Circuito Dimmer – Gradador monofásico

Você já brincou com algum daqueles interruptores tecnológicos que aumentam ou diminuem a intensidade de uma lâmpada? Eles são gradadores monofásicos (dimmer) e neste tutorial veremos como construir um de forma muito simples com poucos componentes eletrônicos.

Um dimmer é um circuito que permite ajustar a potência entregue a uma carga através de controle manual. A palavra dimmer significa “escurecedor” em uma tradução literal do inglês, devido a comum aplicação deste dispositivo para reduzir o brilho de uma lâmpada.

Dicas  e triacs

Primeiro vamos entender como uma lâmpada ou qualquer dispositivo elétrico funciona ao ser conectado. A energia elétrica disponibilizada em nossas casas está na forma de uma tensão alternada, normalmente de 127 V ou 220 V com frequência de 60 Hz, algo semelhante ao que mostra a imagem.

Quando ligamos algum dispositivo na tomada, toda essa tensão é aplicada a ele, consumindo a máxima energia disponível. Uma forma de controlar a quantidade de energia entregue à carga seria ligar e desligar rapidamente essa tensão aplicada, de forma que apenas uma parcela da energia disponível é consumida. Para fazer isso na velocidade necessária, são utilizadas chaves eletrônicas que são capazes de fazer o chaveamento automaticamente. Existem diversos tipos de chaves eletrônicas para o nosso dimmer, no entanto, para esta aplicação usaremos um TRIAC e um DIAC.

– DIAC

DIAC é a sigla em inglês para diodo de corrente alternada, então seu funcionamento é similar a um diodo, no entanto conduzindo corrente em ambos sentidos. Quando a tensão nos seus terminais atinge um valor de disparo, ele permite a condução de corrente em qualquer sentido, até que a tensão caia abaixo de +-2 V, como ilustrado no gráfico.

– TRIAC

O TRIAC tem funcionamento bem semelhante ao DIAC, porém ao invés de permitir condução a partir de uma tensão pré-determinada, um pulso de corrente aplicado em seu terceiro terminal permite o seu disparo, conduzindo até que a corrente que o percorre caia a um valor limite.

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Mãos À obra – Construindo um dimmer

Componentes necessários

• Resistor 1kΩ
• Carga (lâmpada)
• Potenciômetro linear 100kΩ
• TRIAC 12A TIC236B (110V) ou TIC236D (220V)
• DIAC 1N5411
• Capacitor 100nF 250V

Montagem do circuito

O circuito para construir o gradador é simples, como mostrado na imagem. É importante alertar que este circuito não deve ser ligado à qualquer tipo de dispositivo elétrico. Ele pode ser usado para cargas simples como lâmpadas incandescentes, fornos resistivos. Para cargas complexas, tais como lâmpadas fluorescentes, motores e máquinas elétricas, o controle de tensão é feito por circuitos como conversores buck, ponte H, inversores, retificadores, entre outros métodos que envolvem componentes eletrônicos mais elaborados. 

 

Se você for testar o circuito em uma protoboard, certifique-se de que a corrente exigida pela sua carga esteja dentro das limitações da protoboard. Para confeccionar a placa de circuito impresso, você poderá usar programas como Proteus, KiCad, Fritzing, que possibilitam projetar o circuito que será passado para o placa. Se você possui alguma dúvida quanto a esse processo, confira o tutorial de confecção de placas.

Quando o circuito estiver devidamente montado na placa de circuito impresso, esteja atento antes de ligá-lo à rede, já que a tensão de entrada será maior que 100V e pode causar choques elétricos. Esteja certo de que o dimmer foi devidamente isolado com fita isolante e fixado antes de ligá-lo.

Quando for ligá-lo, verifique se o funcionamento está de acordo com aquele esperado e se o dimmer é capaz de variar a potência entregue à carga pelo ajuste do potenciômetro. É possível que o funcionamento não ocorra exatamente da forma correta, devido às imprecisões dos valores de resistência e capacitância dos componentes utilizados. Talvez você note que o brilho não se altera quando o potenciômetro está em algum dos limites, seja o superior ou inferior. Caso a lâmpada não esteja respondendo ao controle para acender, deve-se diminuir o valor do capacitor para faixa de 47 a 80nF, podendo ser feito pela inserção de capacitores de 100 a 470nF em série com o C1 de 100nF. No caso oposto, quando o brilho máximo for atingido mesmo antes do giro completo do potenciômetro, deve-se aumentar para 120nF a 200nF o valor da capacitância, sendo feito através da inserção de capacitores de 10 a 47nF em paralelo com o C1.

Funcionamento

Para entender como esse circuito funciona, primeiramente é necessário saber o papel do capacitor. Esse componente é capaz de armazenar carga elétrica ao ser ligado em série com uma resistência, será carregado em um tempo definido pelos valores de R e C. Chama-se constante de tempo, ou τ (tau), de um circuito RC simples (como o da figura acima), definida pelo produto R x C, sendo que o capacitor carrega em aproximadamente 4 constantes de tempo. A imagem abaixo demonstra a curva de tensão de um capacitor de um circuito RC série (em azul) após um degrau de tensão, ilustrando o carregamento. Um degrau de tensão se aproxima ao comportamento de um interruptor sendo acionado, onde uma tensão constante é aplicada instantaneamente, como mostra a curva vermelha. O ponto marcado corresponde ao tempo de um τ após o degrau.

No circuito do dimmer, conseguimos variar esse tempo de carga do capacitor por meio do resistor variável, o que permite que o capacitor demore mais ou menos tempo para atingir a tensão de condução do DIAC, que por sua vez possibilita disparar o TRIAC e acionar a carga. Quando o potenciômetro está no seu curso máximo, o tempo de carga será maior e o disparo acontecerá no final do semiciclo da tensão da rede, fazendo o brilho ser mínimo. Já quando o potenciômetro estiver no batente mínimo, a carga será mais rápida e o disparo será dado logo no início do semiciclo, fazendo o brilho da lâmpada ser máximo. Os gráficos abaixo ilustram a forma de onda da tensão sobre a carga com os disparos em instantes variáveis.

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Considerações finais

Espero que tenham gostado e aprendido com este tutorial. Embora se trate de um circuito simples, podemos fazer um dispositivo interessante e bastante prático. Mãos à obra! Explore as diversas possibilidades com o seu dimmer e traga suas dúvidas sempre que surgirem!