Dimmers e controles de potência (ART071)

Com a disponibilidade de dispositivos semicondutores da família dos tiristores capazes de controlar potências elevadas, existe hoje no mercado uma grande quantidade de controles de potência. Usados para controlar o brilho de lâmpadas, velocidade de motores e a potência de chuveiros, esses dispositivos são simples de entender, montar e instalar. Veja neste artigo como eles funcionam e como ganhar dinheiro com sua instalação ou venda.

 


Indicação de leitura: Controle de potência com TRIAC (ART149)


 

 

Dimmers (controles de brilho) e Controles de potência nada mais são do que circuitos que, intercalados com cargas na rede de energia elétrica, permitem controlar a sua potência, conforme mostra a figura 1.





Figura 1 – Dimmer controlando uma lâmpada incandescente comum.


Ligados em série com lâmpadas incandescentes, eles permitem controlar seu brilho. Ligados em série com aparelhos que usam motores universais, eles possibilitam o controle da velocidade e em série com elementos de aquecimento (como chuveiros e torneiras elétricas) a sua temperatura. Infelizmente, esses controles só podem ser usados com cargas resistivas (elementos de aquecimento e lâmpadas) ou formadas por um único enrolamento indutivo (motores universais e transformadores). Nunca devemos usar esses controles com lâmpadas eletrônicas, fluorescentes ou equipamentos eletrônicos em geral, pois eles podem causar a sua queima.



Na prática

Diversos tipos de Dimmers ou Controles de potência podem ser adquiridos nas casas especializadas ou ainda já vêm embutidos em alguns aplicativos. Assim podemos encontrá-los embutidos em lugares de interruptores comuns para controlar a intensidade luminosa de lâmpadas incandescentes comuns, como o tipo mostrado na figura 2.





Figura 2 – Faixa de controle de brilho para um dimmer ligado a uma lâmpada incandescente comum.

Eles também podem ser usados para controlar a velocidade de ventiladores de teto ou ainda elementos de aquecimento.

As especificações
Antes de comprar ou instalar um dimmer ou controle de potência, o leitor deve estar atento às suas especificações. Uma carga que exija uma corrente maior do que ele pode controlar, causará sua queima.
Os tipos encontrados nas casas especializadas usam triacs que podem controlar correntes de 8 a 32 A, conforme a aplicação. Os de menor potência são indicados para lâmpadas e elementos de aquecimento até 800 W na rede de 110 V e o dobro na rede de 220 V. Os de maior potência são vendidos como controles de temperatura para chuveiro, podendo chegar a 6 000 watts em alguns casos, dependendo apenas do triac usado. Assim, além da tensão da rede de energia em que ele deve ser ligado, o leitor deve estar atento à corrente que a carga controlada exige. Na prática, pode-se usar uma fórmula simples para calcular a corrente quando apenas a potência é dada.

I = P/V

Onde: I é a corrente em ampères
P é a potência em watts
V é a tensão da rede

Por exemplo, um chuveiro de 4400 W na rede de 220 V exige uma corrente de:

I = 4400/220 = 20 ampères

Veja que em muitas aplicações de altas correntes, o uso do dimmer exige conexões robustas feitas com conectores de parafusos e fios grossos, conforme mostra a figura 3.





Figura 3 – Ligação de um dimmer a uma carga de alta potência.



O Circuito
A maioria dos dimmers comuns encontrados no comércio utiliza um circuito do tipo mostrado na figura 4.





Figura 4 – Circuito de um dimmer comercial utilizando triac.


Nesse circuito temos um TRIAC como elemento principal capaz de conduzir a corrente principal da carga. O controle da potência é feito, variando-se o ponto de disparo do triac em cada semiciclo da alimentação de corrente alternada, conforme mostra a figura 5.





Figura 5 – Modo de operação com os pontos de disparo do triac nos semiciclos da corrente alternada.


Com uma constante de tempo baixa (potenciômetro de controle na menor resistência) o triac dispara no início do semiciclo e a potência aplicada à carga é maior. Com uma constante de tempo alta (maior resistência do potenciômetro), o disparo ocorre no final do semiciclo e apenas uma pequena parte da potência disponível é aplicada à carga.

Entre os dois extremos o potenciômetro pode ser ajustado para aplicar à carga qualquer potência entre 0 e aproximadamente 95% da potência máxima. Observamos neste circuito a presença de um diac que é o elemento de disparo do Triac.

