Explicação dos tipos de microinterruptores e suas principais aplicações

Um interruptor de ação rápida é comumente conhecido como microinterruptor, que é um componente eletrônico muito importante em sistemas eletromecânicos modernos e em várias aplicações inteligentes. Embora pequenos, eles oferecem uma funcionalidade muito importante, pois atuam como detectores de interferência, preenchendo a lacuna entre o movimento mecânico e o controle eletrônico. Os microinterruptores são binários e podem comutar grandes cargas elétricas com pouca força operacional.

Esses dispositivos garantem a integridade operacional e podem ser encontrados em intertravamentos de segurança de equipamentos industriais pesados, interruptores de controle de máquinas e sensores de detecção de posição de equipamentos de automação. Por serem confiáveis e versáteis, eles se tornaram parte integrante de nossa vida diária, aparecendo em tudo, desde eletrodomésticos até maquinário pesado.

O que é um microinterruptor e como ele funciona?

Um microinterruptor tem um design exclusivo e um princípio de funcionamento distinto. Um microinterruptor tem uma rápida transição de contato devido ao seu mecanismo interno de ação rápida, geralmente utilizando uma mola de lâmina. O movimento rápido trava os contatos do microinterruptor em posições separadas, fazendo com que a eletricidade flua em apenas um lado. Menos movimento significa menos faíscas e economiza eletricidade e energia para um sinal distinto. Essa eficiência é o motivo pelo qual eles são um componente essencial para garantir longa vida útil em aplicações eletrônicas. Com montagem compacta e robusta integrada e mantendo distância e equilíbrio suficientes entre o movimento e o contato elétrico, é um excelente interruptor para alta fadiga mecânica e potência elétrica. Para uma análise técnica mais profunda dessa mecânica, consulte nosso guia completo: O que é um microinterruptor?

• O Atuador: Essa é a interface mecânica de força externa. Ela transfere o impacto para o mecanismo interno do microinterruptor, seja operacional ou de uma parte de uma máquina. Essa é a parte que foi projetada para receber a força externa e determinar a força necessária e a distância do movimento.
• O mecanismo de ação rápida: Essa peça geralmente é feita de uma mola de cobre-berílio. Esse design armazena muita energia potencial até atingir a ação de encaixe. Ele armazena o potencial para encaixar os contatos e posicioná-los nos contatos elétricos até que a energia potencial suficiente seja liberada. Essa ação de movimentação é exatamente o que evita a soldagem de contatos e a queima de componentes, mantendo o mecanismo externa e eletricamente fechado.
• Os contatos: Elas são as seções condutoras que abrem ou fecham o circuito elétrico. A carga determina o material. A liga de prata é usada em cargas de alta potência (CA) para arco elétrico, embora seja necessário ter cuidado em ambientes com gases inflamáveis. A lógica de baixa tensão (CC) requer revestimento de ouro para evitar a ocorrência de oxidação e manter a continuidade elétrica.
• Os Terminais: Esses são os pontos do lado de fora onde você pode conectar os fios, atuando efetivamente como um pino de entrada ou saída. Os exemplos típicos são o terminal comum (COM), o terminal normalmente aberto (NO) e o terminal normalmente fechado (NC), que dão ao tipo de chave a capacidade de operar em diferentes estados lógicos.

Para entender os diferentes tipos de microinterruptores, a primeira coisa que você pode fazer é dividir as soluções de comutação de acordo com suas características físicas e elétricas, que é o que a imagem a seguir representa:

Classificação por tipos de atuadores

O atuador é a variável que sofre o maior impacto das restrições físicas do aplicativo. Ele converte a energia cinética do sistema em energia mecânica necessária para acionar a mola interna. Isso ajuda a identificar os tipos corretos de microinterruptores para necessidades específicas.

Microchaves com pino de êmbolo

Os êmbolos de pino são o projeto mais básico na funcionalidade do microinterruptor. Eles têm um atuador curto que tem a forma de um botão e, portanto, exigem que a força de atuação seja aplicada em uma direção reta ao longo do eixo y do microinterruptor. Não há terminais de alavanca para criar uma vantagem mecânica para o switch, o que faz com que seja necessária uma força operacional alta, embora haja uma distância muito pequena no pré-curso.

Para projetos altamente precisos, essa configuração é a melhor opção disponível. Eles também são mais bem utilizados quando o movimento do objeto-alvo é muito limitado e em uma linha reta ortogonal ao botão que o interruptor contém. Em máquinas CNC, por exemplo, eles atuam como batentes consistentes ou um interruptor final para limites de eixo. Outro exemplo é o intertravamento de segurança em um forno de micro-ondas ou a verificação do fechamento de portas em um compartimento industrial.

Interruptores de alavanca de dobradiça e de alavanca de folha

Se o caso de uso do interruptor precisar de uma força operacional menor ou se a trajetória do objeto-alvo não for perfeitamente perpendicular à do interruptor, será utilizado um sistema de alavanca. Uma alavanca de metal rígida ou uma alavanca de folha é articulada em uma extremidade da tampa do interruptor de montagem em painel, o que significa que uma vantagem mecânica (chamada alavancagem) é criada, diminuindo assim a força necessária para acionar os êmbolos internos.

