Controle de corrente alternada (CA)

Eletrônica - REE IIIEletrotécnica - Teoria

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Controle de corrente alternada (CA) © SENAI-SP, 2003

Trabalho editorado pela Gerência de Educação da Diretoria Técnica do SENAI-SP, a partir dos conteúdos extraídos da apostila SENAI-SP. DMD. Eletrotécnica - Teoria. São Paulo, 1990 (Reparador de Equipamentos Eletrônicos I).

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Sumário

Apresentação 5 TRIAC - Triodo de corrente alternada7 Referências bibliográficas 19

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Apresentação

O objetivo que norteou a elaboração do material didático Controle de corrente alternada (CA) foi o de apresentar, de uma forma organizada, clara e objetiva, os aspectos fundamentais da eletrônica e da eletrotécnica.

Esperamos que esse manual sirva como instrumento de apoio ao estudo de uma matéria essencial para os que se iniciam ao campo da eletrônica.

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TRIAC - Triodo de corrente alternada

Introdução

O TRIAC é um dispositivo semicondutor. A denominação TRIAC provém da sigla inglesa que significa Triodo de corrente alternada. Essa sigla é empregada para identificar o comutador de corrente alternada com três eletrodos.

O TRIAC conduz corrente em ambos os sentidos, conforme a polaridade positiva ou negativa no gate. Sua principal característica é possibilitar um controle perfeito e econômico da corrente alternada.

Neste capítulo, vamos demonstrar o funcionamento de um circuito com emprego do TRIAC.

Para assimilar os conteúdos desta lição, é necessário que você já tenha adquirido conhecimentos sobre: • CA;

Assim como o DIAC, o TRIAC é um tiristor bidirecional. A diferença entre um e outro é que o TRIAC possui um terceiro terminal, pelo qual se faz o controle da corrente, tal como acontece com o SCR.

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A estrutura esquematizada do TRIAC e seu respectivo símbolo estão representados na figura a seguir.

A capacidade do TRIAC é menor que 100A e 1kV. Daí ele ter sido usado para substituir o SCR em situações em que se faz necessária a aplicação de baixa potência, tais como controle de velocidade de pequenos motores, controle de iluminação ou de temperatura.

A figura abaixo mostra o circuito equivalente do TRIAC a partir de dois SRCs.

Nesse circuito, quando terminal T2 é mais positivo que T1, o SCR V1 fica diretamente polarizado e V2, inversamente.

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Nessa condição, o SCR V1 está em condição de conduzir, desde que receba um pulso em seu gate, enquanto V2 permanece em corte.

Se a polaridade da tensão aplicada for revertida, a situação inverterá. Nesse caso, o

SCR V2 passará à condição de polarização direta e, portanto, à condução; e V1, por sua vez, estará inversamente polarizado ou em corte.

Observações • Aos terminais (T) do TRIAC não se aplicam as denominações anodo e catodo, mas usam-se os coeficientes 1 e 2 (T1,T2) para designá-los.

• O terminal T1 serve como referência para as medidas de tensão do gate e do terminal T2.

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• Na prática, o modelo de TRIAC construído a partir de dois SCRs não pode ser utilizado devido a duas dificuldades: - não poder explicar o disparo do TRIAC com tensão negativa no gate;

- não poder dar como referência o catodo para os sinais de gate, pois como mostra a figura abaixo, quando os gates são ligados fecham-se em curto os catodos dos SCRs e, desse modo, elimina-se o TRIAC.

Curvas características do TRIAC As curvas características do TRIAC apresentam um aspecto simétrico.

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No esquema das curvas características vemos que a condução do TRIAC ocorre nos quadrantes I e I, desde que ao gate do TRIAC sejam aplicados os sinais disparadores.

