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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Controlador de potência de baixo ruído Triac. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Reguladores de corrente, tensão, potência Os reguladores de potência Trinistor com controle de fase foram descritos repetidamente nas páginas de nossa revista. Mas, infelizmente, muitos deles são fortes fontes de interferência eletromagnética, o que limita o escopo de aplicação dos dispositivos. Os reguladores domésticos estrangeiros são necessariamente equipados com um filtro de supressão de ruído integrado. Além disso, o nível de interferência que criam deve cumprir os padrões rigorosos adoptados num determinado país. O autor do artigo fala sobre um desses reguladores. O circuito de um regulador de potência com controle fase-pulso é mostrado na Fig. 1. É montado de acordo com o circuito clássico usando um dinistor simétrico de 32V (VD3) e um triac TIC226M (VS1). A cada meia onda da tensão da rede, o capacitor C1 é carregado pela corrente que flui pelos resistores R2, R3. Quando a tensão atinge 32 V, o dinistor abre e o capacitor C1 é rapidamente descarregado através do resistor R4, do dinistor VD3 e do eletrodo de controle do triac. Assim, o controle do triac ocorre nos quadrantes I e III: quando a tensão no ânodo convencional do triac (terminal superior VS1 no diagrama) é positiva, o pulso de controle também é positivo, e quando a tensão é negativa, tem polaridade negativa.
O valor da potência na carga conectada ao conector X1 depende de quanto tempo o triac ficará ligado durante cada meio ciclo da tensão da rede. O momento em que o triac é ligado é determinado pela tensão limite do dinistor e pela constante de tempo (R2 + R3)C1. Quanto maior for a resistência da parte introduzida do resistor variável R2, quanto maior for o período de tempo durante o qual o triac fica no estado fechado, menor será a potência na carga. As classificações dos elementos constantes de tempo indicados no diagrama fornecem uma faixa quase completa de regulação da potência de saída - de 0 a 99%. Para conseguir um controle bastante suave da potência de saída, o resistor variável R2 deve ter as características do grupo B. Um resistor do grupo B também servirá, mas então terá que ser ligado de tal forma que um aumento na saída a potência (ou seja, com uma diminuição na resistência do resistor variável) ocorre quando suas alças são giradas no sentido anti-horário. O circuito formado pelos diodos VD1, VD2 e resistor R1 garante um ajuste suave com potência de saída mínima. Sem ele, a característica de controle do controlador apresenta histerese. Por exemplo, o brilho de uma lâmpada incandescente usada como carga, com o aumento da potência de saída, muda abruptamente de zero para 3...5% do brilho máximo. A essência deste fenômeno é a seguinte. Com alta resistência do resistor R2, quando a tensão no capacitor C1 não ultrapassa 30 V, o dinistor não abre durante todo o meio ciclo da tensão da rede e a potência de saída é zero. Neste caso, no momento em que a tensão da rede passa por “zero”, a tensão no capacitor tem valor zero e no próximo meio ciclo o capacitor é descarregado por uma parte significativa do tempo. Se a resistência do resistor R2 for reduzida, depois que a tensão no capacitor começar a exceder o limite de resposta do dinistor, o capacitor será descarregado no final do meio ciclo e começará a carregar imediatamente no próximo meio ciclo, então no novo meio ciclo o dinistor abrirá mais cedo. A cadeia de diodo-resistor descarrega o capacitor quando a tensão da rede passa de meia onda negativa para positiva e, assim, elimina o efeito de um aumento inicial abrupto na potência da carga. O resistor R4 limita a corrente máxima através do dinistor a aproximadamente 0,1 A e retarda o processo de descarga do capacitor C1. Isso garante uma duração de pulso relativamente longa, suficiente para acionar o triac VS1 de maneira confiável, mesmo com um componente indutivo significativo da carga. Com os valores do resistor R4 e do capacitor C1 indicados no diagrama, a duração do pulso de controle é de 130 μs. Durante uma parte significativa desse tempo, uma corrente flui através do eletrodo de controle do triac, suficiente para abrir o triac em qualquer quadrante - para um triac de 32V corresponde a 50 mA. Um dinistor simétrico de 32 V (VD3) garante que o ângulo de abertura do triac seja idêntico em ambas as meias ondas da tensão de rede. Consequentemente, o regulador descrito não retificará a tensão da rede, podendo em muitos casos até ser utilizado para controlar uma carga a ele ligada através de um transformador. O dinistor de 32V pode ser substituído por um analógico montado com transistores de diferentes estruturas, conforme mostrado na Fig. 2. A ponte de diodo VD4-VD7 garante a simetria do controle triac, e o diodo zener de baixa potência VD8 define o limite operacional do analógico. Os transistores VT1 e VT2 devem suportar uma corrente de base de pulso significativa (pelo menos 0,1 A). O coeficiente de transferência de corrente estática da base do transistor VT2 é de pelo menos 50. Os diodos da ponte também devem suportar uma corrente de pulso contínua de pelo menos 0,15 A. Por exemplo, diodos da série KD103 com qualquer índice de letras são adequados.