Esses tipos de microinterruptores são úteis em ambientes onde o torque é mínimo. Um exemplo disso são os dispositivos médicos ou as máquinas de venda automática, que também podem incluir aparelhos inteligentes que utilizam esses sensores. Nas máquinas de venda automática, é necessário que haja um sensor que não consiga bloquear o caminho do produto, mas que seja capaz de acionar o sensor quando um produto leve passar por ele. Outro exemplo são os mecanismos que permitem que as impressoras alimentem o papel. Um interruptor de alavanca de dobradiça capaz de detectar a presença de papel sem causar atolamento é ativado pela resistência de uma única folha de papel.

Microinterruptores de alavanca com rolete

Um microinterruptor com alavanca de rolete é projetado com um rolete na extremidade da alavanca, que é feito de aço inoxidável ou de um tipo de plástico resistente, proporcionando um curso maior. Esse design converte o atrito de deslizamento em atrito de rolamento e é puramente funcional.

Esse tipo de microinterruptor é o padrão para aplicações industriais dinâmicas em que o objeto-alvo se move lateralmente através do interruptor, como acionamentos de cilindros ou um item de correia transportadora. O uso de um êmbolo padrão nessas aplicações seria problemático, pois as forças de cisalhamento laterais poderiam causar a rápida destruição do mecanismo. As chaves de alavanca com roletes são comuns em equipamentos de automação, especialmente em embalagens, onde atuam como componentes diferentes para detectar a posição dos itens transportados.

Classificação por configuração de circuito

A configuração do circuito é o que determina como o interruptor controla o fluxo de eletricidade. Isso é fundamental para os circuitos de controle de vários dispositivos.

SPDT (polo único, duplo acionamento)

A configuração SPDT (Single Pole Double Throw) é, de longe, a especificação mais flexível e frequente. Ela tem 3 terminais, que são Comum ou COM, Normalmente Aberto ou NO e Normalmente Fechado ou NC. No estado de repouso, há uma continuidade de conexão entre COM e NF. Quando o circuito é acionado, há uma ação de encaixe que desconecta o NC e faz uma conexão com COM e NO.

Com essa configuração, um componente eletrônico tem a capacidade de executar duas funções ao mesmo tempo, ou seja, interromper um circuito e fazer outro. No exemplo de um sistema de controle de motor, quando o interruptor é pressionado, ele pode desconectar a energia de um motor de acionamento (NC) e, ao mesmo tempo, habilitar um indicador luminoso na cor verde que significa que o freio está acionado (NO).

SPST-NO e SPST-NC (polo único, acionamento único)

As chaves SPST (Single Pole Single Throw) são menos complicadas e apresentam diferentes terminações elétricas em comparação com as SPDT.

• SPST-NO (Normalmente Aberto): O circuito fica aberto e desligado até que o atuador seja pressionado. Essa é a configuração padrão para botões de início ou para sinalizar um acionador.
• SPST-NC (normalmente fechado): O circuito permanece completo (ligado) até que o atuador seja pressionado. Essa configuração desempenha um papel fundamental nos dispositivos de segurança. Com botões de parada de emergência ou aplicações de chave de limite, o circuito deve estar fechado para que uma operação seja funcional. Se o fio for cortado ou o interruptor abrir devido a uma falha, o circuito se abrirá e a máquina será interrompida. Esse é um requisito mínimo padrão do setor para a segurança na automação.

Classificação por nível de proteção (classificação IP)

No mundo industrial, a falha de componentes raramente é causada apenas por fadiga elétrica e, em geral, deve-se a ambientes adversos. O sistema de classificação de proteção contra ingresso (IP) fornece uma medida dessa resistência.

Chaves padrão / à prova de poeira (IP40)

Os microinterruptores padrão, bastante comuns, com uma classificação em torno de IP40, são feitos para ambientes “limpos”. Eles são capazes de proteger contra a entrada de objetos sólidos maiores que 1 mm (como fios ou dedos) e não oferecem nenhuma proteção contra líquidos ou poeira fina em um ambiente vedado. O microinterruptor apresenta um pino comum projetado para agilizar sua operação.

Eles são mais do que economicamente eficientes para produtos eletrônicos de consumo fechados, periféricos de escritório ou eletrodomésticos, onde o switch é colocado em um gabinete com uma proteção. Entretanto, o uso de um switch IP40 em um ambiente de chão de fábrica leva a falhas rápidas, pois a poeira condutora pode entrar no mecanismo e causar curtos-circuitos, ou a poeira isolante pode cobrir os contatos e impedir a condução.

Interruptores selados / à prova d'água (IP67)

Para a automação industrial, as chaves IP67 são o padrão necessário. Esses componentes passam por um revestimento de epóxi ao redor dos terminais, juntas de borracha que unem o invólucro e diafragmas internos que protegem o êmbolo.

