Em um circuito de controle de fase triac, o triac é ativado apenas para partes específicas dos semiciclos CA, fazendo com que a carga opere apenas para esse período da forma de onda CA. Isso resulta em um fornecimento controlado de energia para a carga.
Triacs são popularmente usados como substitutos de estado sólido de relés para comutação de cargas CA de alta potência. No entanto, há outro recurso muito útil dos triacs que permite que eles sejam usados como controladores de potência, para controlar uma determinada carga em níveis de potência específicos desejados.
Isso é basicamente implementado através de alguns métodos: controle de fase e comutação de tensão zero.
A aplicação de controle de fase é normalmente adequada para cargas como dimmers de luz, motores elétricos, técnicas de regulação de tensão e corrente.
A comutação de tensão zero é mais apropriada para cargas incandescentes, como lâmpadas incandescentes, aquecedores, ferros de solda, gêiseres, etc. Embora estes também possam ser controlados através do método de controle de fase.
Como funciona o controle de fase Triac
Um Triac pode ser ativado em qualquer parte de um meio ciclo AC aplicado e continuará no modo de condução até que o meio ciclo AC atinja a linha de cruzamento zero.
Isso significa que, quando um triac é acionado no início de cada meio ciclo AC, o Triac essencialmente liga como um interruptor ON/OFF, ligado.
No entanto, suponha que se este sinal de disparo for usado em algum lugar no meio da forma de onda do ciclo AC, o Triac poderia conduzir simplesmente pelo período restante desse meio ciclo.
E como o Triac é ativado apenas pela metade do período, ele reduz proporcionalmente a energia fornecida à carga, em aproximadamente 50% (Fig. 1).
Assim, a quantidade de energia para a carga pode ser controlada em qualquer nível desejado, simplesmente variando o ponto de disparo do triac na forma de onda da fase CA. É assim que o controle de fase funciona usando um triac.
Aplicação de Dimmer de Luz
Um circuito dimmer de luz padrão é apresentado na Fig. 2 abaixo. No decorrer de cada meio ciclo AC, o capacitor de 0,1µf é carregado (através da resistência do potenciômetro de controle) até que um nível de tensão de 30-32 seja alcançado em suas pinagens.
Em torno deste nível o diodo de disparo (diac) é forçado a disparar fazendo com que a tensão passe pelo gatilho da porta do triac.
Uma lâmpada de néon também pode ser empregada no lugar de um diac para a mesma resposta. O tempo utilizado pelo capacitor de 0,1µf para carregar até o limiar de disparo do diac depende da configuração de resistência do potenciômetro de controle.
Agora suponha que se o potenciômetro for ajustado para uma resistência zero, fará com que o capacitor carregue instantaneamente até o nível de disparo do diac, o que, por sua vez, fará com que ele entre em condução por praticamente todo o meio ciclo AC.
Por outro lado, quando o potenciômetro é ajustado em seu valor máximo de resistência, pode fazer com que o capacitor carregue até o nível de disparo apenas até que o meio ciclo tenha quase atingido seu ponto final. Isso permitirá que o
Triac conduz apenas por um tempo muito curto, enquanto a forma de onda CA percorre o final do meio ciclo.
Embora o circuito dimmer demonstrado acima seja realmente fácil e de baixo custo de construir, inclui uma limitação significativa – ele não permite um controle suave da potência na carga de zero ao máximo.
À medida que giramos o potenciômetro, podemos encontrar a corrente de carga subindo abruptamente de zero para alguns níveis mais altos, de onde isso só poderia ser operado suavemente nos níveis mais altos ou mais baixos.
Caso a alimentação CA seja cortada brevemente e a iluminação da lâmpada fique abaixo desse nível de ‘salto’ (histerese), a lâmpada permanece desligada mesmo depois que a energia é finalmente restaurada.
Como reduzir a histerese
Este efeito de histerese pode ser substancialmente reduzido implementando o projeto como mostrado no circuito da Fig. 3 abaixo.
Este circuito funciona muito bem como um dimmer de luz doméstico. Todas as peças podem ser instaladas na parte traseira de uma placa de interruptor de parede e, caso a carga fique abaixo de 200 watts, o Triac pode funcionar sem depender de um dissipador de calor.
