Dimmer de Uso Geral (ART2275)

Os dimmers ou graduadores de potência são circuitos de grande utilidade no controle de velocidade de ferramentas (furadeiras, lixadeiras, serras), eletrodomésticos (liquidificadores, pequenos motores) e até do brilho de lâmpadas incandescentes. O dimmer que apresentamos, apesar de sua simplicidade, pode controlar cargas de até 4 A (440 W na rede de 110 V e o dobro na rede de 220V) com grande eficiência, pois opera com onda completa.

A eletrônica oferece recursos inigualáveis para o controle de potência sem o desperdício de energia que seria normal no uso de um simples reostato.

Os dispositivos de estado sólido, tais como SCRs e Triacs, são os mais usados nestes casos e podem operar com faixa muito grande de potência.

Tipos baratos e facilmente encontrados no nosso mercado, como os SCRS da série 106 (TIC106, MCR106, IR106 e outros) podem controlar correntes de até 4 A com facilidade tanto na rede de 110 V como na de 220 V.

Utilizando um destes SCRS e ainda um outro elemento de estado sólido importante da eletrônica, o transistor unijunção, sugerimos a montagem deste dimmer que regulará a velocidade de sua furadeira elétrica, de seus motores de eletrodomésticos e até mesmo de uma lâmpada comum incandescente, com níveis que variam linearmente de 0 a 100% da potência aplicada, aproximadamente.

Este dimmer não poderá funcionar, entretanto com lâmpadas fluorescentes e nem com motores do tipo derivação.

Cargas resistivas e motores universais poderão operar sem problemas.

Características

Corrente máxima: 4 A

Tensões de entrada: 110/220 V CA

Faixa de controle: 0 a 97% (aprox.)

Tipo de controle: onde completa

O CIRCUITO

O tipo mais simples de controle que podemos elaborar para uma carga é o que faz uso de um reostato, ou seja, um resistor variável ligado em série, conforme mostra a figura 1.

Figura 1 – Controle por reostato

Neste tipo de controle, a resistência em série com a carga limita sua corrente e, ao mesmo tempo, faz cair a tensão aplicada, pois passamos a ter um divisor de tensão.

O resultado deste tipo de controle não é dos melhores, pois não obtemos somente uma variação não linear de tensão aplicada, principalmente no caso de cargas não resistivas, mas também uma dissipação de uma potência tão elevada quanto a da própria carga controlada.

Reostatos de fio de grande dissipação devem então ser usados, o que, além de significar um custo elevado para o controle, também implica em gasto de energia que se converte desnecessariamente em calor (figura 2).

Figura 2 – Dissipação e reostato de potência

A eletrônica oferece soluções melhores para o controle de potência, e uma delas vem através dos tiristores (SCRS - diodos Controlados de silício e triacs).

O que se faz é um controle de potência por fase em que o SCR funciona como uma chave, que pode ser ligada em qualquer ponto do semiciclo da alimentação alternada, determinando assim que proporção da energia fornecida pode passar para a carga.

Se a Carga receber a senóide completa, ou seja, todo o ciclo de alimentação, sua potência será máxima.

No entanto, se ligarmos a alimentação deixando passar parte da senóide, quanto maior for o retardamento em relação ao início de cada semiciclo, menor será a potência aplicada, conforme sugere a figura 3.

Figura 3 – Disparos em pontos diferentes da senóide

Desta forma, bastará que ajustemos o disparo do SCR para diversos ângulos dentro de cada semiciclo, retardando-o, através de circuitos especiais, numa faixa que corresponda justamente de 0 a 1/120 de segundo, ou seja, o período de meio ciclo ou um semiciclo.

Se o retardamento for 0, teremos a potência total; se retardamos 90 graus ou 1/240 de segundo, teremos 50% da potência, e se o retardo for de 180 graus ou 1/120 de segundo, teremos a potência mínima ou zero, conforme vemos na figura 4.

Figura 4 – Ângulos de fase

Os pulsos que provocam o disparo do SCR devem ser agudos e precisos, o que se consegue com a ajuda de um outro semicondutor, o transistor unijunção.

Na figura 5 temos um circuito básico de um transistor unijunção como oscilador de relaxação.

Figura 5 – Oscilador de relaxação com unijunção

A relação de transferência (n) determina a proporção da tensão entre as bases B1 e 82 em que o transistor comuta.

Para um transistor com relação de transferência de 0,6, por exemplo, isso significa que, quando, na rede RC, a tensão for igual a 0,6 da tensão de alimentação entre B1 e B2 mais 0,6 V (para vencer a barreira de potencial da junção única) teremos o disparo.

Nestas condições, o transistor passa a apresentar uma resistência muito baixa e o capacitor pode se descarregar através da base B1, produzindo um pulso agudo, que dispara o SCR.

Utilizando um capacitor fixo e um resistor variável, podemos ajustar o tempo que o capacitor demora para se carregar e atingir o ponto de disparo do transistor para a produção do pulso desejado.

