Este circuito tem como aplicação básica o controle de temperatura de ferros de soldar e de elementos de aquecimento até 200 watts na rede de 110 V e o dobro na rede de 220 V. No entanto, ele também pode ser usado como controle de brilho para lâmpadas incandescentes na mesma faixa de potência e controle de velocidade para pequenos motores universais tais como furadeiras, etc. O circuito é de onda completa bastante simples e se caracteriza pelo fato de usar um SCR de baixo custo.
A finalidade básica do projeto é ajustar a temperatura de um ferro de soldar para o ponto ideal conforme o tipo de trabalho a ser realizado. O usuário pode perfeitamente colocar o ferro numa condição de meia potência para mantê-lo aquecido, quando não o estiver usando e rapidamente levá-lo para a temperatura ideal quando precisar usá-lo.
No entanto, como o circuito consiste basicamente num controle de potência, ele também pode ser usado com outras finalidades, conforme sugerimos na introdução.
Pequenas estufas, câmaras de secagem ou mesmo aquecedores de aquário podem ter sua temperatura controlada com precisão utilizando-se este circuito.
Temos ainda a possibilidade de incorporar este circuito em abajurs ou mesmo num sistema de iluminação ambiente de modo a podermos controlar a intensidade de uma lâmpada incandescente linearmente de 0 até quase os 100% de seu brilho máximo.
COMO FUNCIONA
Os SCRs são controles de meia onda o que exige o uso de uma ponte de diodos para termos um controle de onda completa.
Partimos então do circuito básico da figura 1 para explicar melhor o seu funcionamento.
Observe que na saída da ponte de diodos temos apenas semiciclos positivos para a tensão alternada da rede de energia.
Estes pulsos são levados até uma rede RC de modo que, com a subida da tensão em cada semiciclo o capacitor vai se carregar.
No entanto, o circuito RC está ligado à comporta do SCR que é o elemento de disparo sensível à tensão.
Quando a tensão de disparo da lâmpada neon que é da ordem de 80 volts é alcançada este componente comuta e conduz a corrente que dispara o SCR. Com isso a resistência entre o anodo e o catodo do SCR cai praticamente a zero.
O resultado disso, é que a partir do momento em que ocorre o disparo até o final do semiciclo o SCR pode conduzir a corrente alimentando o circuito de carga.
Ora, o circuito RC tem um potenciômetro que nos permite fazer a carga do capacitor mais lenta ou mais rápida em cada semiciclo.
Se ajustarmos o potenciômetro para uma posição de maior resistência a carga do capacitor será mais lenta (maior constante de tempo), o que significa que o disparo do SCR só será conseguido no final do semiciclo.
O resultado final é que o SCR liga apenas por um pequeno tempo, suficiente para conduzir o que resta do semiciclo e a carga recebe uma pequena potência.
No entanto, se o potenciômetro for ajustado para uma baixa resistência, a carga do capacitor será rápida (menor constante de tempo) de modo que a tensão de disparo é atingida logo no início do semiciclo.
O que ocorre então é que o SCR liga logo e praticamente tem tempo de conduzir todo o semiciclo aplicando na carga maior potência.
É evidente que pelo potenciômetro podemos ajustar qualquer intervalo de tempo para o disparo no semiciclo, o que nos permite então fazer o SCR conduzir a corrente de modo a aplicar qualquer potência na carga, conforme mostra a figura 2.
De fato, o circuito é bastante eficiente e com a escolha apropriada de valores para os componentes podemos aplicar na carga qualquer potência entre 0 e aproximadamente 98% da potência máxima.
Os 100% só não são conseguidos porque o SCR produz uma queda de tensão da ordem de 2 volts quando conduz e além disso, por menor que seja R não conseguimos dispará-lo exatamente no início do semiciclo, mesmo porque o SCR precisa de perto de 1 volts para o disparo.
MONTAGEM
Na figura 3 temos o diagrama completo do controle de potência usando um SCR.
O circuito é bastante simples e pode ser montado numa pequena placa de circuito impresso, conforme mostra a figura 4.
O SCR deve ser montado num radiador de calor e seu tipo vai depender da tensão da sua rede de energia. Se a tensão for de 110 V o SCR pode ser o TIC106-B ou então ou MCR106-4. se a tensão da rede for de 220 V o SCR pode ser o TIC106-D ou ainda o MCR106-6.