Os triacs são montados em radiadores de calor, pois a queda de tensão da ordem de 2 V quando conduzem fazem com dissipem uma boa quantidade de calor, conforme mostra a figura 6.




Figura 6 – A queda de tensão típica num Triac é de 2 V.


A condução de uma corrente de 8 A, por exemplo, faz com que um Triac dissipe uma potência de :

P = 8 x 2 = 16 W

Um ponto importante que deve ser considerado ao se utilizar um dimmer ou controle de potência é que a comutação rápida do Triac gera EMI (Interferência eletromagnética). Aparelhos próximos como rádios, televisores que usam antenas para a faixa de VHF e outros equipamentos receptores que operam entre 100 kHz e 100 MHz podem sofrer interferências. Nos rádios essa interferência aparece na forma de ruídos no som, e nos televisores como linhas na imagem (chuviscos) e alterações no som. Na figura 7 mostramos um filtro que ajuda a eliminar a EMI, se ela for do tipo que se propaga através da rede de energia.





Figura 7 – Filtro para evitar a EMI produzida por um Dimmer.


Se a interferência se propagar através do espaço, a caixa em que está o dimmer deve ser metálica e deve ser aterrada.


Cuidados ao Usar
Os dimmers podem substituir os interruptores mas só podem controlar lâmpadas incandescentes (alguns controlam lâmpadas halógenas também). Ao usá-los tenha em mente os seguintes fatos:

Esteja certo de que ele pode controlar a carga. Lâmpadas fluorescentes não podem ser controladas com este tipo de aparelho nem equipamentos eletrônicos tais como televisores, VCRs, etc.

Se o dimmer não controlar a carga do modo esperado inverta seus fios de ligação.

Use filtros se o dimmer causar interferências em equipamentos próximos (rádios , televisores, etc).

Se o dispositivo ficar exposto, isole-as as partes em que as pessoas possam tocar acidentalmente. Lembre-se de que ele está ligado diretamente à rede de energia elétrica podendo causar choques perigosos.


Dimmers de Toque
Outro tipo de dimmer que está se tornando popular é o dimmer de toque. Nele existe uma chapinha de metal que deve ser tocada com os dedos para se dosar a quantidade de luz que vai ser produzida pela lâmpada. O tempo de permanência dos dedos no sensor determina o ponto da intensidade do sinal obtida na carga. Esse tipo de dimmer utiliza circuitos integrados especialmente projetados para esta aplicação, mas também pode ser elaborado a partir de microprocessadores comuns.



Projeto Prático
Na figura 8 damos um dimmer básico que pode ser elaborado com base num triac comum de 8 A, o TIC226. Usaremos o tipo com sufixo B para a rede de 110 V e com sufixo D para a rede de 220 V.



Figura 8 – Circuito prático para um excelente dimmer de 8 A – o Triac deve ser dotado de dissipador de calor.


A placa de circuito impresso para a montagem desse dimmer é mostrada na figura 9.



Figura 9 – Placa de circuito impresso para a montagem do dimmer.


Observe o uso de trilhas largas para a corrente principal, pois ela pode ser de vários ampères conforme a carga controlada. O triac deve ser montado num bom radiador de calor. Como o circuito não é isolado da rede de energia todo o cuidado deve ser tomado com a proteção de suas partes expostas. O capacitor C1 determina a constante de tempo de disparo. Como esse componente tem uma tolerância relativamente grande, pode ocorrer a necessidade de se alterar seu valor. Seu valor deve ser aumentado se, na posição de menor potência, a carga ainda receber alguma alimentação. O componente deve ter seu valor diminuído se na posição de máximo, a carga não receber a máxima potência. Para aumentar o valor do capacitor vá ligando em paralelo com C1 capacitores de 10 nF, 22 nF e 47 nF até obter o desempenho desejado.


 

Lista de Material

TRIAC – TIC226B ou D – conforme a rede de alimentação
DIAC – Qualquer diac comum
P1 – 100 k ohms – potenciômetro linear
R1 – 10 k ohms x ½ W – resistor – marrom, preto, laranja
R2 – 330 ohms x 1/8 W – resistor – laranja, laranja, marrom
C1 – 100 nF (150 nF) – capacitor de poliéster para 100 V ou mais
C2 – 47 nF – capacitor de poliéster
F1 – Fusível de 10 A

Diversos:
Cabo de força, radiador de calor para o triac, botão plástico para o potenciômetro, caixa para montagem, fios, solda, etc.

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