Controle de potência com triac

morfeumecatronica · 25 de setembro de 2024

SATISFAÇÕES MEUS AMIGOS !!!!!!!!!!!!!!
ME CHAMO CLEUBER E ESTOU DESENVOLVENDO UM PEQUENO PROJETO PARA CONTROLAR VELOCIDADE DE UM ALIMENTADOR VIBRATÓRIO.

Implementei um controle de potência utilizando um MCU para uma carga utilizando um TRIAC, baseado na detecção de passagem por zero. O sistema possui uma interface com botões para ajustar a "velocidade" da carga (que está relacionada ao tempo de disparo do TRIAC) e um display LCD para mostrar o status atual. A detecção de passagem por zero é feita através de uma interrupção no pino INT0, e o tempo de disparo do TRIAC é controlado por um temporizador Timer0.

Componentes principais:

TRIAC: (BTA 16) Controla a potência da carga.

Detecção de passagem por zero: Essencial para sincronizar o disparo do TRIAC com a rede elétrica.

Temporizador (Timer0): Usado para controlar o tempo entre a passagem por zero e o disparo do TRIAC.

Display LCD: Informa ao usuário o estado e os ajustes do sistema.

Botões de controle: Permitem o ajuste da velocidade da carga.

E qual é a dificuldade que estou tendo ?
Quando o controle da carga é feita apenas com o eletroimã, que é uma carga indutiva, de aproximadamente 1A, o controle é satisfatório.
Quando é adicionado o alimentador helicoidal que pesa aproximadamente 30k, o controle não consegue fazer a vibração necessária, ou seja, não vibra o alimentador.

Vou anexar o esquema eletrônico para saber se estou dimencionando certo.

No esquema abaixo está com uma frequência de 50Hz, porém aqui no Brasil usamos 60Hz que é o que estou utilizando.
Outro ponto importante, o pino 4 tem um resistor de 330 ohm para para poder limitar a corrente de disparo do gate.

Eder Neumann · 25 de setembro de 2024

deixa eu ver se entendi, ele não vibra se tiver material em cima?

ou você está tentando controlar o alimentador helicoidal junto do vibrador?

Renato.88 · 25 de setembro de 2024

Em circuitos assim, as vezes o oscilador tem que estar em sincronia com a rede.

Fica muito mais estável, pois o circuito vai funcionar nos pontos exatos da senoide mantendo uma tensão constante.

Esse circuito eu fiz já alguns anos, é um tipo de dimmer que pode ser adaptado a muitas situações.

No seu caso, preferiu usar um mcu. Mas a ideia principal pode ser aproveitada.

O circuito ficou muito melhor quando coloquei Q5 ligado a saída do transformador através de D2 e D3. Dessa forma o 555 só temporiza quando tem tensão na senoide, evitando que o triac acione a carga quando a senoide está perto do zero.

No seu caso, deve incluir uma entrada no seu mcu e programar para fazer o mesmo procedimento.

morfeumecatronica · 26 de setembro de 2024

@Eder Neumann Irmão a situação é a seguinte : vou anexar uma imagem ilustrativa para ter a ideia.

É um conjunto, eletroimã mais o alimentador.
Quando acionado o alimentador vibra e alimenta uma maquina !

@Renato.88 Irmão acredito que a ideia é boa, porém é o seguinte, já tenho as placas prontas e o circuito está parecido com esse ai, se mudar agora perco o que já fiz.

.if · 26 de setembro de 2024

De fato parece que o peso do alimentador está a atrapalhar o sistema, ou seja seu desafio está mais pra eletromecânico e não necessariamente eletrônico. Talvez um ajuste nas molas ou hastes móveis do suporte ou similar. Ou talvez aplicando mais potência no sistema p.ex. ligar em 220.

No entanto penso que você não deve reinventar a roda: analise e/ou pesquise algum que já existe e copie/melhore e etc

Eder Neumann · 27 de setembro de 2024

acho que entendi algumas questoes que podem estar implicando um pouco no desempenho.

o vibrador está operando com frequência de rede (60Hz), sendo modulada a potênica através do triac.

devido ao conjunto de molas do vibrador e o peso da "panela" vazia ele possui uma frequência de ressonância esécífica, que talvez a vazio seja compatível com a frequência da rede.

quando você coloca o material nela esta frequência muda e a "panela" não consegue mais vibrar na frequência da rede.

