Controle Universal de Potência (ART2244)

Utilizando um transformador de pulsos e um transistor unijunção este circuito proporciona excelente característica de controle para um triac de até 16 ampères neste controle de potência de onda completa. Podemos usá-lo como dimmer para lâmpadas incandescentes de alta potência, para controle de velocidade de motores universais, como controle de temperatura para aquecedores e em muitas outras aplicações.

Obs. Diversas variações deste projeto são encontradas no site. Esta é de 1990.

Controles de potência com triacs podem utilizar diversas técnicas para a produção dos pulsos de disparo, diferenciando cada uma pelos elementos utilizados e pela sua eficiência.

A utilização de um oscilador com transistor unijunção que dispara com a produção de um pulso agudo e, além disso, um transformador de pulso que garante a transferência rápida deste pulso para o tiristor é uma das técnicas que proporciona os melhores resultados práticos.

Neste artigo descrevemos um controle de potência que admite o uso de triacs de até 16 ampères na rede de 110 ou 220 V (eventualmente mais, se assim o leitor desejar) e que pode ser usado em diversas aplicações práticas tais como:

- Dimmers para sistemas de iluminação de alta potência (teatros, salões de festas, restaurantes, etc.).

- Controle de velocidade para motores universais (furadeiras, serras, etc.).

- Controle de temperatura para aquecedores (estufas, câmaras de secagem, cubas de banhos químicos, etc.).

- “Variacs” para carregadores de baterias, máquinas pequenas de solda e outros dispositivos semelhantes.

O circuito é muito simples e não oferece dificuldade alguma para sua montagem

 

COMO FUNCIONA

A ideia básica deste controle de potência, como de qualquer outro usado na rede de corrente alternada, é fazer o disparo do triac em pontos controlados do semiciclo da corrente alternada.

Se dispararmos no início do semiciclo, teremos a passagem quase completa do mesmo com aplicação de grande potência à carga, e se aplicarmos no final teremos a passagem apenas de pequena parcela deste semiciclo com aplicação de pequena potência.

Ajustando a constante de tempo RC de um circuito de retardo no disparo, podemos obter a dosagem exata da potência aplicada à carga, conforme o ângulo de disparo do triac, como sugere a figura 1.

 

   Figura 1 – Disparo em diversos pontos do semiciclo
Figura 1 – Disparo em diversos pontos do semiciclo

 

Um problema comum neste tipo de controle é que nem sempre se conseguem ângulos extremos de condução, o que significa que, dependendo do tipo de circuito empregado, o funcionamento se torna errático nos limites inferior e superior da condução.

Controles que operam satisfatoriamente nas faixas de 5 a 90% da faixa são comuns.

A utilização de um circuito de disparo com transistor unijunção e transformador de pulso permite a obtenção de um comportamento satisfatório em toda a faixa, como sugere a característica de transferência dada na figura 2.

 

Figura 2 – A faixa de controle
Figura 2 – A faixa de controle

 

Temos então o seguinte funcionamento de todo o conjunto:

O potenciômetro P1, o resistor R3 e o capacitor C1 formam o circuito de tempo que determina o retardo no semiciclo em que ocorre o disparo do triac.

C1 carrega-se então em velocidade que depende do ajuste de P1 até o ponto em que obtemos a tensão de disparo do transistor unijunção

A ponte de diodos garante que tenhamos ciclos de carga tanto nos semiciclos positivos como negativos pois precisamos dos dois para um controle de onda completa.

Na posição de mínima resistência de P1, a carga de C1 é rápida e o disparo do transistor de unijunção ocorre no início do semiciclo com sua passagem quase completa.

Temos então a potência máxima na carga Na posição de máxima resistência temos o disparo no final do semiciclo com a passagem de nenhuma ou de mínima potência para a carga

Veja que C1 é um elemento importante deste circuito para se obter a faixa completa de controle.

Em função da tolerância dos capacitores disponíveis pode ser necessária uma experimentação para obter o controle na faixa ideal.

Sugerimos, em caso de necessidade, experimentar valores na faixa de 82 nF até 150 nF para C1.

Eventualmente podemos estreitar a faixa de controle com a alteração do valor de R3.

Os pulsos agudos obtidos no transistor de unijunção são aplicados ao triac via um transformador de pulsos com relação entre bobinas de 1 para 1.

Este transformador garante uma subida muito rápida para a tensão de comporta do triac, o que leva a um disparo eficiente no tempo exato.

Na figura 3 temos as formas de onda obtidas no circuito do transistor unijunção para os pontos de disparo.

 

Figura 3 – Faixas em função do ponto de disparo
Figura 3 – Faixas em função do ponto de disparo

 

O triac é o elemento final do circuito de controle, devendo ser montado em dissipador de calor compatível com a potência a ser controlada.

Num triac temos uma queda de tensão da ordem de 2 V à plena condução o que, para uma carga máxima de 16 ampères; significa uma potência gerada de 32 W, que precisa ser dissipada.

