Controle de potência via computador (ART985)

O circuito apresentado tem por finalidade controlar uma carga de alta potência ligada à rede de energia, trabalhando linearmente. Se a carga for uma lâmpada, podemos considerá-lo um dimmer controlado pelo PC, e se a carga for um elemento de aquecimento (estufa), teremos o controle de temperatura via computador. O circuito é isolado opticamente do computador o que é uma garantia de segurança.

Nesta aplicação temos um controle de potência convencional usando um TRIAC em que o potenciômetro de controle é substituído por uma interface óptica que por sua vez recebe dados de um computador (PC) via porta paralela.

Dessa forma, é possível programar pelo computador a potência aplicada a um circuito de carga.

No nosso projeto prático usamos um TRIAC de 8 ampères, o que significa a possibilidade de controlarmos cargas de até 800 W na rede de 110 V, e até 1600 W na rede de 220 V.

O controle é feito numa faixa de potência que vai de aproximadamente zero até 95% da potência máxima.

Dentre os principais usos para este circuito, sugerimos os seguintes:

a) Controle de luminosidade ou efeitos de luz a partir do PC em espetáculos ou efeitos especiais.

b) Controle de temperatura em estufas ou câmaras de secagem.

c) Controle de velocidade de motores.

d) Variac controlado por computador.

COMO FUNCIONA

O circuito de potência tem a configuração convencional em que um TRIAC tem seu ângulo de condução determinado pela constante de tempo do circuito formada por R9, P1 e o foto-resistor interno ao acoplador óptico M1, além do capacitor C1.

Dessa forma, se o LDR interno a M1 estiver recebendo luminosidade máxima do LED emissor, o ângulo de condução é maior (disparo no início do semiciclo), e a potência aplicada à carga é máxima.

Por outro lado, se o disparo ocorrer no final do semiciclo, a potência aplicada à carga é mínima.

Controlando, portanto, a luminosidade do LED podemos controlar também o ângulo de condução do TRIAC, e com isso a potência aplicada ao circuito de carga.

A luminosidade do LED, no nosso caso, é controlada pelos sinais digitais provenientes da porta paralela de um PC.

Assim, compomos a corrente que passa pelo LED com as correntes que passam pelos resistores ligados a cada saída da porta paralela.

Com a combinação de 8 níveis lógicos aplicados ao LED, podemos ter 256 intensidades de brilho diferentes (1 a 256), o que nos dá 256 níveis de potência diversos aplicados ao circuito de carga.

Uma possibilidade mais simples é usar apenas 4 saídas, e com isso, se a aplicação não exigir um controle tão preciso, ter apenas 16 níveis ou potências diferentes aplicadas à carga.

Em casos como este, pode-se utilizar a porta paralela para controlar dois circuitos semelhantes, que terão 16 níveis diferentes de potência. Nesta situação, os resistores usados serão os que vão de R5 a R8 no circuito original.

A alimentação para o LED emissor vem do próprio PC, e o uso de resistores em série de valores calculados faz com que a carga que o circuito representa ao computador seja mínima.

Os diodos são usados para que a corrente das saídas de nível alto não volte para as saídas que se encontram no nível baixo, afetando assim a precisão do controle.

No projeto original foi também indicada uma lâmpada néon como elemento de disparo, mas, se o leitor quiser, poderá usar um DIAC, alterando experimentalmente o valor de C1 de modo a obter a faixa de controle desejada.

MONTAGEM

Na figura 1 temos o diagrama completo do controle de potência pelo computador.

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 2.

O TRIAC deve ser dotado de um radiador de calor de acordo com a potência que vai ser controlada. Para correntes muito altas é conveniente ligar este componente externamente, e usar fios grossos para sua conexão.

O fusível de proteção deve ser dimensionado de acordo com a corrente da carga que vai ser controlada.

Os resistores são todos de 1/8 W ou maiores, e os diodos de uso geral, admitindo equivalentes como o 1N914.

A lâmpada néon é do tipo N2H ou equivalente. O trimpot de ajuste não precisa ser multivoltas, já que a própria tolerância dos componentes usados não permite um ajuste com precisão.

O capacitor C1 deve ser cerâmico ou de poliéster é com uma tensão de trabalho de pelo menos 100 V. Em alguns casos será preciso experimentar valores próximos dos indicados para compensar as tolerâncias dos componentes usados.

M1 é um acoplador feito na própria placa contendo um LED vermelho e um LDR comum, que devem ser montados da forma mostrada na figura 3.

Como este componente é de construção caseira e pode haver diferenças de características de uma montagem para outra, em sua função C1 também poderá necessitar de ajustes de valores.

Para conexão ao PC pode ser usado um cabo de impressora com a devida identificação dos fios.

Todo o conjunto cabe facilmente numa pequena caixa de plástico ou outro material. O cabo ao PC não pode ser longo demais para que não ocorram problemas com os sinais de controle, se bem que este circuito não é crítico.

AJUSTES E USO

Para controlar o circuito, programas simples que coloquem níveis lógicos na porta paralela feitos em Visual Basic, Delphi ou mesmo Q-basic podem ser usados.

Os únicos ajustes que devem ser previstos são os seguintes:

a) Coloque nas saídas o valor 11111111 e ajuste P1 para que a potência na carga seja máxima.

b) Coloque nas saídas o valor 00000000 e verifique se a potência na carga é mínima.

c) Se a carga não for mínima na condição (b), aumente o valor de C1 e ajuste novamente P1, conforme indica o item (a).

Para usar, é só fazer o programa que coloque os valores binários de

00000000 a 11111111 na saída de acordo com a condição de controle desejada.