A tensão máxima permitida dos diodos e transistores do analógico dinistor deve ser pelo menos 30% maior que a tensão de estabilização do diodo zener VD8, ou seja, pelo menos 50 V. Você pode usar dois diodos zener de baixa potência, conectando-os em série de modo que sua tensão de estabilização total seja de 25 a 30 V. Os resistores R7 e R8 fornecem ao analógico estabilidade de alta temperatura. O triac TIC226M, cuja corrente permitida é de 8 A, permite controlar uma carga com potência de até 1 kW. Para cargas com potência de até 2 kW, você pode usar triacs com corrente permitida de 15...16 A. Em vez do triac TIC226M, você pode usar o tiristor doméstico KU208G. No entanto, tem uma sensibilidade significativamente pior. Para uma operação confiável, uma corrente de pelo menos 208 mA deve fluir através do eletrodo de controle do tiristor KU250G a uma temperatura ambiente de -60°C ou 170 mA à temperatura ambiente. Portanto, ao usar o SCR KU208G, a resistência do resistor R4 deve ser reduzida para 100 Ohms, e a indutância do indutor L1 deve ser reduzida para 100 μH. Conseqüentemente, transistores e diodos em um análogo de um dinistor (Fig. 2) devem suportar correntes de até 0,3 A. O nível de interferência criado por tal regulador será significativamente maior. Além disso, terá menos estabilidade ao operar com carga com componente indutivo. A queda de tensão no triac VS1 é de aproximadamente 2 V, portanto, para uma carga superior a 100 W, o triac deve ser instalado em um dissipador de calor apropriado. Em cargas mais baixas, a própria placa de circuito impresso do regulador pode servir como dissipador de calor. Para isso, o triac no gabinete TO220 deve ser colocado no lado da folha da placa de circuito impresso, aparafusado com parafuso e porca MZ, e um pedaço de folha com área de 3...5 cm2 deve ser colocado deixado sob o local de instalação do triac. Em projetos amadores, uma ponte de diodos e um tiristor são frequentemente usados em vez de um triac, o que aumenta o custo dos componentes e o tamanho da estrutura. Esta solução duplica aproximadamente a perda de potência no regulador e reduz a faixa de cargas permitidas. Além disso, o carregamento do capacitor de armazenamento ocorre com uma tensão unipolar, que, como corretamente observado no artigo de A. Maslov “Mais uma vez sobre o regulador de potência do tiristor” (ver “Rádio”, 1994, nº 5, p. 37), provoca mau funcionamento do regulador com baixa potência instalada. Falando sobre o artigo de A. Maslov, é impossível não mencionar que o método que ele propõe para reduzir a taxa de aumento de tensão no tiristor (dV/dt) pode levar a danos ao tiristor devido à sua sobrecarga com uma corrente pulsada no momento de ligar, já que a corrente de descarga do capacitor que desvia o tiristor não é limitada de forma alguma. Se você usar um capacitor de alta qualidade com baixa resistência interna, o SCR quase certamente será destruído ao exceder o valor da corrente ou a taxa de aumento da corrente (dV/dt). Para eliminar essa desvantagem, você precisa conectar um resistor de fio enrolado ou de carbono volumétrico com uma resistência de pelo menos 10 ohms em série com o capacitor de armazenamento. Os resistores de filme metálico e filme de carbono são inadequados para essa finalidade, pois podem falhar devido à alta dissipação instantânea de potência no momento em que o tiristor é ligado. No regulador de potência descrito (ver Fig. 1), a taxa de variação de tensão no triac VS1 é limitada pelos capacitores C2, C3, e sua corrente de descarga quando o triac abre é limitada pelo indutor L1. Os triacs modernos podem suportar uma taxa de aumento de tensão de 50...200 V/μs, e alguns até 750 V/μs, de modo que a capacitância relativamente pequena dos capacitores C2, C3 evita falsos disparos do triac mesmo em cargas de baixa resistência . Lamentamos observar que os SCRs domésticos obsoletos da série KU208 têm apenas 10 V/μs. Ao mesmo tempo, o indutor L1 e os capacitores C2, C3 formam um filtro de ruído passa-baixa. O indutor deve suportar a corrente de carga sem saturar o circuito magnético. Como circuito magnético, o autor utilizou um anel com diâmetro externo de 26,5, diâmetro interno de 14,5 e espessura de 7,5 mm feito de ferro em pó com permeabilidade magnética de 75. O enrolamento contém 58 voltas de fio PEV-2 com um diâmetro de 1mm. Este indutor é adequado para operação com cargas de até 1 kW. Ao usar o SCR KU208G, o número de voltas do indutor deve ser reduzido para 40. Os condensadores C2 e C3 devem ser do tipo X1 ou X2 (esta é a designação internacional dos condensadores), especificamente destinados à ligação entre fios de rede; são em caixas de plástico autoextinguível, o que evita possíveis incêndios por quebra de capacitores. No corpo de um capacitor deste tipo deve ser indicada sua tensão nominal de 250VAC, que corresponde ao uso em rede de corrente alternada (AC = corrente alternada, ou seja, corrente alternada). Além disso, os invólucros devem conter símbolos de laboratórios de testes que testaram este tipo de capacitor e o consideraram adequado para uso em redes de corrente alternada. Bons gabinetes de capacitores geralmente estão repletos dessas marcas porque foram testados em muitos laboratórios. Como último recurso, em vez de um capacitor do tipo X1 ou X2, pode-se usar um filme metálico ou capacitor de papel com tensão nominal de pelo menos 400 V. Autor: A. Kuznetsov, Moscou
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