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Controle de Potência Trifásico (MEC179)

Apresentamos um controle de potência trifásico que constitui-se talvez na mais simples configuração que se pode obter para esta finalidade. Este circuito se caracteriza por não usar componentes indutivos e pode ser ajustado para fornecer até 100% de potência à carga com excelente estabilidade, mesmo quando elas são indutivas. As saídas são simétricas nas três fases e 4 não se necessita de fonte de alimentação separada para o setor de controle. O projeto é baseado numa informação técnica da General Electric.

Este controle trifásico pode ser usado eficientemente em motores, fornecendo potências na faixa de 0 a 100% com excelente estabilizada.

Uma das características importantes deste projeto está nos meios que são incorporados para permitir a compensação automática de eventuais flutuações da tensão de linha.

De fato, com um ajuste conveniente de P1 podemos ter tensões na faixa de 89 a 91 V na carga, quando a tensão na rede varia de100 a 130 V.

Numa configuração fixa, este controle pode operar como um excelente regulador trifásico para cargas indutivas, como por exemplo motores.

A configuração básica apresentada é para SCR3 de 4 A, mas o circuito terá condições de operar satisfatoriamente com SCR3 de correntes bem maiores, já que os pulsos de disparo são bastante intensos para esta finatidade;

 

O CIRCUITO

Na figura 1 temos o circuito completo do controle de potência trifásico.

 

   Figura 1- Controle de potencia completo
Figura 1- Controle de potencia completo

 

Os diodos D5, D6 e D7 fornecem a alimentação positiva para o circuito de disparo nos instantes em que os anodos dos SCR3 são levados ao potencial positivo pelo semiciclo correspondente.

A tensão obtida a partir destes dados é reduzida e regulada através do zener DS, alimentando então um oscilador de relaxação convencional com transistor unijunção.

P2 tem por finalidade controlar o ângulo de disparo de Q1, já que através dele obtemos a carga de C1. No disparo do transistor unijunção Q1 é produzido um pulso de alta intensidade, que é simultaneamente aplicado às comportas dos três SCRs.

O SCR que estiver com o anodo mais positivo em relação ao catodo é disparado, conduzindo intensamente a corrente através da carga.

A finalidade dos transistores Q2 e Q3 é evitar que Q1 dispare com um ângulo de fase maior que 120°. Se os pulsos forem retardados para além dos 120°, a tensão de saída sobe abruptamente para 100%o assim que a fase seguinte seja disparada no começo de seu ciclo.

Q3 é um oscilador de relaxação independente que inicia a temporização ao mesmo tempo que Q1, mas possuí o trimpot P3 onde se ajusta seu disparo um pouco antes dos 120°.

Se Q1 disparar pouco antes dos 120°, ele vai ativar o SCR cujo anodo está polarizando os transistores unijunção através de D5, D6 e D7. Disparando este SCR ocorre o corte da alimentação do circuito de disparo de baixa tensão. ÍA polarização de base de Q2 cai a zero, fazendo-o conduzir e descarregando C1, o que impede o disparo de Q1.

Nesta modalidade de funcionamento pode-se obter tensões de saída ajustáveis entre 25°/o e 100% do máximo.

Se Q1 for temporizado para disparar além dos 120º de uma fase, Q3 dispara antes, descarregando C2 através da junção base-emissor de Q2, saturando-o e com isso provocando a descarga de C1.

Não há então disparo de Q1 e a tensão na saída será zero.

Uma possibilidade interessante que este circuito oferece é a utilização de sinais externos, para controlar Q1, em lugar do potenciômetro P2.

Bastará então utilizar um transistor, conforme mostra a figura 2, para essa finalidade.

 

Figura 2 – Utilizando um transistor para controle externo
Figura 2 – Utilizando um transistor para controle externo

 

Veja que o correto desempenho deste circuito depende do fato de Q3 manter seu ângulo de disparo ligeiramente menor que 120°, Por esse motivo é que a base 2 do transistor Q3 é ligada ao regulador antes de P1.

