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Jeferson Pehls

Detector de zero da rede elétrica com optoacoplador

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Olá pessoal do CDH.

Pretendo fazer um detector (isolado eletricamente) de passagem por zero da tensão da rede elétrica que funcione tanto para 127 como para 220VCA.

Simulei o circuito abaixo no Multisim e o funcionamento do circuito está OK. Conforme a simulação (imagens abaixo), sempre que a tensão da rede se aproxima de uma passagem por zero, inicia-se na saída uma borda de subida ou descida cuja tensão instantânea depende da corrente instantânea que está circulando pelo led do optoacoplador.

Eu só gostaria de saber se existe alguma forma de deixar a tensão de saída "mais quadrada, com rampas mais abruptas" (o ideal seriam variações de borda exatamente nas passagens por zero, mas sei que isso não é possível), para que a detecção da passagem por zero na saída fique bem sincronizada com a passagem por zero da rede.

 

Eu pretendo usar este circuito como detector de zero, para a partir das variações de bordas da saída, fazer o controle por fase de um TRIAC com um microcontrolador.

 

OBS: Todo este tópico gira em torno da precisão da sincronia entre as bordas de saída e das passagens por zero da rede, mas talvez eu nem precise de tanta precisão assim, o que vocês acham?

 

Obrigado desde já! 

 

 

Circuito:

01.png

 

 

Vermelho = rede

Verde = saída para o microcontrolador

02.png

 

 

BORDA DE SUBIDA:

Vamos considerar que para a entrada do microcontrolador, nivel 1 = 2.3V (3.3V*0.7) e nivel 0 = 1V (3.3V*0.3)

- No instante 1 da imagem abaixo o MCU irá interpretar como nível lógico 1, porém neste instante a tensão instantânea da rede é de 27V.

03.png

 

 

 

BORDA DE DESCIDA:

Vamos considerar que para a entrada do microcontrolador, nivel 1 = 2.3V (3.3V*0.7) e nivel 0 = 1V (3.3V*0.3)

- No instante 1 da imagem abaixo o MCU irá interpretar como nível lógico 1, porém neste instante a tensão instantânea da rede é de 13.8V.

04.png

 

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Circuitos comparadores de tensão e Schmitt Trigger servem para isso.

Calculando resistores para um divisor de tensão ligado a entrada de um comparador faz com que você tenha a opção de "escolher" em que momento a saída deve passar para um ou para zero.

Aplicando a saída do comparador a uma porta Schmitt Trigger você passa a ter uma onda completamente quadrada e com a passagem de nível no momento que quiser.

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Olha.

Se você vai acionar triacs com este sinal, então considero que vai transmitir potência para alguma carga, certo?

Sendo assim, fiz uns cálculos e concluí que se você acionar o triac não ao zero grau da fase, mas lá para os 36º (e 180º + 36º), mesmo assim, você estará transmitindo à carga cerca de 95% da potência máxima.

Segue o gráfico da potência transmitida à carga em função do ângulo. O eixo horizontal está em radianos, mas para converter para graus basta multiplicar o valor encontrado por 180º.

Ex:

Do eixo vertical escolhe-se, por exemplo, 50% da potência máxima. O ponto correspondente no eixo horizontal é 0,5 PI. Como PI está associado aos 180º. então 0,5 x 180º = 90º.

 

O mesmo é válido para "desligar" a carga. Com 144º, apenas 5% da potência total é transferida.

Em outras palavras. Para valores máximos ou mínimos de potência a ser transferida, não é necessário ter tanta precisão no ângulo de disparo.

MOR_AL

 

PotênciaTriac.jpg

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Obrigado a todos pelas respostas.

 

mestre88: Estes componentes extras adicionariam um custo a mais no circuito, vou preferir deixar o circuito atual, que é "menos perfeito" e economizar.

 

vtrx:

Entendi o circuito, mas creio que este também tenha a mesma imperfeição do circuito que eu postei, ou seja, a passagem por zero da rede não fica exatamente sincronizada com as bordas da saída, pois para que os transistores saturem é necessário uma corrente mínima circulando pelos leds, e isto só irá acontecer quando tensão instantânea da rede estiver em um determinado valor.

 

MOR:

Sim, o TRIAC irá controlar a tensão RMS que será aplicada a um motor AC, os de portões eletrônicos a princípio.

