AULA PRÁTICA 01
CONTROLE POR FASE
1.
Objetivos:
•
•
Estudo do Circuito Integrado TCA785
Controle por fase utilizando um TRIAC
2.
Introdução:
Nesta aula prática iremos projetar um circuito para controle da tensão eficaz em uma
carga resistiva. Este circuito é normalmente utilizado para controlar a intensidade luminosa
de uma lâmpada (“dimmer”) ou a temperatura de um forno elétrico resistivo e é também
conhecido na literatura técnica como gradador. Para tal, utilizaremos como dispositivo de
potência um Triac e o circuito integrado TCA785 para comando deste dispositivo.
O estágio de potência é apresentado na figura 1 e a forma de onda da tensão sobre a
carga é mostrada na figura 2 para um ângulo de disparo θo. O circuito RC em paralelo com
o Triac evita sobretensões nos seus terminais.
Figura 1: Estágio de potência de um dimmer
Exercício: Deduzir a expressão da tensão eficaz de saída em função do ângulo de
disparo θo para uma carga resistiva. A tensão da rede é Vmaxsin(ωt).
Traçar um gráfico:
• Tensão eficaz de saída x Ângulo de disparo;
• Potência de saída x Ângulo de disparo;
Figura 2: Tensão da rede e tensão de saída sobre a carga.
Um circuito de controle por fase, para gradador ou retificador deve efetuar as seguintes
funções:
• Sincronismo com a rede;
• Geração dos pulsos de disparo e amplificação e
• Isolamento elétrico.
O ângulo de disparo para o Triac é definido pela comparação de uma tensão de
referência contínua com uma dente de serra. A dente de serra deve ser sincronizada com a
rede e para garantir-se este sincronismo é necessária informação dos instantes de passagem
por zero da tensão da rede. A tensão da rede é amostrada pelo circuito detetor de passagem
por zero, e é denominada de tensão de sincronismo.
O isolamento elétrico possui dupla função. A primeira delas é garantir o isolamento
entre os estágios de potência (em geral de tensão elevada) e os circuitos de comando e
controle (em geral de baixa tensão) garantindo assim a segurança do operador. Em algumas
situações pode-se abrir mão da utilização do isolamento elétrico em função de diminuição
de custos (p.e. dimmer residencial). A segunda função é comandar dispositivos em
estruturas onde as correntes de comando devem circular por circuitos diferentes como p.e.
em retificadores controlados. Neste caso a utilização de isolamento elétrico é obrigatória.
Normalmente o isolamento elétrico pode ser feito com transformador de pulso ou
acoplador ótico.
3.
O circuito de controle TCA 785:
Exercício: Estudar o funcionamento do TCA785, em anexo. Verificar os exemplos de
aplicação no final do “data sheet”.
4.
Transformador de Pulso:
Suponhamos que num determinado instante seja aplicado um pulso de amplitude E em
um transformado de pulso. O fluxo no primário do transformador cresce linearmente
conforme a equação abaixo:
dB VPr imário
=
dt
N * AC
B(t ) =
VPr imário
*t
N * AC
onde: N é o número de espiras no primário do transformador e
AC é a seção reta do transformador.
A máxima densidade de fluxo no núcleo do transformador deve ser inferior à aquela
da saturação do material utilizado na construção do transformador. Como o número de
espiras e a seção do núcleo são constantes, para evitar-se a saturação do circuito magnético
não se deve exceder o produto Tensão x Duração do Pulso nominal do Transformador.
Quando o pulso é retirado, é necessário desmagnetizar-se o transformador, ou seja o
fluxo no transformador deve ser anulado antes de reaplicar-se um novo pulso no
transformador.
O núcleo dos transformadores de pulso são normalmente de ferrite, já que este
material apresenta menores perdas de Histerese e Foucalt em alta freqüência, e a densidade
de saturação do ferrite é de 0,32T. Os transformadores disponíveis no laboratório são de
100V/µs e a relação de transformação de 1:1.
Se houver necessidade de aplicar-se um pulso tal que o produto Tensão * Duração do
Pulso exceda o valor nominal do transformador deve-se aplicar ao transformador um trem
de pulsos. A placa de comando de tiristores desenvolvida no Laboratório de Eletrônica de
Potência da UFMG utiliza um CI 555 funcionando como oscilador ástavel gatilhado.
Quando a entrada de “reset” do 555 estiver em nível lógico “0”, a saída do 555 é inibida e
nenhum pulso é aplicado ao transformador. Entretanto, quando a entrada estiver em nível
lógico “1” a saída é habilitada e um trem de pulsos é aplicado ao transformador.
A figura 3 apresenta o diagrama típico de comando de um transformador de pulso. O
resistor R tem dupla função: a primeira é limitar a corrente no gatilho do tiristor e no
primário do transformador, case este sature e a segunda é acelerar a desmagnetização do
transformador.
TH
TR
D2
D1
E
DZ
R
Q1
Figura 3: Circuito típico de disparo de um tiristor.
5.
Desenvolvimento de um Dimmer:
1. Projetar e montar em um protoboard um circuito de comando para o circuito da figura
1 utilizando o TCA785. A amplitude da forma de onda da dente de serra deverá ser de
10V, respeitando-se os valores máximos e mínimos do resistor do pino 9 e do capacitor
do pino 10 do TCA 785
2.
A tensão de sincronismo, que irá ao pino 5 do TCA 785, é fornecida por um
transformador com secundário de 7,5Veff. Lembrar do resistor limitador de corrente.
3.
Os pulsos de saída devem obrigatóriamente serem isolados através de um
transformador de pulso. Observar a presença de um resistor limitador de corrente em
série com o transformador bem como o circuito de desmagnetização do transformador.
4.
A corrente máxima de saída do TCA (pinos 14 e 15) é de 300mA. Projetar um circuito
amplificador do pulso de saída do TCA.
5.
Observar as formas de onda da tensão na dente de serra (pino 10), da entrada de
controle do TCA (pino 11), da saída (pinos 14 e 15).
6.
Observar a forma de onda da tensão sobre a carga para diferentes ângulos de disparo.
7.
Observar a forma de onda da tensão sobre o Triac.
8.
ATENÇÃO A CONEXÃO DOS TERRAS DOS 2 CANAIS DO OSCILOSCÓPIO