Praticamente 100% de ausência de histerese é necessária para dimmers de luz usados em apresentações orquestrais e teatros, para permitir um controle consistente da iluminação das lâmpadas. Este recurso pode ser realizado trabalhando com o circuito revelado na Fig. 4 abaixo.
Selecionando o poder Triac
As lâmpadas incandescentes puxam uma corrente incrivelmente grande durante o período em que o filamento atinge suas temperaturas de operação. Esta corrente de pico de ativação pode ultrapassar a corrente nominal do triac em cerca de 10 a 12 vezes.
Felizmente, as lâmpadas domésticas são capazes de atingir sua temperatura de operação em apenas alguns ciclos de CA, e esse breve período de alta corrente é facilmente absorvido pelo Triac sem problemas.
No entanto, a situação pode não ser a mesma para cenários de iluminação teatral, em que as lâmpadas de maior potência requerem muito mais tempo para atingir sua temperatura de trabalho. Para esse tipo de aplicação, o Triac deve ser classificado em um mínimo de 5 vezes a carga máxima típica.
Flutuação de Tensão em Circuitos de Controle de Fase Triac
Cada um dos circuitos de controle de fase triac exibidos até agora são todos dependentes da tensão – o que significa que sua tensão de saída varia em resposta às mudanças na tensão de alimentação de entrada. Esta dependência da tensão pode ser eliminada empregando um diodo zener que é capaz de estabilizar e manter constante a tensão através do capacitor de temporização (Fig. 4).
Essa configuração ajuda a manter uma saída praticamente constante, independentemente de quaisquer variações significativas na tensão de entrada CA da rede elétrica. É encontrado regularmente em aplicações fotográficas e outras onde um nível de luz altamente estável e fixo se torna essencial.
Controle de Lâmpada Fluorescente
Referindo-se a todos os circuitos de controle de fase explicados até agora, as lâmpadas incandescentes de filamento podem ser manipuladas sem quaisquer alterações adicionais no sistema de iluminação residencial existente.
O escurecimento de lâmpadas fluorescentes também pode ser possível através deste tipo de controle de fase triac. Quando a temperatura externa da lâmpada de halogênio cai abaixo de 2500 graus C, o ciclo de regeneração de halogênio torna-se inoperante.
Isso pode fazer com que o filamento de Tungstênio se deposite sobre a parede da lâmpada, diminuindo a vida útil do filamento e também restringindo a transmissão da iluminação através do vidro. Um ajuste que é frequentemente empregado junto com alguns dos circuitos revisados acima é demonstrado na Fig. 5
Esta configuração liga as lâmpadas à medida que a escuridão se instala e as desliga novamente ao amanhecer. É necessário que a fotocélula veja a luz ambiente, mas esteja protegida da lâmpada que está sendo controlada.
Controle de velocidade do motor
O controle de fase Triac também permite ajustar a velocidade dos motores elétricos. O tipo geral de motor enrolado em série poderia ser governado por circuitos muito semelhantes aos aplicados para o escurecimento da luz.
No entanto, para garantir uma comutação confiável, um capacitor e uma resistência em série precisam ser conectados em paralelo ao Triac (Fig. 6).
Através desta configuração a velocidade do motor pode variar em resposta a mudanças na carga e na tensão de alimentação,
No entanto, para aplicações que não são críticas (por exemplo, controle de velocidade do ventilador), nas quais a carga é fixa em qualquer velocidade, o circuito não exigirá nenhuma alteração.
A velocidade do motor que geralmente, quando pré-programada, é mantida constante mesmo com mudanças nas condições de carga, parece ser uma característica útil para ferramentas elétricas, agitadores de laboratório, tornos de relojoeiro, rodas de oleiro, etc. , um SCR é geralmente incluído em um arranjo de meia onda (Fig. 7).
O circuito opera muito bem dentro de uma faixa limitada de velocidade do motor, embora possa ser vulnerável a ‘soluços’ de baixa velocidade e a regra de trabalho de meia onda inibe a operação estabilizada muito acima da faixa de velocidade de 50%. Um circuito de controle de fase de detecção de carga em que um Triac fornece zero completo ao controle máximo é exibido na Fig. 8.
Controlando a velocidade do motor de indução
A velocidade dos motores de indução também pode ser controlada usando Triacs, embora você possa encontrar algumas dificuldades, principalmente se estiverem envolvidos motores de partida de fase dividida ou capacitor. Normalmente, os motores de indução podem ser controlados entre a plena e meia velocidade, uma vez que estes não estão 100% carregados.