Com este procedimento são compensadas as eventuais variações da tensão da rede.

Mas P1 também tem outra finalidade neste circuito. Pela ligação da base 2 do transistor unijunção Q1 neste elemento um acentuado grau de regulação da tensão de saída é conseguido, mesmo em função da linha de alimentação.

Se a tensão da rede sobe, a tensão de polarização entre as bases aumenta em função do ajuste de P1.

Como a carga de C1 através de P2 e R7 se faz através de tensão fixa do zener, o ângulo de fase em que ocorre o disparo é levado um pouco adiante, mantendo assim a tensão de saída constante.

Para uma eventual queda da tensão, o ângulo de disparo avança um pouco, fazendo com que novamente seja compensada a tensão na carga com uma ligeira elevação.

Nos circuitos trifásicos de 110 V, a tensão de saída pode ser ajustada precisamente entre 40 e 150 V, o que significa uma boa faixa de controle.

 

MONTAGEM

Na figura 3 temos a nossa sugestão de placa de circuito impresso, observando que nela são instalados apenas os componentes do setor de controle, ou seja, os submetidos à baixas tensões e baixas correntes.

 

Figura 3 – Placa para a montagem
Figura 3 – Placa para a montagem

 

Os SCRs deverão ser dotados de radiadores compatíveis com a intensidade da corrente na carga. Os tipos indicados para os SCRs são da série 106, mas equivalentes de maior corrente também poderão ser usados, como os TIC116 para 8 A, os TIC126 para 12 A, e mesmo maiores.

Os resistores são todos de ¼ W, exceto R4, que é de 2 W. Os capacitores C1 e C2 podem ser de poliéster metalizado com tensão a partir de 50 V.

Para Q2 podemos usar o BC547 ou equivalentes, enquanto que os unijunções não devem ser substituídos.

O potenciômetro P1 deve ser de fio com 2 W de dissipação (470 ou 500 Ω), enquanto que os demais são comuns, de carbono e lineares.

DZ é um zener de 1 W para 20 V e os diodos podem ser substituídos por equivalentes, conforme a corrente de carga, lembrando que os tipos indicados são para apenas 1 A.

Para correntes maiores devem ser usados diodos com corrente de acordo com a carga e tensão inversa de pico de pelo menos 200 V.

 

UTILIZAÇÃO

Deve ser usado fio grosso na condução das correntes intensas para a carga.

Eventualmente pode ser necessário um sistema de filtragem, para evitar a irradiação de interferências em aparelhos de rádio próximos.

P3 deve ser ajustado para provocar o disparo de Q3 com ângulo de fase superior a 120°. Este ajuste pode ser feito com a ajuda de um osciloscópio, que deve ser conectado no emissor de 03 e tendo como referência uma das fases da rede trifásica.

Comprovado o funcionamento é só fazer a instalação definitiva, ajustando também P1 para uma regulagem na carga de acordo com o desejado.

SCR1, SCR2, SCR3 - TIC106 ou equivalentes - SCRs para 200 V

D1, D2, D3 - diodos retificadores com corrente de acordo com a carga e tensão inversa de pico de 200 V

D4 a D7 - 1N4004 ou equivalentes diodos de silício

D8 – 20 V x 1 W - diodo zener

P1 - 470 Ω - potenciômetro de fio

P2 – 22 k - trimpot ou potenciômetro

P3 – 10 k - trimpot ou potenciômetro

C1 – 470 nF - capacitor de poliéster

C2 – 1 µF - capacitor de poliéster

R1, R2, R3 - 22 Ω – resistores (vermelho, vermelho, preto)

R4 – 33 k x 2 W - resistor (laranja, laranja, laranja)

R5, R9 - 390 Ω - resistores (laranja, branco, marrom)

R6, R8 - 100 Ω - resistores (marrom, preto, marrom)

R7 – 1 k - resistor (marrom, preto, vermelho)

Diversos: radiadores de calor para os SCRs, placa de circuito impresso, fios, solda etc.

 

 

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