Muitos eletroeletrônicos modernos como fornos, aquecedores, sistemas de ar condicionado utilizam termostatos para manter elementos de aquecimento dentro de uma determinada faixa de potências. Nesse artigo, descrevemos um aplicativo da Microchip que mostra como empregar um PIC numa aplicação desse tipo, controlando diretamente um Triac.(2007)
A finalidade desse projeto é utilizar um controle totalmente eletrônico, substituindo o antigo sistema que faz uso de termostatos mecânicos.
As limitações dos termostatos mecânicos como a necessidade de uma calibração de fábrica, um desempenho pobre em termos de precisão além da presença de componentes mecânicos que podem desgastar com o tempo, são totalmente eliminadas com a versão eletrônica.
A ideia usar um microcontrolador PIC10F204 para implementar a solução. O microcontrolador controlar a corrente a partir de informações obtidas de um sensor, atuando diretamente sobre um Triac.
Para entender como esse sistema opera devemos antes fazer uma breve análise do princípio de operação de um termostato mecânico.
O Termostato Mecânico
Nos tipos comuns de termostatos usados em aplicações elétricas (eletrodomésticos) normalmente encontramos um bimetal que modifica sua forma com o calor gerado pela passagem da corrente.
O bimetal dobra-se fechando ou abrindo um contacto elétrico em função da temperatura. O resultado desse tipo de operação é um desempenho que apresenta alguns problemas como:
• Os contatos elétricos feitos pelos próprios elementos do bimetal não são tão eficientes.
• A corrente passa por um material resistivo que expande e contrai o que significa tanto a geração de calor como o desgaste (fadiga) mecânico.
Triac
Um Triac é muito melhor para o controle de potência já que a queda de tensão nesse componente é mínima, com perdas por calor reduzidas, e além disso ele não possui partes mecânicas móveis.
Na figura 1 temos os modos de operação de um Triac como controle de potência.
Os Triacs são mais sensíveis quando operando nos quadrantes QI e QIII. Assim, o triac sugerido nesse artigo precisa de 25 mA quando opperando em QI, QII e QIII e 50 mA quando opera em QIV
A aplicação mais comum para um Triac é no controle de potência utilizando-se o disparo por fase.
Nessa modalidade de funcionamento, mostrada na figura 2, os pulsos de disparo são aplicados em diversos ângulos de fase da tensão de alimentação, possibilitando-se o controle da quantidade de energia que passa para o circuito.
Disparando-se no início do semiciclo, temos a passagem da maior parte da energia e com isso a carga opera com potência máxima. Disparando no final do semiciclo, temos a passagem apenas de uma parcela da energia e com isso a carga opera com potência reduzida.
Basta então controlar o instante em que o pulso é aplicado em cada semiciclos para se poder controlar a potência aplicada a uma carga,
Passagem Por Zero
Uma maneira de se conseguir que um triac aplique toda potência a uma carga é fazendo seu disparo no instante em que a tensão da rede passa por zero.
Esse método denominado “Zero-Cross Switching” ou Comutação na Passagem por Zero é uma solução interessante para o controle de uma carga com potência total usando um Triac. A figura 3 mostra o que ocorre.
A partir do ponto de cruzamento por zero, podemos retardar o disparo dentro do semiciclo de modo a se obter o controle de potência, ou seja, quanto de cada semiciclo deve ser aplicado à carga. Essa é justamente a finalidade do circuito sugerido pela Microchip.
Isso é conseguido justamente utilizando-se o circuito mostrado na figura 4 que é uma das soluções possíveis para um controle de potência.
A ideia básica desse circuito é fazer o disparo do triac exatamente no ponto do semiciclo que permita obter a temperatura ajustada no elemento de aquecimento.
Esse ponto de disparo é obtido pelo ajuste de P1 numa escala que vai de zero ao máximo, e os componentes são dimensionados para se controlar um elemento de aquecimento de 1 100 W.
Evidentemente, podem ser feitas alterações na etapa de pot6encia para se controlar elementos com outras potências.
Com o disparo no ponto certo do semiciclo não temos o funcionamento intermitente dos termostatos mecânicos comuns (liga-desliga), garantindo-se ainda um ajuste linear e preciso da temperatura.
No site da Microchip é possível obter a listagem para o programa de controle usado nesse projeto.