Este ajuste deve então estar entre 0, para a potência máxima, e 1/120 de segundo, para a potência mínima.

Como a relação de transferência ou relação intrínseca do transistor usado, o 2N2646, varia tipicamente entre 0,45 e 0,8 é preciso eventualmente ajustar o valor do capacitor para que a faixa desejada de retardos seja alcançada.

Valores de capacitores entre 100 e 470 nF estão dentro do previsto e o valor médio de 220nF é por onde você deve começar as experiências.

Como o circuito de disparo opera com baixa tensão, o resistor R2 se encarrega de fazer a redução.

A ponte de diodos é responsável pela retificação de onda completa, de modo a podermos controlar com um SCR (que é um diodo) os dois semiciclos da alimentação (figura 6).

Figura 6 – A ponte de diodos

Os diodos desta ponte dependem muito da corrente de carga.

Para cargas de até 2 A podemos usar tipos como o 1N4004 ou BY127, se a rede for de 110V, ou então 1N4007 ou BY127, se a rede for de 220V.

Observe que, como na ponte temos a condução do diodo apenas em metade do tempo do ciclo, ou seja, num semiciclo, diodos de correntes máximas de 1 A podem perfeitamente retificar uma corrente máxima total de 2 A.

Para correntes mais intensas, até 4 A, sugerimos a utilização de diodos de pelo menos 2 A.

MONTAGEM

Na figura 7 temos o diagrama completo do controle.

Figura 7 – Diagrama completo do controle

Na figura 8 temos a montagem feita em placa universal do tipo com disposição de matriz de contatos. .

Figura 8 – Montagem em placa universal

O SCR pode ser do tipo TIC106-B, se a rede for de 110 V, e se a rede for de 220 V deve ser usado o TIC106-D.

Em todos os casos o SCR deve ser montado num radiador de calor.

R2 e R3 são resistores de 2 e 1 W respectivamente, já que tendem a se aquecer um pouco em funcionamento C1 e R1 formam uma rede de amortecimento da comutaçã0, evitando a produção de interferência mais forte principalmente com cargas indutivas, mas, em alguns casos, pode ser necessário um filtro externo para atenuar este problema.

C1 é um capacitor de poliéster com pelo menos 200 V de tensão de trabalho.

Para C2 podemos usar os tipos cerâmicos ou de poliéster a partir de 50 V.

O potenciômetro P1 é linear de 100 k.

Não recomendamos conjugar a chave S1 a este componente, dada a corrente elevada que normalmente não é prevista para os interruptores que são montados com potenciômetros.

Os diodos são 1N4004 ou BY127 para a rede de110 V e1N4007 ou BY127 para a rede de 220 V, no caso de 2 A de carga. Para cargas até 4 A use diodos de 2 A x 200 V na rede de 110V e 2A x 400 V na rede de 220 V.

O fusível de proteção é muito importante para a garantia da rede elétrica e do próprio circuito, em caso de curto de algum diodo da ponte, principalmente.

Fios grossos devem ser usados na conexão a X1, que é uma tomada onde vai ser ligado o aparelho controlado.

Sugerimos para instalação do dimmer uma caixa, como mostra a figura 9.

Figura 9 – Caixa para montagem

O acesso externo ao suporte de fusível é importante para facilitar sua troca.

PROVA E USO

A prova pode ser feita com a ligação de uma lâmpada comum de 40 a 100 W em X1.

Se no mínimo do ajuste de P1 a lâmpada não apagar, é sinal que você deve aumentar um pouco o valor de C2, de modo a compensar as características do transistor unijunção.

Se, pelo contrário, você precisar girar um pouco o potenciômetro antes de notar que a lâmpada começa a brilhar (existe uma faixa morta) e, no máximo, a lâmpada não atingir todo o brilho, é sinal que você precisa diminuir C2.

Se entre os dois comportamentos ainda assim você não conseguir a faixa desejada de ajuste, altere R4, mas sempre aumentando-o até no máximo 22 k.

Comprovado o funcionamento é só usar o aparelho, respeitando suas Iimitações de corrente.

INTERFERÊNCIAS

A comutação rápida de SCRS causa pulsos da corrente que são ricos em harmônicas, que se estendem até a faixa das freqüências de rádio.

Desta forma, os controles de potência com triacs e SCRS causam interferências em rádios e até em televisores.

Estas interferências podem se propagar tanto pelo espaço, na forma de ondas eletromagnética, como pelos próprios fios da rede de alimentação

Para evitar a propagação pelo espaço devemos montar o controle em caixa blindada e devidamente aterrada, como mostra a figura 10.

Figura 10 – Montagem em caixa blindada

Para evitar a propagação pela rede podemos usar o filtro mostrado na figura 11.

Figura 11 - Filtro

Este filtro pode ser ligado tanto na entrada deste controle como na entrada do aparelho interferido.

As bobinas são formadas por 50 a 100 voltas de fio comum num bastão de ferrite de 10 a 15 cm de comprimento e os capacitores são de poliéster com uma tensão de trabalho acima de 450 V.