Os diodos da ponte também devem ser escolhidos de acordo com a tensão da rede de energia. Para 110 V use os 1N4004 ou 1N4007. Para a rede de 220 V devem ser usados os 1N4007.
A potência da carga está basicamente limitada pelos diodos que suportam correntes de 1 A. Como conduzem alternadamente na ponte, o conjunto pode controlar correntes de até 2 ampères, se bem que o SCR possa controlar até 4 A.
Assim, existe a possibilidade de potências maiores serem controladas (até 400 W na rede de 110 V e o dobro na rede de 220 V) se os diodos forem substituídos por tipos de 2 ampères ou mais. A tensão desses diodos deve ser de 200 V se a rede for de 110 V e o dobro para a rede de 220 V.
O capacitor C1 deve ser de poliéster para 100 V e seu valor eventualmente precisará ser alterada de modo a compensar as tolerâncias dos demais componentes, caso toda a faixa de potências desejada não seja alcançada pelo potenciômetro.
O potenciômetro é comum e os demais componentes têm as especificações mínimas dadas na lista de material.
É importante alertar o leitor que, como se trata de aparelho ligado diretamente na rede de energia, existe o perigo de choques e curtos perigosos, o que significa que todo o cuidado com isolamentos deve ser previsto pelo montador.
AJUSTE E USO
Para provar o aparelho será interessante usar uma lâmpada incandescente comum de 15 a 60 watts ligada na saída.
Ajustando P1 a lâmpada deve ter seu brilho variado entre 0 e quase 100% do máximo.
Podem ocorrer os seguintes problemas que eventualmente exigem compensação de valores de componentes:
a) O aparelho não consegue a potência mínima de brilho, ou seja, a lâmpada não apaga quando o potenciômetro está no mínimo. Neste caso, o que se deve fazer é aumentar o valor de C1. O leitor pode experimentar ligar em paralelo com este componente capacitores de 10 nF, 22 nF, 33 nF e 47 nF ou mesmo mais até obter o ponto de zero.
b) O aparelho fica com uma "faixa morta" de ajuste, ou seja, é preciso virar bastante o potenciômetro antes que a lâmpada "comece" a acender. Neste caso, o que se deve fazer é reduzir o valor de C1, para 92 nF ou mesmo menos ou ainda aumentar o valor do potenciômetro. Também pode experimentar alterar R2 na faixa de 1 k ohms a 15 k ohms.
c) O aparelho não alcança a potência máxima de brilho. Neste caso o leitor tanto pode diminuir o valor do resistor R1 para 15 k ohms ou mesmo 10k ohms, pode diminuir o valor de R2 para até 1 k ohms assim como diminuir levemente o valor de C1.
Dependendo da montagem de cada um, uma combinação das três alterações será necessária para se obter o melhor desempenho. lembramos que as tolerâncias de 5% dos resistores e potenciômetros, as tolerâncias de mais de 20% em capacitores e até na tensão de disparo da lâmpada neon é que são responsáveis por esta necessidade de se adaptar o circuito para melhor desempenho.
Uma vez conseguido o funcionamento ideal é só usar o aparelho. Um botão graduado para o potenciômetro pode ajudar o leitor a encontrar os pontos de potência que deseja para cada carga controlada.
Obs: como todo circuito que usa SCRs este gera uma pequena interferência radioelétrica que pode aparecer em televisores muito próximos ou rádios AM. Um filtro para estas interferências é mostrado na figura 5.
Os capacitores devem ser de poliéster com tensão de trabalho de pelo menos 200 V se a rede for de 110 V e 400 V se a rede for de 220 V. As bobinas consistem em 40 a 60 voltas de fio 28 ou próximo disso em bastões de ferrite de 5 cm de comprimento.
LISTA DE MATERIAL
Semicondutores:
D1 a D4 - 1N4004 (110 V) ou 1N4007 (220 V) - diodos de silício
SCR - TIC106-B ou MCR106-4 (110V) ou TIC106-D ou MCR106-6 (220V) - diodos controlados de silício
Resistores (1/4 W, 5%)
R1 - 22 k ohms
R2 - 10 k ohms
P1 - 220 k ohms - potenciômetro
Capacitores:
C1 - 100 nF/100 V - poliéster
Diversos:
F1 - 4 A - fusível
NE-1 - lâmpada neon comum
X1 - Tomada comum
Placa de circuito impresso, caixa para montagem, radiador de calor para o SCR, cabo de alimentação, suporte para o fusível, botão para o potenciômetro, fios, solda, etc.
