En este artículo proponemos un montaje muy útil: un circuito que puede controlar la luminosidad de las lámparas incandescentes, la temperatura de los calentadores y elementos calefactores en general, e incluso la velocidad de motores universales. Mediante un TRIAC de alta potencia, este circuito controla cargas de hasta 800 watts en una red de 110V y el doble en una red de 220 V.
Nota: Artículo publicado en la revista Electrónica Total 108 de 2005 - ART5420
Una forma sencilla de controlar la corriente que fluye a través de un circuito resistivo es utilizar un resistor variable (o reóstato) conectado en serie, como se muestra en la figura 1.
Sin embargo, este tipo de control presenta una seria desventaja: la resistencia en serie disipa una cantidad significativa de energía en forma de calor, que se pierde. Cuanto mayor sea la potencia de carga, mayores serán las pérdidas de energía en forma de calor, especialmente en las bandas de ajuste intermedios.
Por lo tanto, en el caso de potencias intermedias, podemos tener que el elemento de control consuma tanta energía como el elemento controlado, lo que no es bueno si pretendemos reducir la potencia en la carga precisamente por razones de economía.
El circuito que proponemos en este artículo no presenta este inconveniente, ya que utiliza un elemento de control electrónico que consume muy poca energía. Por lo tanto, al aplicar menos potencia a la carga, el circuito proporciona un ahorro energético. Sin embargo, al utilizar control de estado sólido, el circuito solo puede utilizarse en ciertas aplicaciones. No se recomienda su utilización para controlar otros tipos de circuitos o cargas que no sean los recomendados en la introducción.
CÓMO FUNCIONA
La base del circuito es un TRIAC formado por un semiconductor de potencia, un diodo de cuatro capas de la familia de los tiristores, que se dispara cuando se aplica un pulso a su puerta (gaffe).
Una característica importante del TRIAC es que puede disparar y conducir corriente en ambas direcciones, lo que lo hace especialmente atractivo para aplicaciones de control de CA.
Entonces, lo que hacemos en nuestro proyecto es conectar una red de retardo variable a su elemento de puerta, que tiene una lámpara de neón como referencia al disparar.
Los componentes de la red de retardo se calculan de tal manera que podemos elegir el instante en que el TRIAC se dispara dentro de un semiciclo del voltaje de la red eléctrica de 60 Hz. Si el potenciómetro P1 se encuentra en su posición de resistencia mínima, el capacitor C1 se carga rápidamente y la lámpara de neón se activa al principio del semiciclo. En estas condiciones, el TRIAC se activa y conduce durante casi todo el semiciclo, suministrando la carga con la máxima potencia. En la práctica, se alcanza el 98 % de la potencia máxima.
Por otro lado, si el potenciómetro está en su posición de resistencia máxima, los capacitores tardan más en cargarse y la tensión de disparo de la lámpara de neón se alcanza sólo al final del semiciclo. En este caso, el TRIAC, al dispararse, solo conduce durante el final del semiciclo, lo que resulta en una menor potencia aplicada al circuito de carga.
Variando la resistencia del potenciómetro podemos obtener momentos de disparo intermedios dentro del semiciclo y, por tanto, permitir que cualquier potencia pase por el TRIAC y llegue a la carga.
La figura 2 muestra las formas de onda para las dos posiciones del potenciómetro, permitiendo que pase más o menos potencia a la carga según el tiempo de conducción o el ángulo de fase. Este tipo de control se denomina apropiadamente "control del ángulo de fase".
Una característica importante de este circuito, que ya hemos destacado, es que al no estar siempre conduciendo, el TRIAC no disipa potencia y, por tanto, las pérdidas son mínimas.
Las únicas pérdidas en este circuito se deben a la caída de tensión en el TRIAC en plena conducción, que es del orden de 2 voltios. Por lo tanto, para una corriente de 8 amperios, que representa aproximadamente 800 watts en la carga, en una red de 110V, el TRIAC disipa sólo 16 watts de potencia, lo cual no es muy significativo para un control de este tipo.
El circuito puede funcionar tanto en redes de 110 V como de 220 V, simplemente eligiendo la versión de TRIAC adecuada.
MONTAJE
En la figura 3 ilustramos el esquema completo del Dimmer.
La disposición de los componentes en una placa de circuito impreso se muestra en la figura 4.
El TRIAC debe tener el sufijo B si la red es de 110 V y el sufijo D si es de 220 V. Se pueden utilizar TRIAC equivalentes al original (para corrientes más altas). Este componente debe montarse sobre un buen disipador de calor.
La lámpara de neón es del tipo común NE-2H y el resistor R1 es de 1/2W o mayor.
El potenciómetro también es de tipo común.
Los capacitores deben ser de poliéster metalizado con una tensión de trabajo de al menos 100 V.
La carga, representada por X, debe ser de tipo resistivo, como lámparas incandescentes, elementos calefactores, etc.
No conecte este aparato para controlar lámparas eléctricas, lámparas fluorescentes u otros equipos electrónicos.
PRUEBA Y UTILIZACIÓN
Simplemente conecte el circuito a la red eléctrica y a la carga. Ajustando P1, deberíamos tener control total sobre la potencia aplicada. En el caso de una lámpara, su luminosidad debería variar de cero al máximo. Si no se alcanza el punto máximo ni el mínimo, o si no hay un control perfecto de la luminosidad en toda la banda (banda estrecha o ancha), se puede modificar el valor de los capacitores en la banda de 47 nF a 470 nF e incluso R1 en la banda de 10 k a 22 k. Las tolerancias de los componentes pueden requerir modificaciones en estos para lograr un control perfecto.
También es importante tener en cuenta que este tipo de control, debido a su rápida conmutación, genera transitorios que pueden interferir con los equipos de radio y televisión cercanos. Si esto ocurre, podemos colocar un filtro EMI en el aparato afectado o interferente (en el propio dimmer), vea la figura 5.
Los capacitores deben tener tensiones de trabajo de al menos 200 V si la red es de 110 V, y de al menos 400 V si la red es de 220 V.
Las bobinas constan de 20 a 30 vueltas de hilo 14 o 16, enrolladas en un bastón de ferrita de tamaño adecuado.
LISTA DE MATERIALES
Semiconductores:
TRIAC - TIC226B o D (dependiendo de la red eléctrica) - TRIAC
Resistores:
R1 - 10 kΏ x 1/2W - marrón, negro,
naranja
P1 - 47k Ώ - potenciómetro
Capacitores:
C1 100nF/100V - poliéster
Varios:
NE- 1 Lámpara de neón común
X1 Texto cargado
Placa de circuito impreso, disipador
de calor para el TRIAC, perilla para el potenciómetro, caja de montaje,
cables, soldadura, etc.
