com cargas indutivas.

Cuidados:Os cuidados com o uso de relé PhotoMOS não são muito diferentes dos

que devem ser tomados com um relé comum.a) Não coloque em curto os terminais do PhotoMOS quando o relé está

energizado. Este procedimento pode causar a queima do circuito interno.b) Se existir a possibilidade de picos inversos de tensão serem aplicados

no LED emissor, deve haver algum tipo de proteção. Um diodo ligado da forma indicada na figura 148 é a melhor proteção.

Figura 1�8 – Protegendo o LED contra picos inversos.

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c) Se a tensão de entrada que aciona o LED tiver ondulações, é preciso observar que estas condições sempre fiquem acima do limiar de acionamento, conforme mostra a figura 149.

Figura 149 – As ondulações não devem cruzar o limiar do acionamento.

Caso contrário, isto pode afetar o funcionamento do circuito de saída que não mais terá sua resistência baixa no acionamento constante, mas variando. De-pendendo das condições em que isto ocorre, a dissipação do componente pode aumentar a ponto de colocar em risco sua integridade.

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NEWTON C. BRAGA

Depoimento de Geraldo Lewinski

Este livro estaria incompleto se não tivéssemos o depoimento de uma das mais importantes personalidades do mundo dos relés em nosso país. Falamos de Geraldo Lewinski, fundador da Metaltex. Neste depoimento dado ao autor do livro ele conta como começou a Metaltex, as lutas e dificuldades para chegar ao que é hoje, uma empresa que fabrica 100 mil relés por dia.

Como surgiu a idéia de fabricar relésO Sr. Geraldo era radioamador e possuía um equipamento formado por um

transmissor e um receptor, diferentemente de hoje em que se utilizam os transcep-tores, os dois aparelhos combinados.

Assim, os dois aparelhos tinham de ser ligados a uma mesma antena, mas não ao mesmo tempo. Quando se falava, conectava-se o transmissor à antena, e quando se recebia, o receptor era conectado à mesma antena.

A tarefa de se fazer a troca quando se terminava de falar e passava-se a ouvir, ou seja, o câmbio, exigia que uma chave de comutação fosse acionada, o que era um incômodo. Eram usadas chaves de faca bastante volumosas.

Achando esta tarefa uma coisa atrasada em termos de tecnologia, o Sr. Ge-raldo pensou em melhorar o sistema e a sua idéia foi trocar a chave por um relé. Conversando com seu pai que foi telegrafista na Primeira Guerra Mundial e que conhecia o princípio de funcionamento do relé, ele explicou ao Sr. Geraldo como ele funcionava.

Ele explicou que o relé tinha uma bobina e uns contatos, e quando a bobina era energizada os contatos podiam comutar um circuito. Naquela época não havia Rua Santa Ifigênia para comprar componentes e ninguém tinha o componente dis-ponível e a maioria nem sabia o que era.

O Sr. Geraldo então resol-veu ele mesmo fabricar seu relé. Com sua habilidade, vinda de trabalhos anteriores com máqui-nas, reunindo então as peças ne-cessárias, montou seu primeiro relé e ele funcionou: deu certo, ele afirmou!

Os colegas radioamadores que visitavam então a estação do Sr. Geraldo viam o novo dispo-sitivo de comutação e ficavam

Da esquerda para a direita: Enio Lewinski, Newton C. Braga e Geraldo Lewinski.

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maravilhados pedindo que ele lhes fizesse um, e perguntavam quanto ele cobraria. O Sr. Geraldo cordialmente dizia que fazia e que não custava nada.

Até que depois de alguns pedidos e relés fabricados de graça, o Sr. Geraldo parou para pensar: “Espera aí! Se tudo mundo quer, eu vou comercializar...”

Naquela época, em 19�8, o Sr. Geraldo ainda trabalhava na Philips. O Sr. Ge-raldo começou então a fazer artesanalmente seus relés que vendia para uma loja de componentes elétricos. Sua produção inicialmente era de apenas 1 relé por dia, pas-sando depois para � relés por dia... Hoje a Metaltex fabrica 100 mil relés por dia.

A “fábrica” era um salãozinho de � x � m, e logo em seguida, percebendo que precisava de ajuda, o Sr. Geraldo contratou um primeiro funcionário, além de ter a ajuda de seu pai. Tudo era ainda muito pequeno até que um dia o Sr. Geraldo recebeu um telefonema de uma pessoa representando uma empresa fabricante de elevadores. Esta pessoa dizia que tinha visto um dos relés do Sr. Geraldo na vitrine de uma loja e perguntou se ele fabricava aquele tipo de dispositivo e se poderia conversar com ele.

Indo à empresa de elevadores, foram mostrados ao Sr. Geraldo dois relés de chamada de elevadores. Perguntaram então se ele poderia fazer relés como aqueles, com o que ele concordou.

O Sr. Geraldo fabricou então 10 amostras daquele relé. Os relés foram fabri-cados totalmente por processo manual, as armaduras, suportes e tudo mais.

Depois de uns meses o Sr. Geraldo foi chamado pela empresa e foi informado que seus relés tinham sido aprovados nos Estados Unidos, eletricamente, mecanica-mente e quimicamente. Quimicamente porque os processos de isolamento e galva-noplastia também haviam entrado na rigorosa análise do produto.