Também posso estar errado a respeito da colocação acima.

uma forma "simples" de testar isso seria fazer um oscilador de frequência variável para alimentar a bobina (algo similar a um conversor de frequência industrial).

Em 25/09/2024 às 16:08, morfeumecatronica disse:

o alimentador helicoidal que pesa aproximadamente 30k

o alimentador helicoidal é a parte superior do conjunto ou é um alimentador que abastece a "panela"?

se for u malimentador que abastece a panela que tipo de motor vai nele? talvez não seja interessante colocálo no mesmo "controle" do vibrador pois se a impedância elétrica dele for menor que a do vibrador praticamente toda a potência vai pro alimentador e não sobra nada para o vibrador, além de sobrecarregar seu circuito.

ajude-nos com maiores especificações técnicas deste alimentador helicoidal para entendermos como ele está sendo ligado no sistema (eletrica e mecanicamente) para sabermos quais influências possíveis ele terá sobre o conjunto.

.if · 27 de setembro de 2024

Eu acho que o amigo @Eder Neumann está com 99,99999999999% de razão.

De fato assim que publiquei minha ideora, me dei conta que existe mesmo uma ressonância no sistema, ou seja as molas/hastes devem estar meio que sintonizadas/ajustadas com a frequência.

Em tempo...Um exemplo típico daqui de baixo desta tal ressonância/casamento é um simples buzzer piezzoelétrico: seu som é bem mais alto a p.ex. 3Khz.

morfeumecatronica · 27 de setembro de 2024

@Eder Neumann

Um alimentador vibratório industrial funciona com base em um eletroímã que gera força de atração e repulsão para produzir movimentos oscilatórios,
usados para transportar materiais de forma controlada.

Estrutura básica:

1º Base fixa: Essa parte do alimentador é ancorada no local e não se move.
2ºParte vibratória (ou panela vibratória): É uma panela tipo helicoidal ou superfície sobre a qual o material a ser transportado é colocado. .
3ºEletroímã: Localizado entre a base fixa e a panela vibratória, o eletroímã gera força de vibração quando energizado.

Controle de vibração

Frequência de operação: A taxa de vibração do alimentador depende da frequência da corrente alternada (AC) 60 Hz.
Controle de amplitude: A intensidade da vibração pode ser controlada ajustando a corrente no eletroímã, o que muda a força de atração magnética e, portanto,
a amplitude da vibração. O controle de fase com TRIAC, permite ajustar a potência fornecida ao eletroímã, o que afeta diretamente a vibração.

Sincronismo com a passagem por zero

O sistemas de controle, no qual estou trabalhando, utiliza detecção de passagem por zero da corrente alternada para disparar o eletroímã em
pontos específicos do ciclo AC. Isso garante que o eletroímã seja energizado e desenergizado de forma precisa, evitando picos de corrente que poderiam
sobrecarregar o sistema e garantindo uma vibração suave, porém quando acoplo a a panela vibratória esse controle não tem força para vibrar, parece que algo
limita a potência.

Entendo que os alimentadores vibratórios que utilizam eletroímãs são cargas indutivas. Isso significa que há uma defasagem entre a corrente e a tensão, o que pode
causar desafios no controle, como o que estou passando. Um controle eficiente da fase e da passagem por zero é essencial para ajustar corretamente
a potência e manter uma vibração constante, e isso consegui fazer no algorítimo, então acredito que possa ser problema no hardware, ou no circuito de carga ou
preciso fazer alguma alteração no código para cargas mais pesadas, como a panela de 30 kg, mas cheguei em uma fase que não consigo identificar.

Para ter uma ideia, fiz o teste com o TRIAC BTA16 que é o triac principal do projeto, o comportamento dele é muito fraco, já o BT151 faz o alimentador vibrar
muito forte, porém não tem controle da velocidade.

