Neste post, aprendemos os métodos fundamentais de acionamento de um triac e também discutimos a maneira correta de conectar os terminais de um triac.
Triacs são tiristores bidirecionais de estado sólido que podem alternar entre os meios ciclos CA em um sistema de energia CA de 120 volts ou 240 volts. Um triac pode ser ativado (ligado e travado) com a linha CA de forma síncrona ou assíncrona. No entanto, se a corrente do terminal do portão do triac cair um pouco abaixo de seu limite de retenção mais baixo, ele será desligado instantaneamente na conclusão de cada meio ciclo CA (180 graus elétricos).
Comutação Síncrona x Assíncrona
Em uma comutação assíncrona, o triac é acionado aleatoriamente em qualquer ponto do ciclo de fase. Devido a isso, a comutação assíncrona de triacs pode produzir interferência de radiofrequência (RFI) substancial, especialmente no primeiro ciclo de comutação.
Em uma comutação triac síncrona, os períodos de comutação chegam consistentemente no mesmo momento para cada meio ciclo CA (normalmente logo após o período de cruzamento zero) e, portanto, produzem RFI insignificante.
Todos os circuitos apresentados neste artigo utilizam comutação de potência assíncrona. As Figuras 1–8 descrevem vários circuitos de comutação de alimentação triac assíncronos para comutação elementar de linha CA ON/OFF.
Como conectar um Triac
Um triac tem 3 terminais, que são MT1, MT2 e o Gate. O MT significa terminal principal. Portanto, os terminais principais MT1 e MT2 são usados para comutação de cargas operadas pela rede CA pesada, através da alimentação da rede elétrica de 220V ou 120V CA. Essa comutação acontece em resposta a uma pequena tensão CC aplicada ao terminal da porta do triac.
Os novos amadores muitas vezes ficam confusos e perguntam como os terminais MT1 e MT2 devem ser configurados com a carga CA e através de uma CC no portão?
Lembre-se, o método correto para conectar os terminais triac MT1 e MT2 é garantir que a carga CA esteja sempre conectada em série com o terminal MT2 e o MT1 esteja conectado diretamente com a outra linha CA da rede elétrica.
Além disso, é extremamente importante observar que a linha CA associada ao terminal MT1 também deve estar ligada ao negativo ou à linha de terra da alimentação CC, que está sendo usada para acionar o portão triac. Deixar de fazer isso não permitirá que o triac responda aos sinais da porta.
Comutação Triac
Um interruptor básico de alimentação CA usando um triac é mostrado na Figura 1. Este circuito triac pode ser usado para controlar o fluxo de alimentação CA para lâmpadas, aquecedores, motores e uma variedade de outros aparelhos e dispositivos. No entanto, o triac para este circuito deve ter a capacidade de manipulação de energia apropriada para alternar de forma confiável a energia CA para a aplicação específica.
Todos os componentes nos esquemas deste artigo foram escolhidos para alternar apenas 120 volts, 50/60 Hz AC. Durante o tempo em que a chave S1 está aberta, o triac é desligado e funciona como uma chave aberta. No entanto, quando a chave S1 está fechada, ela opera como uma chave fechada que é alimentada pela rede elétrica CA através da carga e R1 logo no início de cada meio ciclo CA.
Quando o triac é ligado, sua tensão no terminal principal diminui para apenas algumas centenas de milivolts, portanto, R1 e S1 consomem uma corrente relativamente insignificante. Por favor, lembre-se de que assim que S1 é inicialmente fechado, o limite de ativação do triac não é sincronizado com a linha CA, mas é sincronizado com os sucessivos semiciclos CA.
A rede de amortecimento formada pelo resistor R1 e capacitor C1 reduz os picos de tensão que se desenvolvem sempre que cargas indutivas são comutadas e quando a corrente e a tensão estão fora de fase. A maioria dos circuitos triac discutidos neste artigo incorpora conexões snubber. O triac funciona como um interruptor de alimentação que pode ser acionado por alimentação CC derivada da alimentação CA, conforme mostrado na Figura 2 abaixo.
Cada meio ciclo de linha positiva carrega o capacitor C1 a +10 volts via resistor R1 e diodo Zener D1. Quando S1 é ligado, a carga de C1 inicia o triac. Aqui, o resistor R1 sempre fica exposto a aproximadamente toda a tensão da linha CA.
Como resultado, exige uma potência significativa (5 watts no nosso caso). Devido ao fato de que todas as partes deste circuito estão “ativas”, ele pode criar um risco de choque elétrico fatal. Além disso, uma vez que não possui um isolador ou mecanismo complementar, este circuito é impossível de integrar com circuitos de controle externos.
Controle Triac Isolado usando Opto-acopladores
A próxima Figura 3 abaixo demonstra como modificar o circuito da Figura 2 para facilitar a conexão com circuitos de controle externos. O transistor de junção bipolar Q1 é usado em vez do interruptor S1 e é operado pelo estágio de saída de um optoacoplador (ou optoisolador) IC1.
Um diodo emissor de luz infravermelha (IRED) é opticamente ligado a um fototransistor neste sistema. Qualquer um dos optoisoladores de saída de transistor disponíveis comercialmente pode ser implementado nesta aplicação.