Então veio a surpresa: um pedido de 10 mil relés. O Sr. Geraldo então se pôs a pensar como é que iria fazer 10 mil relés! Com isto, precisando contratar mais fun-cionários, também necessitou de um espaço maior mudando-se. Da Rua Tabapuã, o Sr. Geraldo conseguiu um novo espaço maior na Rua Bandeira Paulista, ambos no bairro do Itaim.

Nesta época, o Sr. Geraldo também recebeu um telefonema do Sr. Gilberto Affonso Penna da Revista Antenna do Rio de Janeiro, que desejava lhe fazer uma visita. O Sr. Gilberto (PY�AFA), que era radioamador, trouxe então dois relés ame-ricanos.

Ele explicou que precisava publicar na sua revista artigos que usavam aqueles relés e ninguém os tinha no Brasil, o que inviabilizava as montagens. O Sr. Geraldo se propôs então a fabricar os relés. Eram relés de placa, relés de alta resistência de bobina, de �.000 a 10.000 Ohms, os quais são acionados por circuitos com válvu-las. A dificuldade foi encontrar o fio extremamente fino com que eram enroladas as bobinas.

Testados pelo Sr. Gilberto, os relés se mostraram ótimos e os artigos que os

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utilizavam começaram as ser publicados.O importante disto tudo é que muitas pessoas, montando os projetos publica-

dos que utilizavam os relés, começaram a consumi-los industrialmente. Com isto surgiram então muitas indústrias que passaram a consumir os relés da Metaltex que então, juntamente com estas novas empresas, foi crescendo até ser o que é hoje. Hoje a Metaltex tem 300 funcionários. O autor lembra das dificuldades da época em se obter componentes, comentando que os primeiros transistores vinham em caixinhas com um “manual de instruções” e custavam muito caro.

O Sr. Geraldo lembrou que, na época, um outro componente que não existia no mercado e era muito solicitado era o capacitor variável, chamado na época de condensador variável.

Saindo da Philips, o Sr. Geraldo usou metade do seu salário da época para pagar um ferramenteiro que lhe fez o estampo das placas de um capacitor variável. O Sr. Geraldo começou a montar também capacitores variáveis, vendendo milhares de unidades.

Oficialmente a Metaltex foi fundada em 1958.

A Vida do Sr. Geraldo na PhilipsSeu primeiro cargo na Philips foi como chefe do controle de qualidade. Como

o Sr. Geraldo tinha o curso de eletrônica da National Schools e falava o alemão, um dia o presidente da Philips, um holandês culto falando em alemão, comentou que precisava de alguém para entrar na engenharia, pois pretendiam fabricar televisores, convidando-o a participar do projeto.

O Sr. Geraldo aceitou, tendo sido nomeado “encarregado da engenharia”. O Sr. Geraldo, mesmo não sendo engenheiro, aceitou o cargo, passando a comandar uma equipe de � téc-nicos e � engenheiros holandeses.

Ele lembra que o primeiro televisor da Phi-lips foi montado por ele, com suas próprias mãos!

Com a gravidez de sua esposa e necessidade de um tratamento especial, o Sr. Geraldo foi obri-gado a deixar a Philips. Nasceu então o seu primei-ro filho, Osmar, que lhe ajuda na administração da Metaltex juntamente com o segundo filho, Enio.

A Origem da Sua FamíliaO pai do Sr. Geraldo, como já citado, era te-

legrafista na Primeira Guerra Mundial, estabelecen-do-se posteriormente como comerciante na Prússia Oriental. Com a perseguição nazista aos judeus, Geraldo Lewinski

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com muita dificuldade a família conseguiu um visto de turistas para o Brasil. Com 11 anos de idade o Sr. Geraldo chegou ao Brasil em 19�9. O navio em que veio foi o Monte Rosa, posteriormente torpedeado pelos aliados nas costas do Brasil.

Na Alemanha o Sr. Geraldo já havia aprendido com seu pai o Código Morse. Com a necessidade de se deixar a Alemanha devido à perseguição nazista, a comu-nidade judaica teve a idéia de fazer com que os que deixassem o país aprendessem uma segunda profissão, mais de acordo com as necessidades do país para onde fossem.

O pai do Sr. Geraldo aprendeu então a fazer chocolate. Chegando ao Brasil com uma caixa contendo um mínimo de pertences, uma parte dos quais se quebrou, foram recebidos pela comunidade judaica que os colocou num trem de Santos para São Paulo.

Numa pensão na Rua Dom José de Barros e apenas com �0 marcos, que era o dinheiro que eles podiam trazer, precisaram vender as poucas roupas que trouxeram para poder sobreviver.

Para arrecadar dinheiro, o Sr. Geraldo pegou então uma sanfona que possuía e com sua irmã foi para a Praça da República tocar. Ele nos conta que o banco em que ele fazia isto ainda existe. Com o pouco dinheiro que sua irmã arrecadava com o chapéu de seu pai compravam pão, queijo e algo mais.

