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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Comutação da tensão da rede usando triacs. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Relógios, temporizadores, relés, interruptores de carga Na prática do rádio amador, muitas vezes é preciso lidar com o problema de comutação da tensão CA da rede elétrica. Anteriormente, os relés eletromagnéticos eram usados para ligar e desligar a carga da rede elétrica, mas como o tempo mostrou, este não é o método mais confiável: os contatos do relé são muito suscetíveis ao desgaste, especialmente quando usados em circuitos CA e especialmente com uma carga indutiva. . Além disso, para ligar consumidores potentes, são necessários relés grandes com uma corrente de controle significativa no enrolamento. Felizmente, a moderna base de elementos permite utilizar apenas dispositivos semicondutores, sem utilizar dispositivos eletromecânicos. Portanto, é muito conveniente alternar várias cargas de rede usando triacs. Esses dispositivos semicondutores permitem, sob a influência de potências de controle da ordem de 40-50 mW, comutar uma carga de rede de até dezenas de quilowatts (dependendo do tipo de dispositivo). A seguir, consideraremos as soluções de circuito mais convenientes para controlar triacs. Os princípios gerais de controle de um triac são aproximadamente os mesmos dos tiristores convencionais: se uma corrente contínua de alguns a dezenas de miliamperes flui através do eletrodo de controle para o cátodo do tiristor, então, assim que uma diferença de potencial de cerca de 1.2- 1.5V surge entre o ânodo e o cátodo do tiristor, ele abre e permanece no estado aberto até que a corrente através dele diminua para quase zero (mais precisamente, para a corrente de retenção). É um pouco mais difícil abrir o triac, pois a polaridade da tensão de controle em relação ao “cátodo” (não conectado ao corpo de saída) deve ser igual à polaridade da tensão no ânodo (corpo) do dispositivo. Conseqüentemente, se um triac for usado para comutar a tensão alternada da rede, o dispositivo de controle deverá ser capaz de produzir uma tensão de controle alternada, o que é bastante problemático ao usar dispositivos de controle em CIs lógicos. Uma solução para este problema é usar um optoacoplador. A corrente através do LED do acoplador óptico pode estar na mesma direção o tempo todo, e a direção da corrente através do fotorresistor mudará a cada meio ciclo da tensão da rede, garantindo a abertura do triac. Se o optoacoplador for um diodo ou transistor, dois deles deverão ser usados para controlar um triac.
Também não posso deixar de mencionar os optotiristores. Uma caixa contém um tiristor e um LED. Mas, infelizmente, por algum motivo eles não fabricam optrosimistores, mas na verdade este é um relé de estado sólido “burguês” - um dispositivo ideal para alternar a tensão da rede elétrica. Assim, usando optotiristores, você também pode alternar a tensão da rede com bastante facilidade (Fig. 2)
O triac também pode ser controlado por pulsos: a tensão de controle está presente no eletrodo de controle por apenas 5-50 μs, no momento em que a tensão da rede começa a aumentar após passar por 0. Além disso, alterando a posição temporal do pulso de controle dentro de 0-10 ms em relação ao início de cada meio ciclo, a potência pode ser ajustada, entregue à carga na faixa de 100 a 0 por cento. O controle de pulso também permite tornar o dispositivo de controle mais econômico, e o uso de transformadores de pulso também permitirá o isolamento galvânico da rede e do dispositivo de controle. O uso de transformadores tem mais uma vantagem: devido a surtos de autoindução sob a influência de um pulso unipolar, forma-se um pequeno pacote de oscilações polares naturalmente diferentes e rapidamente amortecidas, que abre facilmente qualquer triac. Se o dispositivo que está sendo projetado não se destina a regular a potência, mas apenas ligar/desligar a carga da rede, então os pulsos de controle podem não ser sincronizados com a passagem da tensão da rede através de 0. Basta alimentá-los ao eletrodo de controle do triac com uma frequência suficientemente alta para que, nas condições mais desfavoráveis, a tensão no triac fechado não tenha tempo de subir mais do que alguns volts antes do pulso de controle chega. Com este método de controle, curiosamente, o nível de interferência introduzido na rede é significativamente menor do que com o controle sincronizado. Um diagrama prático de um interruptor de tensão de rede, onde é utilizado o princípio descrito acima, é mostrado na Fig.