A temperatura do motor pode ser usada como uma referência bastante confiável. A temperatura nunca deve ultrapassar as especificações do fabricante, em nenhuma velocidade.
Mais uma vez, o circuito dimmer de luz aprimorado indicado na Fig. 6 acima pode ser aplicado, no entanto, a carga deve ser conectada no local alternativo, conforme revelado nas linhas pontilhadas
Variando a tensão do transformador através do controle de fase
A configuração do circuito explicado acima também pode ser usada para regular a tensão dentro do enrolamento do lado primário de um transformador, adquirindo assim uma saída secundária de taxa variável.
Este projeto foi aplicado em vários controladores de lâmpadas de microscópio. Um zero-set variável foi fornecido pela troca do resistor de 47K por um potenciômetro de 100k.
Controlando Cargas de Aquecimento
Os vários circuitos de controle de fase Triac discutidos até agora podem ser aplicados para controlar aplicações de carga do tipo aquecedor, embora a temperatura da carga sendo controlada possa mudar com variações na tensão CA de entrada e na temperatura ambiente. Um circuito que compensa tais parâmetros variáveis é demonstrado na Fig. 10.
Hipoteticamente, este circuito poderia manter a temperatura estabilizada dentro de 1% do ponto predeterminado, independentemente das alterações de tensão da linha CA de +/-10%. O desempenho geral preciso pode ser determinado pela estrutura e design do sistema onde o controlador é aplicado.
Este circuito fornece um controle relativo, o que significa que a potência total é fornecida à carga de aquecimento quando a carga está começando a aquecer e, em algum ponto intermediário, a potência é reduzida através de uma medida proporcional à diferença entre a temperatura real de a carga e a temperatura de carga pretendida.
A faixa proporcional é variável através de um controle de ‘ganho’. O circuito é simples, mas eficaz, no entanto, inclui uma desvantagem significativa que limita seu uso a cargas basicamente mais leves. Este problema está relacionado à emissão de interferência de rádio pesada, devido ao corte de fase triac.
Interferência de radiofrequência em sistemas de controle de fase
Todos os dispositivos de controle de fase triac geram grandes quantidades de distúrbios de RF (interferência de radiofrequência ou RFI). Isso acontece fundamentalmente em frequências baixas e moderadas.
A emissão de radiofrequência é captada fortemente por todos os rádios de ondas médias próximos e até mesmo por equipamentos de áudio e amplificadores, gerando um som de campainha alto e irritante.
Este RFI também pode impactar equipamentos de laboratório de pesquisa, particularmente os medidores de pH, resultando em funcionamento imprevisível de computadores e outros dispositivos eletrônicos sensíveis semelhantes.
Uma solução viável para reduzir o RFI é adicionar um indutor de RF em série com a linha de energia (indicado como L1 nos circuitos). Um estrangulamento adequadamente dimensionado pode ser construído enrolando 40 a 50 voltas de fio de cobre superesmaltado sobre uma pequena haste de ferrite ou qualquer núcleo de ferrite.
Isso pode introduzir uma indutância de aprox. 100 uH suprimindo em grande medida as oscilações RFI. Para aumentar a supressão, pode ser essencial maximizar o número de voltas para o mais alto possível, ou indutâncias de até 5 H.
Desvantagem do RF Choke
A desvantagem deste tipo de circuito de controle de fase triac baseado em bobina de RF é que a potência da carga deve ser considerada de acordo com a espessura do fio de estrangulamento. Para que a carga esteja na faixa de quilowatts, o fio do estrangulador de RF deve ser grosso o suficiente, fazendo com que o tamanho da bobina aumente significativamente e seja volumoso.
O ruído de RF é proporcional à potência da carga, portanto, cargas mais altas podem causar maior emissão de RF, exigindo circuitos de supressão mais aprimorados.
Esse problema pode não ser tão grave para cargas indutivas como motores elétricos, pois nesses casos o próprio enrolamento de carga atenua o RFI. O controle Triac Phase também está envolvido com um problema adicional – que é o fator de potência da carga.
O fator de potência de carga pode ser impactado negativamente e é um problema que os reguladores da fonte de alimentação consideram muito seriamente.
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