Especificações dos Componentes de Controle (TRIAC, Optoacoplador e Snubber)

1. TRIAC (Componente chave para controle de potência)
Tensão de operação (VDRM): A maioria dos TRIACs para esse tipo de aplicação suporta tensões de pico em torno de 600V a 800V, para operar com segurança em
sistemas de 220V AC.
Corrente RMS (IT(RMS)): Deve ser dimensionado de acordo com a corrente da carga. Para sistemas industriais com eletroímãs, TRIACs como o BTA16 (16A) ou
BT139 (16A) são comuns. Para cargas menores, TRIACs com menor corrente nominal podem ser usados.
Corrente de disparo de Gate (IGT): TRIACs geralmente exigem entre 5mA a 50mA para serem disparados. Deve ser compatível com o optoacoplador que está sendo
usado para acioná-lo.
2. Optoacoplador (MOC3021 ou similar)
Tensão de isolamento: Deve ser alta o suficiente para isolar o circuito de controle de baixa tensão do circuito de potência. O MOC3021 tem uma tensão de
isolamento de 5kV.
Corrente de LED (IF): A corrente necessária para acionar o LED interno do optoacoplador geralmente está na faixa de 10mA a 20mA, com uma tensão direta em
torno de 1.2V a 1.4V.
Corrente de disparo no gate do TRIAC (IGT): O MOC3021 pode fornecer uma corrente de disparo no gate do TRIAC suficiente para acionar a maioria dos TRIACs
usados em controles de potência, como o BTA16 ou BT139.
3. Snubber (Proteção contra transientes)
Capacitor: Para cargas indutivas como o eletroímã, um snubber RC é importante para proteger o TRIAC contra picos de tensão. Um valor comum é um capacitor de
100nF (X2) com alta tensão de operação (400V a 630V).
Resistor: O resistor em série com o capacitor deve ser dimensionado para suportar os picos de corrente. Um valor típico é 100Ω a 220Ω, com uma potência de
2W para dissipar a energia de transientes.

Parâmetros de Controle (via microcontrolador)

Detecção de passagem por zero: Um circuito de detecção de passagem por zero sincroniza o disparo do TRIAC com o ciclo de corrente alternada para controlar
a fase e evitar picos de corrente. O microcontrolador usa esse sinal para calcular o tempo de disparo.

Timer de controle: O controle de fase via microcontrolador depende de um timer que ajusta o atraso entre a detecção da passagem por zero e o disparo do
TRIAC, determinando assim o ângulo de disparo (e, consequentemente, a potência).

Frequência de disparo: O tempo de disparo deve ser calculado com base na frequência da rede elétrica. Em 60Hz é de 16,67ms. O controle de fase pode variar
o disparo de 0 a 180° em cada semiciclo, correspondendo a 0% a 100% de potência.

Especificações para o Alimentador com Eletroímã (aproximadas)
Tensão de operação: 220V AC
Corrente nominal: 5A
Frequência: 60Hz
Força de vibração: 100 Newtons
Controle de fase via TRIAC: BTA16 (16A, 600V)
Optoacoplador de controle: MOC3021 (sem detecção de passagem por zero)
Snubber: 100nF / 100Ω

FICOU LOGA A EXPLICAÇÃO, porém COM INFORMAÇÕES CRUCIAIS.
Na realidade é um desafio kkkkkkkkkkkkkkkkkkkkk.

@.if Fiz o teste com um dimer, funciona muito bem.
O desafio é fazer o ajuste de velocidade de forma digital.

MOR_AL · 27 de setembro de 2024

1 hora atrás, morfeumecatronica disse:

O sistemas de controle, no qual estou trabalhando, utiliza detecção de passagem por zero da corrente alternada para disparar o eletroímã em
pontos específicos do ciclo AC

Um detalhe, que pode lhe auxiliar!

A passagem pelo zero de tensão é cheia de ruído e a senóide não é perfeita. Sempre há alguma distorção na onda.

Por outro lado, você3 pode minimizar este problema, se aceitar o que lhe apresento:

Eu costumo acionar o triac um pouco depois do zero, para a máxima potência.

