Circuitos de controle de fase Triac simples explorados

Em um circuito de controle de fase do triac, o triac é acionado LIGADO apenas para porções específicas dos semiciclos CA, fazendo com que a carga opere apenas por aquele período da forma de onda CA. Isso resulta em um fornecimento controlado de energia para a carga.

Os triacs são usados ​​popularmente como substitutos de relé de estado sólido para comutação de cargas CA de alta potência. No entanto, há outro recurso muito útil dos triacs que permite que sejam usados ​​como controladores de potência, para controlar uma determinada carga em níveis de potência específicos desejados.

Isso é basicamente implementado por meio 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 voltagem zero é mais apropriada para cargas instáveis, como lâmpadas incandescentes, aquecedores, ferros de soldar, 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 acionado em qualquer parte de um meio-ciclo CA aplicado e continuará no modo de condução até que o meio-ciclo CA alcance a linha de cruzamento zero.

Isso significa que, quando um triac é disparado no início de cada meio-ciclo CA, o Triac seria essencialmente LIGADO como um botão LIGA / DESLIGA, ligado.

No entanto, suponha que se esse sinal de acionamento for usado em algum lugar no meio da forma de onda do ciclo CA, o Triac teria permissão para conduzir simplesmente pelo período restante desse meio-ciclo.

E porque o Triac ativa por apenas metade do período, 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, apenas variando o ponto de acionamento do triac na forma de onda da fase CA. É assim que o controle de fase funciona usando um triac.

Aplicação Light Dimmer

PARA circuito de dimmer de luz padrão é apresentado na Fig. 2 abaixo. No curso de cada meio-ciclo CA, o capacitor de 0,1 µf é carregado (por meio 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 para a porta do triac.

PARA lâmpada neon também pode ser empregado no lugar de um diácono para a mesma resposta. O tempo utilizado pelo capacitor de 0,1 µf para carregar até o limite de disparo do diac depende do ajuste de resistência do potenciômetro de controle.

Agora suponha que potenciômetro é 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 CA.

Por outro lado, quando o potenciômetro é ajustado em seu valor de resistência máxima pode causar o capacitor para carregar até o nível de disparo somente até que o meio ciclo tenha quase alcançado seu ponto final. Isso permitirá que o

Triac para conduzir apenas por um período muito curto, enquanto a forma de onda CA viaja até o final do meio ciclo.

Embora o circuito do dimmer demonstrado acima seja realmente fácil e de baixo custo de construir, inclua 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.

No caso de o fornecimento de CA ser interrompido brevemente e a iluminação da lâmpada ficar abaixo desse nível de 'salto' (histerese), a lâmpada permanecerá desligada mesmo depois que a energia for finalmente restaurada.

Como reduzir a histerese

este efeito de histerese poderia ser substancialmente abaixado implementando o projeto conforme mostrado no circuito na Fig 3 abaixo.

Correção: Substitua 100 uF por 100 uH para a bobina RFI

Este circuito funciona muito bem como um dimmer de luz doméstica . Todas as peças podem ser instaladas na parte traseira de um quadro elétrico de parede e caso a carga seja inferior a 200 watts, o Triac pode funcionar sem depender de um dissipador de calor.

A ausência de histerese de praticamente 100% é necessária para dimmers de luz usados ​​em apresentações orquestrais e teatros, para permitir um controle consistente de iluminação das lâmpadas. Este recurso pode ser realizado trabalhando com o circuito revelado na Fig. 4 abaixo.

Correção: Substitua 100 uF por 100 uH para a bobina RFI

Selecionando o Triac Power

Lâmpadas incandescentes puxam uma corrente incrivelmente grande durante o período em que o filamento atinge suas temperaturas operacionais. este ligar surto a corrente pode ultrapassar a corrente nominal do triac em cerca de 10 a 12 vezes.

Felizmente, as lâmpadas domésticas são capazes de atingir sua temperatura operacional em apenas alguns ciclos AC, e este 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 no mínimo 5 vezes a carga máxima típica.

Flutuação de Tensão em Circuitos de Controle de Fase Triac

Cada um dos circuitos de controle de fase do triac exibidos até agora são todos dependentes da tensão - ou seja, sua tensão de saída varia em resposta às mudanças na tensão de alimentação de entrada. Esta dependência da voltagem poderia ser eliminada empregando um diodo zener que é capaz de estabilizar e manter constante a voltagem no capacitor de temporização (Fig. 4).

