Controle de potência de uso geral (ART405)

Controlar o brilho de lâmpadas, temperatura de aquecedores e ferros de soldar ou ainda pequenas estufas, velocidade de furadeiras elétricas pode ser uma necessidade de muitos dos leitores. Para este tipo de aplicação existem circuitos simples e eficientes, como o dimmer ou controle de potência que descrevemos neste artigo. Podendo controlar cargas de até 400W na rede de 110V e o dobro na rede de 220V ele mostrará toda sua utilidades com um investimento muito pequeno.

Dimmers são circuitos para controlar o brilho de lâmpadas, enquanto que os controles de potência servem para controlar a velocidade de um motor ou a temperatura de um elemento de aquecimento. Na verdade, os dois circuitos têm nomes diferentes apenas em função da aplicação, pois a configuração eletrônica é a mesma.

Normalmente são usados controles de potência com dispositivos de estado sólido como SCRs e TRIACs que podem ser obtidos facilmente, possuem grande eficiência e exigem poucos elementos para se obter a configuração desejada.

O que descrevemos neste artigo é um controle de potência que também pode ser usado como dimmer com um SCR bastante comum e barato que é o TIC106 para 4 ampères.

Com este circuito podemos usar um potenciômetro de baixa dissipação para controlar correntes elevadas numa carga numa faixa que vai de pouco mais de 3% a 99% da potência máxima tipicamente.

O controle é de onda completa, ou seja, os dois semiciclos da energia da rede são controlados daí a faixa ampla de potências obtida.

Ligado em série com abajur podemos controlar o brilho de uma lâmpada; em série com uma pequena estufa, podemos ajustar a temperatura facilmente e em série com ferramentas de motores universais tais como furadeiras, podemos controlar sua velocidade.

 

CARACTERÍSTICAS

  • Tensão de alimentação: 110/220 VCA
  • Corrente máxima: 4 ampères
  • Potência máxima: 400W na rede de 110V / 800W na rede de 220V
  • Faixa de controle: 3 a 99% (tip)

 

COMO FUNCIONA

O que temos é um SCR cujo ponto de disparo nos semiciclos da tensão alternada da rede de energia, varia conforme a potência que pretendemos aplicar na carga.

Assim, conforme mostra a figura 1, se dispararmos o SCR no início de cada semiciclo, todo este semiciclo será conduzido e o resultado será a aplicação de uma potência maior na carga.

 

Formas de ondas no circuito.
Formas de ondas no circuito.

 

Se o disparo for feito na metade do semiciclo, por exemplo teremos um ângulo de condução menor e portanto a potência aplicada à carga também será menor.

Ajustando então o ângulo de condução podemos variar linearmente a potência aplicada à carga.

O ângulo de disparo do SCR é determinado por uma rede RC de retardo, e que tem um potenciômetro de ajuste.

Assim, conforme o valor do resistor, o capacitor demora mais ou menos para atingir o ponto de ionização de uma lâmpada neon ligada à comporta do SCR.

Quando a constante RC é maior, o retardo no disparo é maior e assim a potência aplicada ao circuito de carga é mínima.

Uma ponte de 4 diodos faz com que tenhamos somente semiciclos positivos para o controle, pois o SCR é um dispositivo unilateral, ou seja, funciona como um diodo conduzindo a corrente num único sentido quando disparado.

 

MONTAGEM

Na figura 2 temos o diagrama completo do controle de potência.

 

Diagrama do controle de potência.
Diagrama do controle de potência.

 

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 3.

 

Placa de circuito impresso do controlador de potência.
Placa de circuito impresso do controlador de potência.

 

O SCR deve ser o TIC106B se a rede de energia for de 110V e deve ser o TIC106D se a rede de energia for de 220V. Em ambos os casos este componente deve ter um radiador de calor.

O resistor R1 deve ser de 1W pois tende a se aquecer durante o funcionamento do aparelho.

O capacitor C1 deve ser de poliéster metalizado com uma tensão mínima de trabalho de 100V. A lâmpada neon pode ser de qualquer tipo.

Para os diodos temos duas opções. Se a corrente da carga controlada for menor que 2 ampères, podem ser usados os 1N4004 na rede de 110V ou 1N4007 se a rede for de 220V. Cada diodo suporta uma corrente de 1A, mas como cada um conduz apenas metade dos semiciclos, nesta configuração podemos usá-los com cargas de até 2A.

Para correntes na faixa de 2 a 4 ampères, devem ser usados os 1N5404 para a rede de 110V ou 1N5407 para a rede de 220V.

O fusível de proteção pode ser de 5 a 8A dependendo da corrente da carga. Será interessante usar um fusível que tenha o dobro da corrente da carga com que normalmente for empregado o aparelho.

 

PROVA E USO

Para provar o aparelho, basta ligar em sua saída uma lâmpada comum de 5 a 100 W.

Atuando-se sobre o potenciômetro, a lâmpada deve variar seu brilho de zero até o máximo.

Se o zero não for conseguido, aumente o valor de C1, ligando capacitores de 10 nF a 100 nF em paralelo, até conseguir o efeito desejado.

Se a lâmpada não atingir o brilho máximo, então o valor de C1 deve ser reduzido.

Comprovado o funcionamento do aparelho é só usá-lo.

Os controles de potência deste tipo, pela comutação rápida dos SCRs geram uma pequena interferência que pode afetar televisores e rádios próximos. Se bem que esta interferência incomode, ela é inofensiva não causando qualquer tipo de perigo à integridade dos aparelhos interferidos.

Um filtro conforme mostrado na figura 4, pode ser agregado ao aparelho no sentido de eliminar ou reduzir este tipo de interferência.

 

Construção de um filtro contra interferências via rede.
Construção de um filtro contra interferências via rede.

 

Semicondutores:

D1 a D4 - 1N4004, 1N4007, 1N5404 ou 1N5407 - diodos de silício - ver texto

SCR - TIC106B (110V) ou TIC106D (220V) - diodo controlado de silício


Resistores:

R1 - 10 k ? x 1W

P1 - 100 k ? - potenciômetro

R2 - 10 k ? x 1/8W


Capacitores:

C1 - 100 nF - poliéster


Diversos:

NE-1 - lâmpada neon comum

X1 - Tomada comum

F1 - Fusível de 5 a 10 A

Placa de circuito impresso, suporte de fusível, caixa para montagem, cabo de força, parafusos, fios, porcas, radiador de calor para o SCR, botão para o potenciômetro, etc.

 

 

 

Opinião

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