Esses sinais são positivos ou negativos, o que torna possível as seguintes modalidades de funcionamento:

Modalidade

• + Ι-T2 positivo e gate positivo (Quadrante Ι) • - Ι-T2 positivo e gate negativo (Quadrante Ι)

• + ΙΙΙ-T2 negativo e gate positivo (Quadrante ΙΙΙ)

• - ΙΙΙ-T2 negativo e gate negativo (Quadrante ΙΙΙ)

Os dispositivos fabricados atualmente são mais eficientes para as modalidades + Ι e - ΙΙΙ. A eficiência é menor para a modalidade - Ι e menor para a + ΙΙΙ. Para essas modalidades (- Ι e + ΙΙΙ), o TRIAC não deve ser usado.

Funcionamento O TRIAC permanece em bloqueio enquanto não houver sinal no gate; e não conduz, se a tensão entre T1 e T2 não ultrapassar a V(BO) (tensão de ruptura) do dispositivo.

Quando a V(BO) é ultrapassado, o TRIAC entra em estado de condução. A corrente que flui através dele é limitada apenas pela resistência do circuito externo. Essa propriedade o torna imune aos transientes elétricos, dispensando assim o uso de dispositivos de proteção.

O disparo do TRIAC ocorre pela aplicação de sinal positivo ou negativo no gate. O TRIAC pode ser acionado por corrente alternada, por corrente contínua, ou, por fontes de pulsos: transistor de unijunção, lâmpadas neón ou diodos de disparo (DIAC).

Como já vimos, a função específica do DIAC é disparar o SCR e o TRIAC. Isto porque no DIAC, ligado a um capacitor carregado, aparece uma resistência negativa que provoca a descarga repentina do capacitor, o que constitui excelente fonte der pulsos.

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Circuitos com TRIAC

Comutador estático para corrente alternada O circuito abaixo mostra a função do TRIAC em um comutador estático para corrente alternada.

Nesse circuito, o TRIAC é disparado por um relé magnético de lingüeta (relé reed, já por nós estudado).

O relé de lingüeta pode ser eliminado desse circuito, uma vez que a corrente que atravessa os contatos do interruptor é mínima, com duração de microssegundos. O controle do circuito pode, então, ser feito diretamente por termostato, interruptor à pressão, microrrelés, etc.

O TRIAC pode, também, ser disparado por sinal elétrico. A figura a seguir ilustra o circuito disparado por uma fonte C em qualquer polaridade.

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No circuito a seguir pode ser empregado um sinal alternado de qualquer freqüência.

Pode-se obter o aperfeiçoamento desse circuito, bastando para isso sintonizar o transformador T1 para responder apenas a determinadas freqüências. Desse modo, esse circuito pode ser usado em sistemas de controle remoto, controle por meio de código, etc.

Comando a distância O circuito a seguir pode ser usado em sistemas que necessitam de pouca potência e de baixa tensão para ligar, a distância, equipamentos ou conjunto de lâmpadas, como os empregados para evitar choques ou prevenir incêndios.

Esse circuito utiliza um pequeno transformador para isolar magneticamente o circuito de potência do TRIAC do circuito de disparo do gate.

O enrolamento N1, de mais tensão, liga-se ao gate do TRIAC; e o enrolamento N2, de menos tensão, ao interruptor S1.

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Ao fechar S1, uma baixa impedância é refletida no enrolamento N1, o que provoca um aumento de corrente. O aumento de corrente provoca também aumento de tensão sobre R1 que, ao atingir o ponto de comutação do TRIAC, o dispara e alimenta a carga.

Observação

R1 deve ser ajustável. Para evitar disparos acidentais, deve-se ajustar R1 para o valor máximo, mantendo o TRIAC em corte com S1 aberta.

Controle de temperatura O circuito esquematizado a seguir, de baixo custo e de alta precisão, serve para controlar automaticamente a temperatura. Emprega-se esse circuito para regular, automaticamente, a temperatura de fornos, estufas, aquecedores, depósitos de líquidos, etc.

O termistor R6 é o elemento sensor de temperatura e deverá apresentar resistência de 5kΩ na temperatura de operação.