Dentre as coisas que trouxeram da Alemanha estavam escovas e graxas, pois o Pai trabalhava com artigos de couro. Assim, usando a própria madeira do caixote em que vieram as coisas ele fez uma caixa de engraxate e na Praça da República ganhava alguns trocados engraxando sapatos. Gritando então “Graxa Alemon”, pois não falava português ainda, atraía seus clientes.

Enquanto isso, sua família mudou-se para a Alameda Campinas, numa peque-na casa alugada onde seu pai iniciou um negócio de fabricação de chocolates.

Fundindo barras, ele passou a fabricar tabletes que os filhos vendiam de casa em casa. O negócio cresceu e ele abriu uma fábrica de chocolate que hoje não mais existe. Chocolate Delta era o nome.

No entanto, com o problema da inflação, toda semana as barras que ele usava tinham um preço diferente, o que ia tornando o negócio inviável. O Sr. Geraldo, que nesta época já trabalhava de eletricista, sabendo do problema, tomou uma decisão.

Procurou a Biblioteca Municipal para ver como era feita a máquina que pro-duzia as barras de chocolate a partir do cacau torrado. Aprendendo pelos livros, ele partiu em busca dos componentes para fazer as máquinas, comprando as partes na Rua Piratininga. As máquinas artesanais ficaram prontas e, através de contatos com amigos, conseguiram comprar os grãos de cacau em Ilhéus.

Com as máquinas produzidas pelo Sr. Geraldo era fabricado um chocolate de excelente qualidade. Ele conta que no final do processo era preciso usar uma má-

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quina denominada concha, pelo seu formato, e ele não conseguia a parte principal, a concha que não podia ser encontrada na Rua Piratininga.

Até que encontrou um amigo que tinha uma fábrica de chupetas e uma máqui-na que misturava látex para sua fabricação, com a peça que servia justamente para o que o Sr. Geraldo precisava. Comprando a máquina, pois o amigo estava fechando a fábrica, a mesma foi adaptada e o chocolate podia ser fabricado.

A fábrica era na Av. Santo Amaro, em frente ao Hospital São Luis. Na época da Páscoa formavam-se filas para comprar o chocolate que eles fabricavam, mais barato e de boa qualidade.

O pai do Sr. Geraldo vendeu a fábrica algum tempo depois e o Sr. Geraldo partiu para a fabricação de relés. Hoje, com os filhos, o Sr. Geraldo afirma que gra-ças a eles a Metaltex é o que é.

O nome Metaltex:Quando o Sr. Geraldo trabalhava na Philips ocorreu a necessidade de se en-

contrar um fio blindado, mas cuja blindagem também fosse isolada do chassi, pois os fios blindados que existiam tinham a malha descoberta.

Conversando com seu pai, ele pediu que pensasse numa solução. A idéia foi comprar cadarços e enfiar o fio blindado então existente nestes cadarços de modo a se obter um cabo isolado externamente. O cabo era tingido nas cores necessárias e fornecido nos comprimentos certos para a Philips. O nome foi sugerido pelo pai do Sr. Geraldo, que comentou que o fio era de metal e a cobertura de tecido, ou seja, têxtil. A junção dos nomes resultou em Metaltex.

O Sr. Geraldo terminou o depoimento cumprimentando o autor, que conhece há mais de �0 anos e admira pelo seu trabalho.

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Anexo A - Circuitos supressores reduzem vida útil dos relés

O artigo que reproduzimos a seguir, elaborado com documentação da Tyco, sugere que nem sempre os supressores devem ser usados, pois podem reduzir a vida útil dos relés. Vale a pena analisar.

Uma tendência natural de todo projetista que excita uma carga indutiva como um solenóide ou a bobina de um relé é agregar um circuito supressor para proteger o dispositivo semicondutor utilizado contra picos de tensão na comu-tação. No entanto, o que talvez muitos não saibam, é que estes circuitos podem ajudar a proteger o dispositivo comutador, mas influem sensivelmente na vida útil e no desempenho de um relé. Veja neste artigo porque isto ocorre, segundo informações da Tyco.

A desenergização de um relé é acompanhada de diversos fenômenos que devem ser cuidadosamente analisados para que entendamos como isto pode ter influência na sua vida útil.

Quando a bobina de um relé é desenergizada, o fluxo magnético em seu núcleo decai até o ponto em que a força da mola que aciona os contatos supera a força de atração do núcleo. Neste instante tem início a abertura da armadura.

À medida que a armadura se move, a força da mola é reduzida gradual-mente pela sua contração, o que significa que não se trata de um processo linear. Força de abertura e força do campo magnético variam simultaneamente em um processo dinâmico que também depende da eventual existência de um circuito externo.

Mas o fenômeno mais importante observado é o elétrico: com a redução gradual do fluxo, e a movimentação da armadura à medida que a corrente na bobina diminui, uma tensão inversa que pode chegar a centenas de volts é indu-zida. Na figura A temos uma visualização em um osciloscópio do que ocorre.

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Figura A - Sinais obtidos na comutação de um relé, observando-se a alta tensão in-

versa gerada pela contração do campo magnético na bobina.

