Controle de potência de carga 110/220Vac. Controlado por: ESPs Arduínos ou PICs + PCI

Fig 1 - PCI - Controle de potência de carga 110/220Vac. Controlado por: ESPs Arduíno ou PICs

Olá a Todos!

Hoje em dia, todos estamos envolvidos com circuitos de automação, disparo remoto, controle de cargas remotamente, etc., e sempre utilizamos o velho e conhecido Relê, seja ele Relê de contato, utilizando bobinas com contatos de fechamento metálico, ou com os mais avançados “caros” Relê de Estado Sólidos. 

Mas para controlar uma carga de potência em 220V, com níveis de controle diferentes com o seu microcontrolador isolado da rede de energia, podemos dizer que não é tão simples de encontrar um módulo para dimerização e controle de carga controlado por Microcontroladores com um custo baixo. 

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Foi pensando nisso que apresentamos esse pequeno circuito que pode controlar eficientemente a; luminosidade de uma lâmpada incandescente, velocidade de um motor elétrico, temperatura de uma estufa, secador de cabelos ou qualquer outro eletrodoméstico elétrico que possa ser controlado através de um Dimmer. 

Todo esse controle se dar ao uso de um microcontrolador que pode ser um ESP8266, ESP32, Arduino, PIC ou qualquer outro Microcontrolador que você estiver utilizando, que controla o módulo de potência baseado em um TRIAC. 

Funcionamento do Circuito

O TRIAC é acionado através de um DIAC que conduz a partir de uma tensão de 28V, ele é quem controla o ângulo de condução do TRIAC, disparando-o em diversos pontos do sinal senoidal da rede de energia, sendo assim possível aplicar potências diferentes na carga controlada.

Para controlar o disparo do TRIAC, é usado um circuito RC, de maneira que a modificação dessa resistência, dispara o TRIAC em pontos de semi-ciclos de energia da rede.

Para conseguirmos modificarmos a resistência controlando por um Microcontrolador, implementamos um divisor somador com 3 resistores diferentes conectados através de um opto-acoplador.

Através desse conjunto de resistores que formamos o Req pelo qual podemos controlar o circuito RC de retardo onde Req configurado no máximo valor. 

O tempo de carga de C1 até o disparo do DIAC é maior, pela qual ocorre um tempo maior do semi-ciclo da energia da rede, fazendo com que a carga tenha uma menor potência.

Já com Req na posição mínimo a carga de C1 é rápida e o disparo do DIAC ocorre no início do semi-ciclo, tornando a potência da carga no máximo, sendo assim, podemos controlar a potência máxima e mínima na carga. 

E vale salientar que quando utilizamos esse circuito para controlar motores, ele corta uma parte do semi-ciclo, mantendo a tensão em 220V, o que significa que o torque de um motor se mantém mesmo sendo controlado em baixa velocidade, o que o assemelha ao motor DC controlado por PWM.

ATENÇÃO!

Esse circuito trabalha conectado diretamente à rede elétrica, com carga com potência elevada, qualquer descuido, ou ligações erradas, erro no projeto, ou qualquer outra ocasião, pode levar a danos irreversíveis. 

Nós não nos responsabilizamos por qualquer tipo de acontecimento. Se você não tem experiência suficiente, não monte esse circuito, e se montar, ao testar, esteja com as devidas proteções e acompanhado por outrem. 

O Circuito

Na Figura 2, temos o diagrama esquemático do circuito de Controle de potência de carga 110/220Vac. Controlado por: ESP8266, ESP32, Arduíno ou PICs com TRIAC TIC246, utilizamos 3 portas digitais do Arduino, D9, D10, D11.

Para controlar o circuito de potência, foi utilizado resistores em série para controle de corrente no entre a saída digital do Arduino (5V), e o Opto-acoplador, que utiliza um LED Infra-vermelho interiormente, e sabemos que se aplicarmos uma tensão de 5V direto no LED, ele irá queimar. 