R3 incorpora o circuito como dispositivo de controle de estabilidade, evitando, desse modo, variações contínuas entre as temperaturas máxima e mínima. O ajuste de R3 proporciona satisfatória estabilidade, qualquer que seja a temperatura desse dispositivo.

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Comutador por controle de fase Outro exemplo de aplicação do TRIAC está ilustrado, abaixo, no circuito de um comutador de CA por controle de fase.

Nesse circuito, o controle de fase é realizado pelo resistor R1 junto com o capacitor C1.

Funcionamento do circuito de um comutador por controle de fase

Ao ligar o circuito, é necessário elevar gradativamente o valor de R1 até que a corrente, que por ele circula, seja suficiente para carregar a capacitor C1 ao ponto de disparo do DIAC.

Ao disparar o DIAC leva o TRIAC à condução. A tensão sobre o capacitor C1 cai rapidamente, quase a zero. E, no semiciclo seguinte, o capacitor começa a carregar, no sentido contrário, para disparar o DIAC e o TRIAC.

Com a descarga rápida do capacitor e a inversão da polaridade da fonte, a partir do segundo ciclo, o disparo do DIAC acontecerá com um ângulo menor. Em conseqüência, haverá maior queda de tensão sobre a carga. A diminuição dessa tensão só ocorrerá se o valor do resistor R1 for reduzido.

Por este motivo é que o circuito, no momento em que é ligado, apresenta o inconveniente de não permitir a obtenção de níveis baixos de tensão na carga. Isso se deve à assimetria dos disparos do DIAC e do TRIAC, como também pelo efeito de histerese do capacitor.

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Variações de circuitos por controle de fase

Controle de iluminação e controle de velocidade Na figura a seguir estão representadas as variações do circuito de comutador de CA por controle de fase.

No circuito A, um resistor está colocado em série com o DIAC, para evitar a descarga rápida do capacitor.

No circuito B, colocou-se também junto ao DIAC um segundo capacitor. É o chamado circuito com duas constantes de tempo, largamente empregado no controle de iluminação (“dimmer”) ou controle de velocidade de pequenos motores (furadeiras, ventiladores, liquidificadores, etc.

C1, L1, C2 e R1, colocados à entrada do circuito B, constituem um filtro que evita as interferências na rede, devido à rapidez de comutação do TRIAC.

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Em receptores de rádio, por exemplo, ligados à rede, é necessária a colocação desse filtro, para evitar interferências na recepção, R4 e C4 diminuem o efeito da histerese.

Funcionamento do circuito B

Com o disparo do DIAC, C4 descarrega-se rapidamente. C3 mantém-se carregado, pois o resistor R4 dificulta sua descarga instantânea e aumenta a constante de tempo RC.

Quando o DIAC deixa de conduzir, o capacitor C3 - carregado com tensão maior do que C4 - transfere parte de sua carga para C4, e a simetria dos disparos do TRIAC permanece constante em todos os ciclos.

Com esse circuito é possível ligar, por exemplo, uma lâmpada com luminosidade mínima. Noutras palavras, com esse tipo de circuito é possível obter baixos de tensão na carga.

Com uma pequena alteração é possível fazer também o controle automático de iluminação. Por meio dele, regula-se a intensidade luminosa de uma lâmpada conforme a luminosidade do ambiente.

O LDR, colocado no circuito, faz a resistência variar de acordo com a intensidade da luz do ambiente.

No escuro, a resistência é elevada; e a presença do LDR quase não se altera o funcionamento do circuito. Quando o ambiente fica claro, a resistência diminui e não permite que o capacitor C2 se carregue o suficiente para disparar o DIAC. Este, por sua vez, não aciona o TRIAC. Em conseqüência disso, a lâmpada é desligada ou a luminosidade por ela emitida é reduzida.

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Aprendizagem Industrial Reparador de Equipamentos Eletrônicos l

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