Veja a figura, que eu deduzi:

Esta é a curva de potência em função do ângulo de disparo do triac. Repare que o eixo horizontal está apresentado de zero a Pi (180º), ou meio ciclo.

Eu não uso a faixa de atuação entre 0 e 18º (Pi/10) devido ao problema de conhecer exatamente onde se encontra o zero da senóide.

Se você acionar o triac em 18º, a potência entregue à carga beira 99%. O mesmo para o outro extremo. em 180-18 = 162º, a potência é cerca de 1%.

1 hora atrás, morfeumecatronica disse:

Um valor comum é um capacitor de
100nF (X2) com alta tensão de operação (400V a 630V).

No seu circuito consta um capacitor de 10nF e não 100nF

1 hora atrás, morfeumecatronica disse:

Resistor: O resistor em série com o capacitor deve ser dimensionado para suportar os picos de corrente. Um valor típico é 100Ω a 220Ω, com uma potência de
2W para dissipar a energia de transientes.

O resistor é dimensionado para limitar o valor de pico de corrente.

1 hora atrás, morfeumecatronica disse:

Detecção de passagem por zero: Um circuito de detecção de passagem por zero sincroniza o disparo do TRIAC com o ciclo de corrente alternada para controlar
a fase e evitar picos de corrente

Vale para o mesmo explicado acima.

Um detalhe importante:

O acionamento de triacs, ou tiristores (back to back) em cargas indutivas possui limitações.

Como eles desligam com a corrente nula, isso acontece depois do zero de tensão.

Em uma carga puramente indutiva, a corrente pode chegar a ser zero aos 90º seguintes. Neste caso, deve-se acionar o triac apenas após os 90º. Na medida que a carga aumenta (resistência diminui), a corrente vai terminando antes dos 90º e o triac pode ser acionado.

Em outras palavras, seria bom se houvesse o monitoramento da corrente no indutor, para poder ser acionado sem corrente.

Em tempo:

1 - A frequência de ressonância de qualquer fenômeno (mecânico, ou elétrico) de segunda ordem (LC), não se altera com a carga (resistor). Com carga mínima (alta resistência), o sistema apresenta um overshoot, uma senóide amortecida, com envoltória exponencial negativa.

Aumentando-se a carga (diminuindo-se o resistor em paralelo com LC), o sistema deixa de ter overshoot.

A senóide deixa de existir e permanece apenas a envoltória na forma de uma exponencial negativa.

2 - Eu experimentaria reduzir o peso do alimento. Isso deve aumentar a vibração. É quase certo que a mecânica não vibre na frequência de 50 ou 60Hz. Talvez um sistema que produza uma corrente no eletroímã fosse mais eficiente.

Entrando nas conjecturas sem provas....

Por exemplo.

Um PWM. O período Ton seria aplicado a um mosfet, ou IGBT. A corrente seria proporcional ao período Ton, então seria o controle de cada pacote de energia aplicada ao sistema, com o estabelecimento do valor limite da corrente.

O período T seria a repetibilidade (a energia total seria proporcional a Ton/T).

O período T não deveria ser menor a ponto de ainda haver corrente no eletroímã. Isso poderia forçar o mosfet ou igbt a ponto de queimar.

MOR_AL

Eder Neumann · 27 de setembro de 2024

propovo mais entendido de flybacks, não seria possível colocar uma realimentação no circuito vindo do eletroímã e fazer um oscilador a partir de tensão DC para excitar o eletroímã?

(talvez eu esteja querendo complicar demais algo simples também, mas esta é uma área que tenho pouco conhecimento, estou acompanhando mais pelo aprendizado)

morfeumecatronica · 27 de setembro de 2024

@MOR_AL Exatamente, estava mesmo pensando que a dificuldade do controle seja por conta do calculo de temo de disparo.

Disparo no ângulo de 0° (máxima potência): O TRIAC é disparado imediatamente após a passagem por zero.

Disparo no ângulo de 180° (nenhuma potência): O TRIAC nunca é disparado dentro do ciclo.