Este valor dá ao leitor uma idéia das dimensões do radiador de calor a ser utilizado neste setor.

Para a alimentação do setor de baixa tensão do circuito e o transistor unijunção temos um redutor formado por um resistor cujo valor depende da tensão da rede (R2), e uma ponte de diodos.

Com o circuito indicado a tensão no transistor de unijunção estará entre 9 e 12 V, mas existe a possibilidade de se trabalhar com uma tensão um pouco maior.

Para isso, reduzimos R2 à metade do valor indicado e colocamos R2 10 k x 2 W (22 k x15 W) em paralelo com R4 um diodo zener de 15 a 18 V com 1 W de dissipação (R4 deve ser aumentado para 22 k).

Este procedimento torna o circuito mais estável em relação às variações da tensão da rede.

 

MONTAGEM

O diagrama completo do controle de potência é mostrado na figura 4.

 

   Figura 4 – Diagrama completo do controle
Figura 4 – Diagrama completo do controle

 

A montagem em placa de circuito impresso é mostrada na figura 5.

 

   Figura 5 – Placa para a montagem
Figura 5 – Placa para a montagem

 

Veja que o circuito de potência deve ser mantido fora da placa com a utilização de fios compatíveis com a intensidade da corrente controlada.

Para um triac de 16 A sugerimos a utilização do fio 14 AWG.

A ligação da carga deve ser feita a partir de tomada apropriada ou então terminais com parafusos.

O transformador usado é de 1:1 para o disparo de triacs e o triac pode ser um dos seguintes tipos, de acordo com a intensidade de corrente máxima a ser controlada:

 

4 Ampères 110 V - TIC 206 B

220 V - TIC 206 D

6 Ampères 110 V - TIC 216 B

220 V - TIC 216 D

8 Ampères 110 V - TIC 226 B

220 V - TIC 226 D

12 Ampères 110 V - TIC 236 B

220 V - TIC 236 D

16 Ampères 110 V - TIC 246 B

220 V - TIC 246 D

 

O potenciômetro P1 deve ser linear e os resistores podem ser de 1/4 ou 1/2W, com exceção de R2 que deve ser de fio e ter a dissipação de acordo com a tensão da rede.

O capacitor C1 é de poliéster com tensão de trabalho a partir de 25 V e os diodos da ponte podem ser os 1N4004, 1N4007 ou BY127.

Na figura 6 temos o diagrama de um filtro que pode ser acoplado ao controle para se evitar a propagação de interferência via rede.

 

   Figura 6 – Filtro contra interferências
Figura 6 – Filtro contra interferências

 

As bobinas são formadas por 20 a 50 espiras de fio 16AWG sobre um bastão de ferrite de aproximadamente 1 cm de diâmetro.

Os capacitores devem ser de poliéster com tensão de trabalho de pelo menos 400 V (se a rede for de 110 V) e pelo menos 600 V (se for de 220 V).

O filtro deve ser fechado em caixa metálica cuja carcaça deve ser preferivelmente bem aterrada para evitar interferência por irradiação.

Para um controle remoto, o potenciômetro pode ficar longe do circuito, com um cabo de ligação paralelo de até 15 metros de comprimento

 

PROVA E USO

Para provar a unidade podemos ligar na saída uma lâmpada incandescente de 15 a 100 W comum, com tensão de acordo com a rede local.

Verifique a atuação do potenciômetro, e se não obtiver a potência máxima, reduza C1 e, se não obtiver um mínimo igual a zero, aumente o valor deste componente.

Caso não ocorra a operação do aparelho verifique a presença dos pulsos no transformador T1 com um osciloscópio.

Veja também se as ligações dos enrolamentos do transformador não estão invertidas, pois a aplicação de pulsos negativos pode dificultar o disparo do triac.

Comprovado o funcionamento, é só fazer a insta!ação definitiva respeitando os limites de potência.

Lembramos que neste circuito o consumo de potência é praticamente determinado pela corrente na carga, já que o controle em si não tem consumo apreciável de energia.

 

Q1 - 2N2646 - transistor unijunção

Triac - ver texto

D1 a D4 - 1N4004 ou equivalentes diodos retificadores de silício

P1 – 100 k ohms - potenciômetro linear

T1 - TP 1:1 - transformador de pulsos

R1 – 470 ohms - resistor (amarelo, violeta, marrom)

R2 – 10 k ohms x 2 W (110 V) ou 22 k ohms x 5W (220 V) - resistor de fio

R3 – 10 k ohms - resistor (marrom, preto, 1aranja)

R4 – 47 k ohms - resistor (amarelo, violeta, vermelho)

C1 – 100 nF - capacitor de poliéster

Diversos: placa de circuito impresso tomada ou bornes para a carga, radiador de calor para o triac, botão para o potenciômetro, caixa para montagem, material para o filtro (opcional), fios, solda etc.

 


Opinião

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