Fig. 2 - Controle de potência de carga 110/220Vac. Controlado por: ESPs Arduinos ou PICs

O Opto-Acoplador MOC

As séries de Opto-acopladores MOCs são dispositivos de driver TRIAC isolados opticamente. Esses dispositivos contêm um diodo emissor de infravermelho GaAs e um comutador bilateral de silício ativado por luz, que funciona como um TRIAC.

Eles são projetados para interface entre controles eletrônicos e TRIACs de potência para controlar cargas resistivas e indutivas para operações de 115 ou 220 VCA.

E é através desse fechamento que conseguimos diminuir a resistência que colocamos em seus terminais, e baixamos a queda de tensão que ocorre através dessa resistência e assim, aumentamos a carga em C1, e o disparo do DIAC ocorre no início do semi-ciclo, aumentando a potência da carga.

O Opto-acoplador que utilizamos foi um MOC3021. Ele pode estar substituindo por:  MOC3020, MOC3021, MOC3022, MOC3023, OPI3020, OPI3021, OPI3022, OPI3023, MCP3020, MCP3021, MCP3022, GE3020, GE3021, GE3022, GE3023, todos são compatíveis.

Tabela dos Resistores em Série

Por utilizarmos 3 resistores em série/ponte, conseguimos 8 combinações de resistências diferentes, e na Figura 3 temos a tabela para verdade para seguirmos e podermos programar as combinações sequenciadas nas portas do Arduino.

Fig 3 - Tabela Verdade Controle de potência de carga 110/220Vac. Controlado por: ESPs Arduino ou PICs

A Potência do Circuito

A potência total da carga que podemos colocar em nosso circuito, só dependerá unicamente do tipo de TRIAC que você utilizará, em nossa montagem, fizemos com o TIC246, por ser um TRIAC que suporta até 16 Amperes, que seguindo a lei de ohms, temos que:

A potência “P” é igual à tensão “V” multiplicado pela corrente “I”:

• P = V * I 
  

Em nosso caso:

• P = 220 * 16
• P = 3.520W

Ou seja, uma carga muitíssimo grande, se falamos de carga residencial, no entanto, existem diversos tipos de TRIACs para ser utilizados, deixamos alguns dos mais conhecidos e fácil de se encontrar no mercado para você poder utilizar conforme o seu projeto: 

• TIC116 para 6A

• TIC226 ou BT137 para 8A 

• TIC236 ou BT138 para 12A

• TIC246 ou BT139 para 16A

• TIC256 ou BTA20 para 20A

• TIC266 ou BTA24 para 25A
  

Lista de Componentes

• T1 -------------- Triac de Potência TIC246D ou substituto *ver texto*

• D1 -------------- Diodos DIAC DB3 ou substituto

• U1, U2, U3 --- Opto-acoplador MOC3021 ou substituto *ver texto*

• R1 -------------- Resistor 47Ω 1/4W (amarelo, violeta, preto)

• R2 -------------- Resistor 6.8KΩ 1/4W (verde, cinza, vermelho)

• R3 -------------- Resistor 47KΩ 1/4W (amarelo, violeta, laranja)

• R4 -------------- Resistor 100KΩ 1/4W (marrom, preto, amarelo)

• R5 -------------- Resistor 220KΩ 1/4W (vermelho, vermelho, amarelo)

• C1 -------------- Capacitor Poliéster / Cerâmico 0.22uF ou 220nF

• C2 -------------- Capacitor Poliéster / Cerâmico 0.12uF ou 120nF

• J1 --------------- Conector Barra Macho 4 pinos

• P1, P2 ---------- Terminal Kre Block Borne Conector Duplo 2 Vias

• Diversos ------- Placa Circuito Impresso, estanho, fios, etc.

Download:

Estamos dispondo para Download o link com os arquivos para impressão da placa de circuito impresso, são eles: Gerber, PDF layout, webp, tudo isso com link direto para o Mega.

Link Direto: Arquivos, Layout PCB, PDF, GERBER

E por hoje é só, espero que tenham gostado!

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