Os processos utilizados normalmente para proteger os dispositivos comu-tadores em série com as bobinas dos relés são baseados em técnicas de amor-tecimento da tensão gerada pela contração do campo magnético. São utilizados normalmente dispositivos que curto-circuitam esta tensão forçando a corren-te na bobina a diminuir rapidamente e, com ela, o fluxo magnético. A técnica mais comum, que normalmente empregamos pela facilidade de implementação, consiste na ligação em paralelo com a bobina de um diodo, conforme mostra a figura B.

Figura B – Circuito de proteção típico com um diodo ligado em paralelo com a bobina.

O diodo polarizado no sentido inverso não afeta a tensão que energiza a bobina, mas funciona como um curto para a tensão inversa induzida na bobina, amortecendo a contração do campo magnético na desenergização. Na figura C temos a forma de sinal obtida quando se emprega esta técnica. Veja que a am-plitude da tensão inversa induzida fica limitada à tensão direta de condução do diodo.

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Figura C.

Se a técnica protege muito bem o dispositivo semicondutor utilizado na comutação, ela pode ter efeitos bastante nocivos para a comutação do relé. O que ocorre é que a força líquida disponível para a abertura do relé é dada pela di-ferença entre a força magnética restante no núcleo e a força de abertura da mola, cada qual variando de uma forma diferente com o tempo e a posição.

Assim, a força resultante pode ser afetada pelo dispositivo de amorteci-mento de tal forma a influir na ação da armadura e, portanto, do contato do relé. Os efeitos desta mudança de comportamento podem ser melhor sentidos quando se comuta uma carga resistiva de potência, ou seja, uma carga em que a corrente sobe rapidamente de valor na comutação.

Por uma fração de tempo muito pequena, quando o contato é estabelecido, pequenas áreas do contato fundem-se fazendo com que eles manifestem uma força de adesão maior, que deve ser vencida na abertura seguinte dos contatos. Assim, a ação da mola, com o decaimento do fluxo, deve ser capaz de separá-los nestas condições.

Nas condições normais de operação, a força da mola mais a queda rápida do campo são suficientes para se obter uma força de separação dos contatos suficiente para vencer este problema. No entanto, com a presença de um diodo amortecedor em paralelo, as coisas mudam.

Isto porque o diodo faz com que haja uma perda do momento na movi-mentação da abertura da armadura, já que ele curto-circuita a corrente induzida no decaimento do campo, reduzindo assim sua velocidade.

Isto pode fazer com que a força da mola seja insuficiente para separar

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os contatos e que eles permaneçam “grudados” nestas condições. Quanto mais rápida a contração do fluxo na desenergização do relé, maior será a força para abertura dos contatos e, portanto, menor a probabilidade de falha, com aumento da capacidade de abertura do relé.

Segundo se conclui, a melhor capacidade de abertura de um relé seria obtida sem a presença de qualquer componente de amortecimento em paralelo com sua bobina, mas isto desprotegeria o dispositivo de comutação. Assim, a solução ideal é intermediária: utilizar um dispositivo de proteção que atenda às necessidades do dispositivo comutador, mas que não amorteça totalmente a operação do relé.

Isto pode ser conseguido, ligando-se um zener em série com a bobina, conforme mostra a figura D.

Figura D

Neste caso, a resistência inversa, que não afeta a operação do relé, conti-nua sendo muito alta. No entanto, para a tensão gerada pela bobina, a tensão de condução passa a ser a soma da tensão direta de condução do diodo somada à tensão do diodo zener.

Desta forma, esta tensão não chega a por em perigo o dispositivo comuta-dor e também não amortece totalmente a abertura dos contatos, conforme mostra a visualização do sinal na figura E.

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Figura E - Forma de onda na desenergização do relé, observando-se um amortecimen-

to menor e ao mesmo tempo um transiente menor no dispositivo comutador

O valor do diodo zener deve ser escolhido de modo a ficar abaixo da ten-são máxima suportada pelo dispositivo comutador e, ao mesmo tempo, propor-cionar o menor amortecimento possível para a abertura do relé.

Normalmente os fabricantes de relés indicam suas performances nas con-dições de operação sem o supressor. Assim, para as aplicações mais críticas em que este elemento vai ser utilizado, é conveniente fazer testes antes.

ConclusãoO simples acréscimo de um diodo em paralelo com a bobina de um relé

pode alterar seu funcionamento e até mesmo sua durabilidade, conforme vimos neste artigo. O amortecimento da tensão gerada na abertura tem efeitos mecâ-nicos sobre os contatos e isto pode significar redução de sua vida útil, contatos presos e muito mais. O projetista deve estar atento a este fato ao empregar relés em seu projeto.

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Anexo B - Aumentando a vida útil de relés

Os relés eletromecânicos comuns podem ser usados como roteadores de sinais e de energia em uma infinidade de aplicações. Na indústria, por exemplo, relés podem ser usados para conectar diversos transdutores a um único sistema de medida, trabalhando com sinais, portanto. Em sistemas de controle, os relés podem rotear a alimentação para diversos dispositivos, trabalhando então com correntes e tensões elevadas. O relé comum típico é acionado eletromagnetica-mente, conforme mostra a figura 1.

Figura 1- Princípio de funcionamento do relé.

