Controle de Potência AC com Arduino e Triac

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Neste tutorial mostramos o funcionamento de Controle de Potência de carga AC com o Arduino. Em alguns projetos, é necessário fazer o controle de potência de carga AC, como:

Velocidade de motores, Intensidade de luz de uma lâmpada incandescente, Temperatura de aquecedores, etc.

Para fazermos esse controle é utilizado o TRIAC, onde este controlará o ângulo de disparo da senóide através de um pulso no gate num determinado ponto.

Ilustração – Triac

Quanto menor o ângulo de disparo maior potência fornecida à carga e quanto maior o ângulo de disparo, menor a potência fornecida.

Diferentes Ângulos de Disparo na Senóide feitos pelo TRIAC

Para gerar este pulso de disparo, primeiramente temos que montar um circuito detector de passagem de zero da senóide. Neste circuito temos um retificador de onda completa, onde quando tivermos tensão igual a zero o transistor do optoacoplador estará cortado, assim “cairá” 5V sobre o pino 3 do comparador que por sua vez terá nível lógico alto (5V) no pino 6 da saída do comparador.

Mas qual a função do detector de passagem de zero da senóide?

Com o detector de zero é possível ter o controle de disparo tanto no semi ciclo positivo quanto no negativo. Mais adiante você entenderá melhor!

Veja nas formas de onda acima, no momento em que a tensão da onda completa for igual a zero a saída do comparador terá nível lógico alto.O pino 6 do comparador está ligado ao pino 2 do Arduino onde será gerada uma interrupção (calma, será explicado mais adiante!!!) que por sua vez terá um atraso no pulso do pino 7, este atraso é o que determina o ângulo de disparo da senóide. Explicando o circuito de disparo abaixo, quando o pino 7 do Arduino estiver em nível lógico alto o DIAC do acoplador óptico será disparado, assim possibilitando passagem de corrente no gate.
Uma vez em que há corrente no gate o TRIAC é disparado possibilitando o acionamento da carga no ângulo determinado.

 

Circuito de Disparo do TRIAC

Componentes Utilizados para a Montagem dos Circuitos

1 – Arduino Uno;
1 – Transformador 9V+9V 500mA – 110/220VAC;
4 – Diodo 1N4007;
3 – Resistor 10KΩ;
1 – Resistor 1KΩ;
2 – Resistor 220Ω;
1 – Optoacoplador 4N25;
1 – Optoacoplador MOC3021;
1 – Amplificador Operacional LM741;
1 – TRIAC BT136;
Jumpers (macho –macho).

Programação

Explicando o Programa:

Inicialmente foram declaradas as variáveis tempo e valor. Em seguida foram feitas as configurações dos pinos de entrada e saída do sistema e também foi configurada a interrupção do sistema :

Onde:

0 – INT0 (interrupção 0), esta interrupção corresponde ao pino 2 do Arduino;

acende – nome da sub-rotina quando a interrupção for chamada;
RISING – a interrupção será chamada quando houver uma transição do nível lógico baixo para o nível lógico alto no pino 2 do Arduino.

Para finalizar a configuração do programa, o pino 7 foi definido inicialmente como nível lógico baixo.

 

 

No trecho acima temos o programa principal void loop() onde atribuímos um número à variável valor e para a variável tempo atribuímos o resultado da multiplicação 92* valor.

Mas por que fazemos essa multiplicação?

Primeiramente vamos definir o período de uma onda senoidal para a nossa frequência da rede elétrica (60Hz). Definimos a frequência como 1/T(período), ou seja, 1/60 = 16,66ms. Para ½ ciclo temos 8,33ms ou 8330us.

Definindo uma quantidade de 90 passos (pode ser outro valor), dividimos o período de meio ciclo (controlamos o ângulo de disparo por semi ciclo), pelo valor da quantidade de passos, 8330us/90 ≅92.

Para obter por exemplo um ângulo de disparo de 90º devemos atribuir à variável valor o número 92, se quisermos obter um ângulo de disparo de 45º atribuiremos o número 46 à variável valor (regra de 3).Multiplicando 92 por 46, o resultado (4232) será atribuído ao à variável tempo.
Este será o delay (atraso) em microssegundos que estará dentro da sub- rotina de interrupção até que o pino 7 seja ativado para disparar o TRIAC.

Resumindo:

Quando o circuito detectar zero, a saída do mesmo enviará nível lógico alto para o pino 2, acionando a interrupção do programa. Essa interrupção irá gerar um atraso determinado pela variável valor e pela multiplicação desta por 92.
Passado o tempo deste atraso, o pino de entrada do optoacoplador é ativado, assim disparando o TRIAC no ângulo desejado.
Veja abaixo as formas para os ângulos de disparo de 20º, 45º e 90º respectivamente.

20º
45º
90º

Note em que á medida que o ângulo de disparo aumenta, a tensão eficaz (VRMS) cai, consequentemente diminuindo a potência entregue à carga AC.

Que tal agora você implementar botões para aumentar e diminuir os ângulos de disparo?

 

Ficou com alguma dúvida ou tem sugestões? Deixe um comentário abaixo!

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