Entendi o gráfico. Para uma rede de 127VCA, se eu conseguir transferir pelo menos 90% da potência para o motor já está ótimo, então vou usar mesmo o circuito que postei, pois ele tem só um optoacoplador e assim o custo é reduzido.

 

Att.

 

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31 minutos atrás, Jeferson Pehls disse:

.... então vou usar mesmo o circuito que postei, pois ele tem só um optoacoplador e assim o custo é reduzido.

 

E como vais poder disparar sincronizado com o semiciclo inferior???

Com um opto acoplador só vais conseguir disparar o triac num semiciclo. Ao final deste semiciclo que é na próxima passagem por zero, a corrente na carga cessara e o Triac se desligará, necessitando novo pulso de gate para continuar a conduzir..

 

Ou colocas uma ponte de diodos na entrada de seu detector ou sairá dele, mesmo colocando um triac, corrente contínua pulsante, com um só semiciclo..

 

Outro modo é usares o teu circuito e entregar a tarefa a microcontrolador para que ele emita pulsos de disparo a partir do flanco de subida e novos pulsos a partir do flanco de descida do sinal do optoacoplador.

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46 minutos atrás, faller disse:

Outro modo é usares o teu circuito e entregar a tarefa a microcontrolador para que ele emita pulsos de disparo a partir do flanco de subida e novos pulsos a partir do flanco de descida do sinal do optoacoplador.

 

É isso que eu pretendo fazer, gerar os pulsos de disparo para o TRIAC após a detecção de cada variação de borda (subida e descida), vou conectar o sinal de saída desse circuito em algum pino do MCU que tenha a função de interrupção por change notification (CNx).

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Um outro detalhe.

Um motor tem componente resistiva e indutiva. Isso significa que a tensão pode passar por 180º ou 360º e a corrente AINDA não terminar. Neste caso em particular, um pulso para disparar o triac, durante este período, pode queimar o triac. Isso ocorre muito quando a carga possui um ângulo de fase respeitável (Quanto? não sei), entre a tensão e a corrente. Mas um snubber é necessário para poupar o triac de porrad... erh, surtos de tensão.

MOR_AL

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Em 7/8/2016 às 16:08, MOR disse:

Um outro detalhe.

Um motor tem componente resistiva e indutiva. Isso significa que a tensão pode passar por 180º ou 360º e a corrente AINDA não terminar. Neste caso em particular, um pulso para disparar o triac, durante este período, pode queimar o triac. Isso ocorre muito quando a carga possui um ângulo de fase respeitável (Quanto? não sei), entre a tensão e a corrente. Mas um snubber é necessário para poupar o triac de porrad... erh, surtos de tensão.

MOR_AL

 

Não sabia dessa, tenho muito pouco conhecimento sobre chaveamento de cargas indutivas.

Agora que tive tempo para continuar esse projeto... está abaixo o meu circuito atual da parte de potência.

Ainda não tenho confiança a respeito desse circuito.

- O TRIAC (escolhi o BTA12-800SWRG) é do tipo snubberless, mas mesmo assim estou cogitando adicionar um snubber RC. O problema é que eu não sei calcular/estimar o valor do resistor e do capacitor. Já tenho um 47nF 250VAC no circuito, gostaria de usar o mesmo valor de cap. no snubber, só não sei como calcular/estimar o valor do resistor (e a potência do mesmo).

- Será que teria alguma utilidade em adicionar um varistor em paralelo com o TRIAC ou então um varistor em paralelo com cada um dos enrolamentos do motor, para auxiliar na proteção do TRIAC?

 

Gostaria de adicionar uma proteção para o TRIAC, para evitar ao máximo disparos indesejados/aleatórios do mesmo e queima por sobre-tensão, mas não tenho conhecimento suficiente em eletrônica de potência, alguém que entenda do assunto poderia dar uma ajuda? A corrente máxima que circulará para a carga indutiva é de 6.8A...220VAC

 

Att.

 

TRIAC_01.png

 

 

 

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@Jeferson Pehls ,

 

Oras, basta pedir e irás receber !!!!!

 

Mas te adianto que para poder calcular voce precisa ter um conhecimento perfeito da carga, isto é, todos os valores indutivos/capacitivos/resistivos..... Fazem mais de vinte anos que eu não via algo semelhante , e pode acreditar que é um artigo feito para engenheiros....

 

http://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/application_note/38/88/44/b8/2c/26/44/b8/CD00004096.pdf/files/CD00004096.pdf/jcr:content/translations/en.CD00004096.pdf

 

Paulo

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