Uma bobina é percorrida por uma corrente, movimentando uma armadura através do campo magnético criado. Esta armadura está acoplada a contatos mó-veis que são os responsáveis pelas conexões elétricas.

Como qualquer dispositivo eletromecânico, os relés têm um tempo de vida limitado e eventualmente falham. O tempo de vida de um relé e a probabilidade de falhas dependem tanto do tipo de sinal com que ele trabalha como do eventual uso de sistemas de proteção apropriados.

A seguir, veremos como prolongar a vida útil de um relé partindo da pró-pria maneira como o tipo certo para uma aplicação é selecionado.

Escolhendo um ReléNão existe um único tipo de relé para qualquer aplicação. Os fabricantes

oferecem relés com diversas tecnologias cuja escolha correta para uma aplica-ção pode ser muito importante para se ter maior confiabilidade e durabilidade do componente. Existem basicamente � tipos de relés:

a) Relés ReedOs relés reed são formados por um reed-switch em torno do qual existe

uma bobina, conforme mostrado na figura 2.

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Figura � – O relés reed

Estes relés são apropriados para comutação de alta velocidade, já que podem operar numa velocidade muito maior que os relés comuns de armadu-ras. Sua resistência de contato é muito baixa e têm ainda a vantagem de que o sistema de comutação é hermético, já que se encontra no vidro selado do reed-switch. No entanto, como desvantagem, ele não pode trabalhar com corren-tes intensas e nem suporta tensões elevadas.

b) Relés EletromecânicosSão os mais comuns e têm a estrutura básica que mostramos na figura 1.

Pela sua robustez e capacidade de operar com correntes elevadas, são os mais usados. A resistência de contato normalmente é muito baixa, e são mais lentos. Este tipo de relé tem tendência a produzir arcos entre os contatos. Estes relés podem ser encontrados tanto na versão aberta como hermética.

c) Relés de Estado SólidoOs relés de estado sólido se baseiam tanto em acopladores ópticos como

em dispositivos semicondutores. A grande vantagem deste tipo de relé está na sua velocidade e no não uso de partes mecânicas que possam se desgastar ou produzir arcos. Na figura 3 temos um exemplo de relé de estado sólido.

Figura � – O relé de estado sólido

No entanto, sua resistência no estado “on” é muito maior do que nos ou-tros tipos de relé. As características dos � tipos de relés são comparadas na tabela dada a seguir:

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Reed Eletromecânico Estado SólidoResistência de contatos

muito baixa baixa alta

Vida útil 10 milhões 1 milhão InfinitaPrincipal Falha Abre na falha Abre na falha Entra em curtoCarga máxima típica

100 V/100 mA 1�0 V/10 A 1�0 V/ 10 A

Principais usos Comutação de alta velocidade e baixa potência

Comutação de baixa velocidade e alta potência

Circuitos de alta potência

Prevendo a Vida ÚtilOs fabricantes de relés especificam qual é a vida útil média de seus pro-

dutos. No entanto, este período na prática vai variar dependendo das cargas que devem ser controladas. Para cargas resistivas, por exemplo, as especificações são mais precisas. Por outro lado, com cargas capacitivas e indutivas, a vida útil pode variar bastante em relação ao indicado pelo fabricante.

Quanto ela pode ser mais curta que a esperada depende muito do tipo de carga que está sendo controlada. Para que o leitor tenha uma idéia do que ocorre, classificamos as cargas em cinco grupos gerais:

a) Cargas resistivasNeste caso, a carga controlada é resistiva, conforme mostra a figura 4. As-

sumindo-se que a corrente circulante nos contatos seja aproximadamente cons-tante, podem ocorrer arcos quando o circuito liga ou desliga.

Figura � – Controlando uma carga

Teoricamente, um relé com carga resistiva pode operar na sua faixa de correntes e tensões em sua vida útil especificada total. Na prática, entretanto, os relés que operam com estas cargas têm uma degradação de 7�% durante sua vida útil total.

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b) Cargas IndutivasExistem diversas dificuldades a serem consideradas quando se pretende

comutar cargas indutivas. Uma delas é que a corrente tende a continuar circu-lando mesmo quando o contato é aberto. A energia armazenada na indutância da carga induz arcos, conforme mostra a figura 5.

Figura � – Controlando uma carga indutivaIsto significa que devem ser previstos recursos para a supressão de arcos

quando este tipo de carga vai ser controlada. Em geral é preciso considerar uma degradação de ordem de �0% na vida útil dos relés quando operam com cargas indutivas.

c) Cargas CapacitivasOs capacitores se comportam como um curto-circuito quando começam a

ser carregados. Assim, ao ligar um circuito capacitivo, a corrente inicial tem um valor muito alto. É comum o uso de resistores em série com tais circuitos para limitar esta corrente inicial, conforme mostra a figura 6.

Figura 6 – Controlando uma carga capacitiva

Quando cargas capacitivas são comutadas, pode ser considerada uma de-gradação da vida útil de um relé da ordem de 7�%.