Esta configuração ajuda a sustentar virtualmente uma saída constante, independentemente de quaisquer variações significativas na tensão de entrada CA da rede elétrica. É regularmente encontrado 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 podem ser manipuladas sem quaisquer alterações adicionais ao sistema de iluminação residencial existente.

O escurecimento de lâmpadas fluorescentes também pode ser possível por meio desse 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 se torna não operacional.

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 quando a escuridão começa 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 que você ajuste o velocidade de motores elétricos . O tipo geral de motor enrolado em série pode ser controlado por meio de circuitos muito semelhantes aos aplicados para dimerização de luz.

No entanto, para garantir uma comutação confiável, um capacitor e uma resistência em série precisam ser conectados em paralelo através do Triac (Fig. 6).

Por meio dessa configuração, a velocidade do motor pode variar em resposta às 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 fixada em uma determinada velocidade, o circuito não exigirá nenhuma alteração.

A velocidade do motor que normalmente, quando pré-programada, é mantida constante, mesmo com mudanças nas condições de carga, parece ser uma característica útil para ferramentas elétricas, agitadores de laboratório, rodas de oleiro de tornos de relojoeiro, etc. Para alcançar este recurso de 'detecção de carga' , um SCR é geralmente incluído em um arranjo de meia onda (Fig. 7).

O circuito funciona muito bem dentro de um limite faixa 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 onde um Triac fornece controle total de zero a máximo é exibido na Fig. 8.

Controle da velocidade do motor de indução

Motores de indução a velocidade também pode ser controlada com o uso do Triacs, embora você possa encontrar algumas dificuldades, especialmente se houver motores de fase dividida ou de partida com capacitor envolvidos. Normalmente, os motores de indução podem ser controlados entre velocidade total e meia, visto que 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 melhorado do dimmer de luz indicado na Fig. 6 acima pode ser aplicado, no entanto, a carga deve ser conectada no local alternativo, conforme revelado nas linhas pontilhadas

Tensão variável do transformador por meio do controle de fase

A configuração do circuito explicada acima também pode ser usada para regular a tensão dentro do enrolamento do lado primário de um transformador, assim, adquirir uma saída secundária de taxa variável.

Este projeto foi aplicado em vários controladores de lâmpadas de microscópio. Um ajuste de zero variável foi fornecido trocando o resistor de 47K por um potenciômetro de 100K.

Controle de 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 circundante. Um circuito que compensa esses 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 dada à carga de aquecimento conforme a carga está começando a aquecer, então, em algum ponto intermediário, a potência é reduzida por meio de uma medida que é proporcional à diferença entre a temperatura real de a carga e a temperatura de carga pretendida.

A faixa proporcional é variável por meio de um controle de 'ganho'. O circuito é simples, mas eficaz, porém inclui uma desvantagem significativa que limita seu uso a cargas basicamente mais leves. Este problema está relacionado à emissão de forte interferência de rádio, devido ao corte da 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 fundamentalmente acontece em frequências baixas e moderadas.

A emissão de radiofrequência é captada fortemente por todos os rádios de onda média próximos e até mesmo por equipamentos de áudio e amplificadores, gerando um som de toque alto e irritante.

Esta 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 alimentação (indicada como L1 nos circuitos). Um estrangulamento apropriadamente dimensionado poderia 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 as oscilações RFI em grande medida. Para aumentar a supressão, pode ser essencial maximizar o número de voltas o mais alto possível, ou indutâncias de até 5 H.

Desvantagem de RF Choke

A desvantagem deste tipo de circuito de controle de fase triac com base em bobina 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 dos quilowatts, o fio de estrangulamento de RF deve ser espesso 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.

Este problema pode não ser tão grave para cargas indutivas como motores elétricos, pois em tais casos o próprio enrolamento de carga atenua o RFI. O controle de fase Triac também está envolvido em um problema adicional - que é o fator de potência de carga.

O fator de potência de carga pode ser impactado negativamente e é um problema que os reguladores de fonte de alimentação consideram muito seriamente.