Funcionamento do Relé Eletromagnético | Tipos de Relés Eletromagnéticos

Relé Eletromagnético

Relés eletromagnéticos são aqueles relés operados por ação eletromagnética. Os modernos relés de proteção elétrica são principalmente baseados em microprocessador, mas ainda o relé eletromagnético mantém seu lugar. Levará muito mais tempo para substituir todos os relés eletromagnéticos por relés estáticos baseados em microprocessador. Portanto, antes de passar pelos detalhes do sistema de relé de proteção, devemos revisar os diversos tipos de relés eletromagnéticos.

Funcionamento do Relé Eletromagnético

Praticamente todos os dispositivos de relé se baseiam em um ou mais dos seguintes tipos de relés eletromagnéticos.

1. Medição de magnitude,

2. Comparação,

3. Medição de razão.

O princípio do funcionamento do relé eletromagnético baseia-se em alguns princípios básicos. Dependendo do princípio de funcionamento, estes podem ser divididos nos seguintes tipos de relés eletromagnéticos.

1. Relé do tipo ímã atrator,

2. Relé do tipo disco de indução,

3. Relé do tipo copo de indução,

4. Relé do tipo balança,

5. Relé do tipo bobina móvel,

6. Relé do tipo ferro móvel polarizado.

Relé do Tipo Ímã Atrator

O relé do tipo ímã atrator é o mais simples tanto em construção quanto em seu princípio de funcionamento. Esses tipos de relés eletromagnéticos podem ser utilizados como relés de magnitude ou de razão. Estes relés são empregados como relés auxiliares, de controle, de sobrecorrente, de subcorrente, de sobretensão, de subtensão e de medição de impedância.

As construções do tipo braço articulado e êmbolo são as mais comumente usadas para esses tipos de relés eletromagnéticos. Entre os dois designs construtivos, o tipo de braço articulado é mais comumente usado.

Sabemos que a força exercida sobre um braço articulado é diretamente proporcional ao quadrado do fluxo magnético no vão aéreo. Se ignorarmos o efeito da saturação, a equação para a força experimentada pelo braço articulado pode ser expressa como,

Onde, F é a força líquida, K’ é uma constante, I é a corrente eficaz do enrolamento do braço articulado, e K’ é a força de restrição.
A condição limiar para a operação do relé seria alcançada quando KI2 = K’.
Se observarmos a equação acima cuidadosamente, perceberemos que a operação do relé depende das constantes K’ e K para um valor específico da corrente do enrolamento.
A partir da explicação e da equação acima, pode-se resumir que, a operação do relé é influenciada por

1. Ampère-voltas desenvolvidas pelo enrolamento de operação do relé,

2. O tamanho do vão aéreo entre o núcleo do relé e o braço articulado,

3. Força de restrição no braço articulado.

Construção do Relé do Tipo Atrator

Este relé é essencialmente uma bobina eletromagnética simples e um êmbolo articulado. Sempre que a bobina se energiza, o êmbolo é atraído em direção ao núcleo da bobina. Alguns contatos NO-NC (Normalmente Abertos e Normalmente Fechados) são dispostos mecanicamente com este êmbolo, de modo que, os contatos NO fecham e os contatos NC abrem no final do movimento do êmbolo. Normalmente, o relé do tipo ímã atrator é operado em corrente contínua. Os contatos são dispostos de tal forma que, após a operação do relé, eles não podem retornar às suas posições originais, mesmo após o braço articulado ser desenergizado. Após a operação do relé, esses tipos de relés eletromagnéticos são redefinidos manualmente.
O relé do tipo ímã atrator, por sua construção e princípio de funcionamento, é instantâneo na operação.

Relé do Tipo Disco de Indução

O relé do tipo disco de indução consiste principalmente em um disco rotativo.

Funcionamento do Relé do Tipo Disco de Indução

Cada relé do tipo disco de indução funciona com base no mesmo princípio bem conhecido de Ferrari. Este princípio afirma que, um torque é produzido por dois fluxos com fase deslocada, que é proporcional ao produto de suas magnitudes e ao deslocamento de fase entre eles. Matematicamente, isso pode ser expresso como-


O relé do tipo disco de indução baseia-se no mesmo princípio que o de um amperímetro ou um voltímetro, ou um watímetro ou um watthorímetro. No relé de indução, o torque defletor é produzido pelas correntes parasitas em um disco de alumínio ou cobre pelo fluxo de um eletroímã CA. Aqui, um disco de alumínio (ou cobre) é colocado entre os polos de um eletroímã CA, que produz um fluxo alternado φ atrasado em relação a I por um pequeno ângulo. Como este fluxo liga-se com o disco, deve haver um emf E2 no disco, atrasado em relação ao fluxo φ por 90o. Como o disco é puramente resistivo, a corrente induzida no disco I2 estará em fase com E2. Como o ângulo entre φ e I2 é 90o, o torque líquido produzido nesse caso é zero. Como,

Para obter torque no relé do tipo disco de indução, é necessário produzir um campo rotativo.

Método de Ombreamento de Polo para Produzir Torque no Relé do Tipo Disco de Indução

Neste método, metade do polo é cercada por um anel de cobre, conforme mostrado. Seja φ1 o fluxo da parte não sombreada do polo. Na verdade, o fluxo total é dividido em duas partes iguais quando o polo é dividido em duas partes por um sulco.

Como uma parte do polo está sombreada por um anel de cobre, haverá corrente induzida no anel de sombreamento, que produzirá outro fluxo φ2‘ no polo sombreado. Assim, o fluxo resultante do polo sombreado será a soma vetorial de φ1 e φ2. Digamos que seja φ2, e o ângulo entre φ1 e φ2 é θ. Esses dois fluxos produzirão um torque resultante,

Existem principalmente três tipos de formas de disco rotativo disponíveis para o relé do tipo disco de indução. São elas: espiral, redonda e em forma de vaso, conforme mostrado. A forma espiral é feita para compensar a variação do torque de restrição da mola de controle, que se enrola à medida que o disco gira para fechar seus contatos. Para a maioria dos projetos, o disco pode girar até 280o. Além disso, o contato móvel no disco é posicionado de tal forma que encontra os contatos fixos na estrutura do relé quando a seção de maior raio do disco está sob o eletroímã. Isso é feito para garantir pressão de contato satisfatória no relé do tipo disco de indução.
Quando é necessária operação de alta velocidade, como na proteção diferencial, o deslocamento angular do disco é consideravelmente limitado e, portanto, podem ser usados tipos circulares ou até mesmo em forma de pás no relé do tipo disco de indução eletromagnético.
Às vezes, é necessário que a operação de um relé do tipo disco de indução seja feita após a operação bem-sucedida de outro relé. Por exemplo, relés de sobrecorrente intertravados são geralmente usados para proteção de geradores e barras. Nesse caso, a banda de sombreamento é substituí