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d) MotoresOs motores não são considerados apenas cargas indutivas quando contro-

lados por um relé. Quando um motor dá a partida, ele apresenta uma impedância extremamente baixa, exigindo correntes elevadas. Uma vez que a velocidade do motor aumenta, ele passa a gerar força contra-eletromotriz responsável por picos elevados de tensão no elemento comutador, no caso quando os contatos do relé abrirem. Na indústria é comum considerar uma degradação de �0% em relação à vida útil de um relé quando ele controla motores.

e) Cargas IncandescentesUma lâmpada incandescente é uma carga resistiva, mas seu comportamen-

to não é linear e isto pode significar muito se ela for controlada por um relé. A resistência de uma lâmpada incandescente pode aumentar em até 1� vezes entre o momento em que ela é ligada e se encontra fria até o momento em que ela atinge a temperatura normal de funcionamento, conforme mostra o gráfico da figura 7.

Figura 7 – Característica de uma lâmpada incandescente.

Isto significa que a corrente inicial de uma lâmpada pode facilmente dani-ficar os contatos de um relé. A degradação típica considerada no caso da alimen-tação de uma lâmpada incandescente é 10%. Em muitos casos é previsto o uso de um resistor em série para limitar a corrente inicial.

Prolongando a Vida de um ReléSistemas complexos, como os utilizados numa indústria, podem conter

muitos relés. Para se garantir a confiabilidade é preciso que os relés operem den-tro de suas condições de máxima durabilidade, o que significa tomar precauções especiais em função dos tipos de cargas que devem ser controladas. Diversos são os fatores que devem ser considerados quando se trabalha para aumentar a vida útil dos relés.

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Nos relés eletromecânicos, os contatos são superfícies que, ao abrirem ou fecharem, criam fortes campos elétricos responsáveis por arcos. Estes arcos danificam estas superfícies reduzindo sua vida útil. Desta forma, uma das prin-cipais ações no sentido de se prolongar a vida de um relé consiste em se evitar estes arcos ou surtos intensos de corrente nos contatos. Isto pode ser feito com a ajuda de circuitos de proteção e redes supressoras.

Circuitos de SupressãoUma das finalidades do circuito de supressão é limitar a corrente nos con-

tatos do relé quando eles abrem ou fecham. Quando os contatos de um relé abrem ou fecham o arco produzido gera ruído de alta freqüência, surtos de cor-rente e tensão e com isto danos irreversíveis.

Para uma carga capacitiva a solução está no uso de um capacitor, resistor ou termistor em série com a carga de modo a reduzir a corrente inicial, conforme mostra a figura 8.

Figura 8 – Usando um termistor como elemento de proteção.

Para cargas indutivas devem ser usadas outras técnicas para reduzir as correntes de surto. Uma das possibilidades é usar um varistor, diodo zener ou ainda uma rede RC, como snubber, da forma mostrada na figura 9, ligados em paralelo com a carga.

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Figura 9 – Dispositivos de proteção mais comuns.

Redes RC de ProteçãoQuando se projeta um circuito RC de proteção, deve-se selecionar o re-

sistor R de modo a ter valores numa faixa bem determinada. O modo como este circuito é ligado é mostrado na figura 10.

Figura 10 – Usando redes RC de proteção.

A corrente máxima dos contatos do relé determina o valor mínimo deste resistor , considerando a tensão de pico na carga, conforme a fórmula:

Rmin = Vp/Imax onde:R = valor mínimo do resistor em OhmsVp = tensão de pico na cargaImax = corrente máxima suportada pelos contatos do reléO valor máximo do resistor (Rmax), é normalmente o valor da resistência

de carga (RL).Assim: Vp/Imax < R < RLDesta forma, a corrente nos contatos do relé nas piores condições, fica

limitada em: Io = Vp/RL (1)O valor de Io é usado para determinar o valor do capacitor de proteção

neste circuito. Diversos são os fatores que vão ser considerados adicionalmente no cálculo do capacitor de proteção Cp. O primeiro é que a capacitância total

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do circuito (Ctot) deve ser tal que a tensão de pico nos contatos abertos do relé não exceda os valores máximos especificados pelo fabricante. Para uma tensão de �00 Vrms , por exemplo, podemos usar a seguinte equação para determinar esta capacitância:

Ctot > (Io/�00) x L (�)Onde L é a indutância da carga e Io o valor da corrente máxima calculado

pela fórmula (1).Assim, o valor mínimo de Cp deve ser o valor total de Ctot. Na prática

pode-se usar um valor bem maior do que o calculado para Ctot.

VaristoresO varistor é usado quando se deseja estabelecer um limite absoluto fixo

para a tensão que aparece entre os contatos de um relé. Na figura 11 mostramos como este componente é usado.

Figura 11- Usando varistores.

Os varistores podem ser encontrados numa ampla faixa de tensões e capa-cidades de absorção de energia. Na operação, quando a tensão de operação do varistor é alcançada, ele conduz intensamente absorvendo a energia que poderia danificar os contatos do relé. Em muitos casos um varistor pode ser usado para suplementar a ação de uma rede RC de proteção.

ConclusãoCom a observação cuidadosa dos limites de operação dos contatos de um

relé, a escolha correta do relé para a aplicação que se tem em mente e além disto, com o uso de recursos de proteção quando eles forem necessários, a vida útil de um relé pode ser consideravelmente aumentada.