A classificação IP67 significa que o switch é à prova de poeira e pode suportar a imersão temporária em água. Isso é fundamental para várias aplicações, como centros de usinagem CNC, em que o interruptor está sujeito a respingos de líquido de arrefecimento, fábricas de processamento de alimentos que passam por lavagens de alta pressão e equipamentos externos, como estações de carregamento de veículos elétricos e sistemas de sinalização ferroviária. Esses interruptores são fabricados por empresas como a OMCH e têm alta resistência de isolamento (≥100MΩ) mesmo em condições úmidas.

Como selecionar: Grau industrial vs. grau para eletrodomésticos

A distinção entre um interruptor de “grau de aparelho” e um interruptor de “grau industrial” é substancial, envolvendo diferenças de materiais, tolerâncias e resistência certificada. A aplicação incorreta de um interruptor de aparelho em um ambiente industrial resulta em falha prematura e tempo de inatividade dispendioso.

A tabela a seguir resume os principais critérios de seleção:

1. Vida útil e durabilidade do ciclo

A consideração econômica mais importante é o ”custo por ciclo”. Por exemplo, a série TZ-8168 de chaves fim de curso industriais foi projetada para uma vida útil mecânica de mais de 10.000.000 de operações. Na automação de alta frequência, como em uma máquina de embalagem que executa 30 ciclos por minuto, uma chave padrão classificada para 50.000 ciclos “queima” em menos de 30 horas de funcionamento. Os interruptores de nível industrial são projetados e construídos como os novos padrões do setor, usando uma liga superior para os componentes da mola e um invólucro mais durável para suportar altos ciclos e eliminar a fadiga.

2. Proteção ambiental (vedação)

O uso externo, a névoa de óleo e a poeira (poeira fina de madeira e têxtil) exigem um interruptor vedado. Os comutadores industriais usam uma variedade de tecnologias de seleção de vedação para evitar o efeito de “respiração”, em que o ciclo de temperatura de um comutador faz com que ele inale ar úmido. Essas falhas podem levar à falha do isolamento ou à corrosão dos componentes internos.

3. Contato Manuseio de materiais e cargas

A metalurgia do contato é determinada pela carga elétrica. Para circuitos de potência (por exemplo, controles de motor direto até 5A), os contatos de liga de prata são necessários para suportar o calor de um arco. Por outro lado, em circuitos de nível lógico (PLC -> 24VDC/5mA), esses contatos não são recomendados, pois a descarga do arco formará óxidos. Nesses casos de baixa tensão, o padrão do setor é usar contatos banhados a ouro ou contatos de barra transversal bifurcada que atendam às especificações de integridade do sinal.

4. Precisão e repetibilidade

Na automação, o interruptor é o elemento sensor. A repetibilidade é uma das métricas - quão consistente é o ponto de comutação ao longo do tempo. Quando se trata de um interruptor industrial, esse diferencial de tempo no movimento é chamado de Tolerância de movimento diferencial e deve ser mais rigoroso. Se um interruptor tiver a função de sinalizar a parada de um braço robótico, uma variação de 0,5 mm (ou mais) no ponto de comutação resultaria em tempo para uma colisão mecânica não planejada. Os projetos de interruptores industriais são realizados com a garantia de que, durante a vida útil do componente, a força operacional (OF) e a força de liberação (RF) permanecerão dentro da mesma faixa.

Conclusão

A seleção de microinterruptores sempre se resume a pesar os custos do componente eletrônico em relação ao risco potencial de falha do produto final no campo. Embora os sistemas de ação rápida tenham se tornado a norma, as idiossincrasias do tipo de atuador, do circuito, da lógica e das vedações do gabinete dão origem a uma matriz de seleção complexa. Para fins comerciais, logo deixa de ser uma opção ignorar as especificações que regem as influências mecânicas e ambientais, principalmente aquelas que destacam as maiores especificações de sobrecurso das chaves. A seleção de componentes de nível industrial com o alto ciclo de vida dos interruptores é uma maneira fundamental de reduzir o risco de uma falha completa do sistema.

Desde 1986, OMCH se transformou em um fornecedor líder de componentes eletrônicos soluções no setor de automação industrial, priorizando a estabilidade e a certificação em relação à simples produção de commodities. Oferecemos um portfólio abrangente que vai de êmbolos de pino a alavancas de rolo de dobradiça, permitindo o fornecimento em um único local para diversas necessidades de engenharia. Projetados para ambientes adversos, nossos interruptores oferecem longevidade elétrica consistente com índices de proteção IP65/IP67 robustos. Todas as unidades possuem certificações CE, CCC e RoHS e estão em total conformidade com os padrões IEC, garantindo confiabilidade inabalável para aplicações globais.

Se você precisar de folhas de dados detalhadas, parâmetros de carga específicos ou orientação sobre a integração de diferentes tipos de microinterruptores em seu equipamento de automação, convidamos você a consultar a Catálogo OMCH ou entre em contato com nossa equipe de suporte de engenharia para uma consulta precisa.