O transformador T1 é feito em um anel de ferrite de 1000-2000 NM tamanho K10X6X4 e contém dois enrolamentos idênticos de aproximadamente 50 voltas cada. Fio para enrolamento em isolamento de esmalte com diâmetro de 0,1-0,2 mm. O isolamento mútuo dos enrolamentos é muito completo! O faseamento dos enrolamentos é indiferente, pois, graças ao diodo VD2, pulsos multipolares são induzidos no enrolamento secundário. Ao selecionar o resistor R2, a duração do pulso de controle é ajustada. Quanto menor for, menor será o consumo de corrente do dispositivo de controle, mas com um pulso muito curto, nem todos os tiristores têm tempo de abrir, portanto, se for necessária maior eficiência, R2 deverá ser selecionado no limite da abertura livre do triac. É possível reduzir a corrente consumida pelo sistema de controle para menos de 10 mA, o que é muito conveniente quando se utilizam fontes de alimentação com reator capacitivo. Utilizando o circuito de controle mostrado na Fig. 3, a carga da rede pode ser ligada usando um par de tiristores convencionais, bastando complementar o transformador com outro enrolamento semelhante, e substituir o triac por tiristores, como na Fig. Você também pode usar um tiristor, mas incluí-lo na diagonal de uma ponte de diodos com a potência apropriada.
Hoje em dia, muitos componentes eletrônicos fabricados no exterior estão disponíveis para rádios amadores. Entre eles também existem triacs, perfeitos para ligar/desligar cargas de rede. Os mais acessíveis e comuns hoje são os triacs fabricados pela Philips, tipos BT134-500 e BT136-500. Esses dispositivos são feitos em caixas plásticas: BT134 - como os transistores KT815, mas sem furo, e BT136 - como os transistores KT805, com flange de montagem. Segundo os vendedores, o BT134 é projetado para uma corrente de 6A e o BT136 - 12A, mas em muitos sites você pode ver que ambos os triacs são projetados para uma corrente não superior a 4A e podem suportar uma tensão de 500 V quando fechados. Infelizmente, o autor não conseguiu visualizar a documentação no site da Philips, pois todos os documentos são PDF e não há visualizador para as versões mais recentes em DOS. Uma característica distintiva destes triacs não é tanto o seu pequeno tamanho (os TS106-10-... domésticos em plástico têm as mesmas caixas), mas a forma como são controlados: estes triacs são abertos por uma tensão de controlo de polaridade negativa em relação ao “cátodo” em qualquer direção da corrente através do triac. E isso permite abandonar o uso de optoacopladores e transformadores de pulso correspondentes. Um circuito prático da chave juntamente com uma fonte de alimentação do capacitor é mostrado na Fig.
O consumo de corrente do dispositivo de controle no estado “desligado” é de 1.2 mA, e no estado “ligado” - 5 mA, o que possibilitou a utilização de um capacitor muito pequeno de 0,2 μF 400 V na fonte de alimentação. (Fig. 5) é na verdade a base para muitos dispositivos eletrônicos, porque em três elementos lógicos DD1 livres você pode montar muitas coisas interessantes. Na Fig. 6(a) mostra o diagrama de um pisca-pisca, 6(b) - um fotorrelé, 6(c) - um dispositivo automático para ligar/desligar a bomba quando o sensor E1 toca a superfície da água, 6(d) - um relé de tempo. É bastante fácil implementar um interruptor sensível ao toque (Fig. 7).
É verdade que ao construir geradores em elementos lógicos, ao utilizar indicação luminosa, o consumo de corrente pode aumentar, e então a capacitância C1 terá que ser aumentada. Selecionar a capacidade necessária é bastante simples: em todos os modos de operação do dispositivo, a corrente é medida através do diodo zener, deve ser de pelo menos 1-2 mA e não mais que 30 mA. A capacitância C1 mais comumente usada é 0.47 ou 0.68 µF * 400V. A potência da carga comutada pelos dispositivos discutidos neste artigo depende apenas do tipo de triac (tiristores) e da espessura dos fios :-) veja tabela 1. Tabela 1. Potência de carga permitida para diferentes tipos de triacs e tiristores
A tabela também mostra as dimensões aproximadas dos dissipadores de calor. Em geral, levando em consideração a queda de tensão em um triac aberto, que é de aproximadamente 1 V, podemos assumir que a potência dissipada pelo triac é numericamente igual à corrente que passa por ele. Para dissipar tal potência, é necessário um dissipador de calor com a mesma área de uma placa quadrada, com lado numericamente igual em centímetros à potência dissipada. O artigo não fornece dados e diagramas sobre o uso dos triacs KU208G. Isso não é acidental, pois esses triacs apresentaram seu pior desempenho e não funcionaram de maneira confiável em nenhum dispositivo. Muitas amostras KU208G de diferentes anos de produção tinham uma corrente inaceitavelmente alta no estado fechado e, após uma longa permanência sob tensão, foi no estado fechado que ficaram muito quentes e ocorreu a quebra. Talvez eles precisem ser incluídos de alguma forma especial? Também considero meu dever lembrar aos rádios amadores sobre a segurança elétrica, já que muitos dos circuitos acima possuem conexão galvânica à rede! Não abuse da sorte e desconecte os dispositivos antes de usá-los com um ferro de solda. Literatura
Autor: Andrey Shary
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