Glossário:Degradação – termo usado para indicar de quanto a vida útil de um relé

se reduz em vista de uma determinada condição de operação.Snubber – circuito de proteção usado para diminuir o surto de corrente

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Anexo C - Trabalhando com Relés de Potência

Quando comutamos uma carga resistiva pura, não precisamos nos preocu-par muito com o que ocorre com a corrente no circuito, pois sabemos que, a não ser as pequenas oscilações iniciais devido ao repique dos contatos (bounce), não temos picos, transientes, ou oscilações que possam ser prejudiciais tanto ao relé quanto ao circuito controlado e mesmo produzir a indesejável EMI.

No entanto, quando a carga comutada apresenta características indutivas, capacitivas ou as duas combinadas, nos vemos diante de sérios problemas que podem afetar não só o modo como tratar o controle como a escolha do relé.

Assim, para estes casos, não basta que a tensão e a corrente especificada para os contatos do relé estejam de acordo com aquilo que se espera ser normal no consumo de uma carga controlada.

É preciso ir além e analisar exatamente que tipo de corrente vai circular nos instantes seguintes, desde aquele em que o circuito se encontra desligado até o instante em que a corrente se estabilize para o funcionamento que se espera ser normal.

Há alguns anos escrevemos para a Metaltex o livro “Tudo Sobre Relés” em que dávamos de forma simplificada alguns procedimentos para a proteção dos contatos dos relés.

No entanto, com cada vez mais circuitos utilizando semicondutores rá-pidos e cargas de diversos tipos, capazes de gerar sinais cujas formas de onda estão longe da senoidal pura, é preciso ir além e é justamente o que vamos fazer neste artigo.

Cargas Resistivas PurasNeste caso, não há muito do que falar. Basta seguir as especificações do

fabricante para a corrente e a tensão, e pronto. Os máximos de corrente e tensão devem ser seguidos, com alguma tolerância que depende da aplicação.

Observe, entretanto, que elementos de aquecimento, dependendo da tem-peratura que alcançam, não podem ser considerados cargas resistivas puras. Sua resistência é mais baixa quando frios e elevada no ponto dado como nominal, quando atingem a temperatura de operação.

Ao controlar estes elementos com um relé, leve em conta a corrente a frio. Veja o próximo item em que tratamos das lâmpadas incandescentes que consis-tem num caso especial de carga resistiva variável.

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Lâmpadas IncandescentesAs lâmpadas incandescentes consistem num tipo especial de carga resisti-

va, pois sua resistência não é constante. Uma lâmpada incandescente pode apre-sentar uma resistência mais de 10 vezes menor do que a resistência nominal (quando acesa), quando está com filamento frio, ou seja, no momento em que é ligada.

Na figura 1 temos a curva característica de corrente numa lâmpada incan-descente no momento em que ela é energizada.

Figura 1 – Característica de uma lâmpada incandescente.

Assim, se esta lâmpada for controlada pelos contatos de um relé de po-tência, nos instantes iniciais em que ela se encontra fria a corrente pode superar facilmente os limites do componente, causando uma sobrecarga que pode com-prometer seu funcionamento, durabilidade e até mesmo causar falhas.

Uma recomendação ao se controlar uma lâmpada deste tipo é que a cor-rente dos contatos do relé seja maior do que a corrente nominal da lâmpada. E este tanto a mais deve ser proporcional à taxa de acionamento da lâmpada. Uma lâmpada que tenha funcionamento intermitente exigirá uma corrente média do relé muito maior do que aquela que é acesa poucas vezes num longo intervalo de tempo.

Uma forma de se reduzir a corrente inicial da lâmpada, o que pode ser re-comendável nos casos de potências elevadas, é ligando-se em série um resistor. Este resistor absorve a potência inicial, transformando-a em calor e evitando a

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sobrecarga do relé. A figura 2, mostra como fazer isto.

Figura � – Limitando a corrente inicial com um resistor.

Finalmente uma prática não muito comum consiste em se trabalhar com a lâmpada pré-aquecida. Um resistor em paralelo com os contactos do relé man-tém circulando pela lâmpada uma corrente que aquece o filamento a ponto dele apresentar uma resistência mais alta do que a frio, mas sem acender. O inconve-niente deste recurso é que o circuito consome energia, mesmo com a lâmpada apagada.

Figura � – Lâmpada pré-aquecida – a corrente inicial ao se fechar o relé é menor.

Cargas CapacitivasUma das primeiras coisas que aprendemos quando estudamos os capaci-

tores é que um capacitor descarregado se comporta como um curto-circuito para a fonte, com uma corrente inicial que só é limitada pela resistência do gerador e pela resistência ôhmica de condutores que alimentam o circuito.

Quando controlamos uma carga capacitiva com um relé de potência, este fato deve ser levado em conta no dimensionamento de seus contatos.

Será interessante saber se existe uma resistência limitadora natural do cir-cuito que impeça que a corrente inicial atinja valores muito altos. Se esta resis-tência for muito baixa, ameaçando o relé controlador, pode-se acrescentar uma resistência ou mesmo um dispositivo apropriado como um VDO para impedir um surto elevado de corrente ao se energizar o circuito.