Os acopladores ópticos como TIL111, TIL 112, 4N27 e 4N28 estão entre os vários. Usando o resistor R1, uma fonte DC de 5 volts ou maior pode ser usada para alimentar o optoacoplador. Somente após a chave S1 conectar a alimentação do circuito de entrada a uma fonte de alimentação de 5 volts ou maior, o triac é ligado.
Os valores de isolamento típicos (Viso) para optoacopladores são de 5.000 volts CA, com alguns com classificações de até 7.500 volts CA. Isso implica que o circuito de entrada CC está completamente isolado do circuito lateral de saída triac alimentado pela linha CA.
Ao substituir S1 por um detector eletrônico apropriado, este circuito de comutação triac fundamental pode ser modificado para fornecer qualquer tipo desejado de comutação triac “remoto” automatizada.
A Figura 4 abaixo mostra uma modificação do circuito visto na Figura 3.
Usando o capacitor C1 e o resistor em série R1, juntamente com os diodos Zener back-to-back D5 e D6, o triac é acionado CA em cada meio ciclo de linha neste projeto. A quantidade da corrente da porta triac é determinada pela impedância da linha CA de C1, enquanto a dissipação de energia do capacitor C1 é quase zero.
A conexão em série dos diodos Zener D5, D6 e R3, que é carregada pelo transistor Q1, é acoplada através da ponte retificadora construída usando os diodos D1, D2, D3 e D4. A ponte está essencialmente aberta enquanto o transistor Q1 está desligado e o triac TR1 liga após o início de cada meio ciclo AC.
Assim que o transistor Q1 é ligado, uma condição de quase um curto-circuito é desenvolvida em D5, D6 e R3, que desliga a corrente da porta Triac, eventualmente desligando o triac TR1. O optoacoplador do estágio de entrada externo isolado aciona o transistor Q1, portanto, o triac está normalmente ligado, mas desliga assim que a chave S1 é fechada.
Usando DC para acionar um Triac
As Figuras 5 e 6 mostradas abaixo ilustram como usar uma fonte de alimentação CC de uma fonte de alimentação de transformador e uma chave transistorizada para ativar uma chave de alimentação CA triac. Quando S1 é fechado, tanto o transistor quanto o triac são ligados e, assim que S1 é aberto, ambos os dispositivos são desligados. Na Figura 5, a chave S1 pode ser substituída por um dispositivo sensor que pode detectar e responder a mudanças físicas.
O transistor Q1 pode ser um transistor BC557, não mostrado no diagrama.
Por exemplo, se a temperatura ambiente cair abaixo de um nível predeterminado, um termistor pode ser incorporado para ativar o circuito triac. Da mesma forma, a célula fotocondutora pode ser instalada para detectar níveis de luz, um sensor de pressão pode detectar mudanças na pressão do ar ou do líquido e um medidor de vazão pode reagir a variações na vazão do líquido ou do ar.
Esteja ciente de que o circuito da Fig. 5 está “ativo” e representa uma ameaça de choque letal.
A Figura 6 abaixo demonstra como adaptar o circuito da Fig. 5 para usar um optoacoplador para seu controle. Este circuito poderia ser acionado através de um circuito externo completamente independente e isolado devido à presença do optoacoplador.
Acionamento através do transistor unijunction
As Figuras 7 e 8 mostradas abaixo representam muitos métodos diferentes para acionar um triac através de um circuito externo completamente isolado.
Um transistor unijunção (UJT) colocado em um oscilador de relaxamento gerador de pulso fornece a operação de disparo em ambos os circuitos. O circuito oscilador, que contém UJT Q2, fornece os pulsos de disparo nesses dois circuitos. Trabalha com uma frequência de muitos kHz e alimenta seus pulsos de saída para a porta do triac através do transformador de pulso T1, que garante o isolamento pretendido.
Durante os períodos ON do oscilador, o triac é ligado imediatamente no início de cada meio ciclo AC devido à frequência de trabalho relativamente alta do dispositivo UJT. Com um resistor R3 conectado entre o emissor e a base B2 do UJT Q2, e um capacitor C1 conectado entre o emissor e a base B1, o UJT Q2 agora funciona como um oscilador de relaxamento. Nesta configuração, o UJT é capaz de comutar rapidamente para carregar/descarregar o capacitor em altas velocidades, assim que a tensão do capacitor atingir um determinado limite.
O tempo consumido pelo capacitor para descarregar pode ser avaliado, usando os cálculos de frequência do dente de serra que é em torno de 1/ tempo. Como Q1 está em série com o resistor primário de temporização R3 do UJT no circuito da Fig. 7, o UJT e o triac só ligam quando S1 está fechado.
Por outro lado, na Figura 8 acima, uma vez que Q1 está em paralelo com o capacitor primário de temporização C1 do UJT no circuito da Fig. 8, o UJT e o triac só ligam quando S1 está aberto. S1 pode ser substituído por um sensor ou transdutor em cada um desses circuitos para fornecer uma operação automatizada de comutação de energia, conforme mencionado anteriormente.
O Q1 na figura acima deve ser um transistor NPN, como um BC547.
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