Disparo entre 0° e 180° (controle de potência): O TRIAC é disparado em um ponto intermediário, permitindo o controle da quantidade de energia que passa pela carga.

Para 60 Hz: um semiciclo tem 8,33 ms (8333 μs).

Se o disparo for feito exatamente no momento da passagem por zero (ângulo de 0°), o sistema está fornecendo 100% da energia à carga, porque o TRIAC será acionado imediatamente após o início do semiciclo.porém acredito que a configuração do atraso para 0 µs não está certa.
Se o ciclo de trabalho (duty cycle) estiver em 100%, o atraso deve ser 0, o que significa que o TRIAC será disparado exatamente na passagem por zero. Por outro lado, se o ciclo de trabalho estiver em 0%, o disparo não ocorre (ou seja, no ângulo de 180°, o TRIAC não é disparado).
Acredito que deverei refazer os cálculos e testar as possibilidades.

Nos testes que venho realizando, noto que a velocidade (ângulo de disparo) fica oscilando entre fraco e forte, como se fosse um pico de corrente.

A dica de acionar o TRIAC apos o zero é muito boa, obrigado !

@Eder Neumann No sistema atual já oferece um desempenho aceitável e a carga é relativamente constante, a realimentação pode não ser necessária e poderia introduzir complexidade desnecessária.

Tipo:

Sensores de vibração que podem ser sensíveis a interferências e ruídos mecânicos ou elétricos.

Requer mais processamento no microcontrolador para analisar os dados do sensor em tempo real e ajustar o controle de fase do TRIAC.

Como disse, já tenho algumas placas feitas, com isso perderia o investimento.

Acredito que seja algum ajuste para poder funcionar bem !

obrigado pelas dicas irmão !

.if · 27 de setembro de 2024

5 horas atrás, morfeumecatronica disse:

teste com um dimer, funciona muito bem.
O desafio é fazer o ajuste de velocidade de forma digital.

voltas que a ~~nossa micro~~ vida dá...

Sérgio Lembo · 28 de setembro de 2024

9 horas atrás, morfeumecatronica disse:

Na realidade é um desafio kkkkkkkkkkkkkkkkkkkkk.

@.if Fiz o teste com um dimer, funciona muito bem.
O desafio é fazer o ajuste de velocidade de forma digital.

Essa declaração nos diz que o conjunto está bem dimensionado. O que o dimer faz é variar o corte de fase do 180º ao zeroº e se ao fazer isso o conjunto responde bem basta copiar o método. Uma declaração preocupante acima, quando falou em 16,6ms do período da rede. você está trabalhando semiciclo a semiciclo, ou seja, 2 controles a cada ciclo da rede, então raciocínio tem que ser a cada 8,333ms.

No circuito do dimmer o sincronismo com a rede é inerente ao circuito, com uso de microprocessador tem que detectar a passagem pelo zero para sincronizar o processamento.

Caso tenha se distraído e esquecido do detalhe (seu timer correndo de forma assíncrona com a rede), segue abaixo um circuito muito simples e de baixo custo.

No circuito foi simulado uma instalação trifásica com 2 fases (120 graus entre elas) sendo usada. Funciona igual para fase e neutro.

A alimentação do circuito é de 5V.

morfeumecatronica · 28 de setembro de 2024

@Sérgio Lembo @.if @.if Boa !

a respeito do período de 8.33 ms, estou utilizando esse parâmetro para o TIMER0.

Simulei no Protheus, em amarelo é a detecção da passagem zero e em azul é o controle duty cicle.

.if · 28 de setembro de 2024

1 hora atrás, morfeumecatronica disse:

Simulei no Protheus,

Simula o meu pra ver que merdadá. Se não clicou nos links, ei-lo...

.... ... Tive algum motivo perturbador pra colocar R2 e C1... não me pergunte qual.

arquivo.hex anexo..dimmer10f.hex.zip

Não tem o fonte do proteus mas é bem simples de desenhar. O fonte .c 100% original está nos links. Clique se achar que deve. Perceba o minimalismo extremo ... minha marca registrada. Acho que tinha até um Vídeo simulação mas... 'e o vento levou'