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Figura � – Resistor limitador da corrente inicial num circuito capacitivo.

Existem muitos dispositivos, hoje comuns, que apresentam uma caracte-rística capacitiva, tais como filtros contra EMI, linhas de sinais longas, etc.

Cargas IndutivasO problema maior que se manifesta nas cargas indutivas não está relacio-

nado com a corrente, mas sim com a tensão. As correntes iniciais destas cargas são baixas, até mesmo menores do que as correntes nominais, conforme pode-mos ver pela figura 5.

Figura � – Corrente na comutação numa carga indutiva.

No entanto, quando estas cargas são desligadas, a energia armazenada no campo magnético induz tensões elevadas, capazes de causar arcos ou faíscas entre os contatos do relé controlador.

Estas faíscas podem causar o desgaste prematuro do componente, quei-

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mando-o e com isto afetando sua capacidade de controle. Dependendo da in-dutância da carga ou do circuito controlado, as tensões induzidas podem ser dezenas ou mesmo centenas de vezes maiores do que a tensão usada na sua alimentação. Na figura 6 mostramos o comportamento de uma carga indutiva em função da tensão.

Figura 6 – Tensões na comutação de uma carga indutiva.

Dispositivos de proteção em paralelo com a carga ou com os contatos do relé podem ajudar a evitar os problemas de comutação. O mais comum é o uso de um diodo em paralelo, invertido em relação à alimentação normal.

Outra forma de se proteger os contatos de um relé que comute uma carga fortemente indutiva consiste no uso de um capacitor ou mesmo circuito RC em paralelo com a carga. Na figura 7 mostramos estas formas de proteção.

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Figura 7 – Exemplos de proteção do circuito comutador para cargas indutivas.

Cargas indutivas comuns são os solenóides, eletroímãs, relés, contatores, etc.

MotoresOs motores consistem num tipo especial de carga indutiva merecendo,

por este motivo, uma análise em separado. De fato, a corrente no momento em que estes dispositivos são comutados não depende apenas das características elétricas de seu enrolamento, mas também de suas características dinâmicas que afetam o processo de forma dinâmica.

O que ocorre é que, na partida, a corrente de um motor é maior porque a impedância é menor. À medida em que ele ganha velocidade, sua impedância aumenta até que então a corrente se reduz ao valor nominal. A figura 8 mostra o que ocorre.

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Figura 8 – Variação da corrente num motor.

Na prática, o tempo em que a corrente demorará para chegar até o valor nominal depende de diversos fatores, entre eles a carga mecânica. Uma carga muito grande fará com que o motor precise de um grande intervalo de tempo para chegar a sua velocidade normal, e neste intervalo a corrente poderá ser muitas vezes maior que a nominal.

No dimensionamento de um relé que vai controlar este motor, este fato deve ser previsto.

Temos de levar em conta ainda que o motor é uma carga indutiva e que, portanto, alta tensão é induzida quando ele é desligado.

É recomendado que se dimensione o relé com um fator de tolerância de � vezes, ou seja, a corrente de contato do relé deve ser pelo menos � vezes maior do que a corrente do motor a ser controlado.

Cargas de Corrente ContínuaNo dimensionamento dos relés de uma aplicação deve-se ainda levar em

conta que uma carga de corrente contínua se comporta de forma diferente de uma carga de corrente alternada ao ser comutada.

Uma corrente contínua não varia, não passando pelo ponto de zero em ne-nhum instante, o que não ocorre com as tensões alternadas. Assim, desligar uma carga de corrente contínua é mais difícil.

Isto leva os fabricantes de relés a especificar seus produtos com valores

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diferentes de correntes de contato para os dois tipos de corrente. Os valores es-pecificados são menores para as correntes contínuas.

Quando a tensão do circuito for elevada, pode-se melhorar a comutação, protegendo os relés empregando tipos de vários contatos que são ligados em série, conforme mostra a figura 9.

Figura 9 – Protegendo os contatos de um relé na comutação de cargas com tensões contínuas elevadas.

Cargas CríticasUm tipo de carga que, aparentemente, não traz problemas de comutação, é

a que opera com baixas correntes e baixas tensões.No entanto, também é preciso ter cuidado com a comutação deste tipo de

carga, pois sob regime de baixa corrente e baixa tensão, qualquer variação da resistência dos contatos do relé, que estão em série, pode causar alterações no circuito.

Assim, problemas de contato, oxidação ou mesmo da qualidade do relé, podem causar oscilações de tensão e de corrente capazes de afetar o funciona-mento da carga.

Para estas cargas o recomendado é o relé reed, por ser hermético, ou então relés com contatos dourados. Neste caso, não se deve utilizar relés de potência, pois eles são indicados para correntes acima de 100 mA.

Recomenda-se também, nestes casos de comutação de cargas muito bai-xas, o uso de contatos em paralelo.

ConclusãoCom o conhecido provérbio “sabendo usar, vai durar”, concluímos este

nosso artigo, mostrando que o uso correto dos relés de potência fará com que estes componentes atinjam o máximo de sua durabilidade, com o número de operações garantido pelo fabricante.

A Metaltex possui uma ampla linha de relés de potência que certamente atenderá às necessidades de suas aplicações.

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