0

Os relés de estado sólido

  • Introduzir alguns conceitos de corrente alternativa AC.
  • Apresentar os tiristores e TRIACs.
  • Conhecer os relés de estado solido ou SSR..
  • Utilizá-los para comutar una lâmpada doméstica de 220 VAC

MATERIAL REQUERIDO

Arduino UNO ou equivalente

 

Um relé de estado sólido ou SSR

 

CONTROLAR A CORRENTE ALTERNATIVA AC

Toda a nossa civilização se baseia na eletricidade alternativa e confia nela para transmitir energia barata e instantânea.

Reparamos que é possível comutar corrente alternativa com um relé normal, mecânico, por isso é razoável perguntarmos porque é que há mais tipos de relés.

O motivo é porque estes relés abrem toda uma nova gama de aplicações em regulação de potência no mundo de corrente alternativa (Que é a única que conta quando falamos de potência).

Na eletrónica industrial, o conceito de controlo de potência por regulação de fase mediante tiristores e TRIACs é a base de tudo.

O controlo da corrente alternativa, tanto monofásica como trifásica e especialmente dos motores, tem muito a ver com os tiristores, TRIACs e Relés de estado sólido.

Porque, ainda que a maior parte dos Arduineiros trabalharam toda a vida em baixa potência sem nenhum risco de receber um choque elétrico, há ocasiões em que o controlo da corrente alternativa é muito interessante, como por exemplo para desenhar um dimmer efetivo de luzes de AC ou regular a velocidade de um motorzito de AC.

TIRISTORES E TRIACS

Um relé pode comutar com facilidade 100 amperios. Basta fazer os contacto móveis mais largos e grossos para que possam transmitir semelhante intensidade, ainda que um relé assim não vai comutar com um agradável clic, mas com um golpe que o fará agitar os molares.

É aqui que reside a sua primeira debilidade. Um relé é mecânico e cada vez que comuta, faz um contacto metálico e por isso o desgaste é o seu maior inimigo. E quanto maior é o relé, mais rápido se estraga.

O outro problema é a velocidade de comutação. Um transistor pode comutar milhões de vezes por segundo mas um relé muito poucas por mais rápido que seja. E quanto maior, mais lento.

Um transistor é uma boa solução mas só a muito baixa potência. Não sofre desgaste mecânico porque não há partes móveis e por isso é muito rápido a comutar, mas a sua capacidade de transmitir alta intensidade é muito limitada.

 

Este é o seu símbolo, e decerto dará conta que parece, de uma maneira suspeita, com o símbolo de um diodo com uma patinha nova GATE ou porta.

Sem entrar em detalhes de construção, digamos que um tiristor é similar a um diodo, porque é um semicondutor que conduz numa única direção, mas com um interruptor ou Gate, que permite ou cortar essa condução e além disso, dispõe da velocidade do transistor na comutação da porta e pode-se construir em todos os ranks de intensidade que um engenheiro queira desejar.

Isso só acontece porque os tiristores são quase o sistema perfeito para controlar a potência que entregamos a, digamos um motor, mas lembre-se que a corrente alternativa comercial não tem um valor constante como a contínua, mas vai variando a sua amplitude através de um ciclo sinodal completo:

Os valores da tensão crescem e decrescem de uma forma regular através do tempo com valores positivos e depois com valores negativos. As companhias elétricas fornecem este tipo de corrente com frequências de 50 Hz e 220 VAC na Europa e 60Hz e 125VAC na América.

Há muita gente que não compreende porque se faz uma coisa tão complicada de forma geral, mas tem que entender que a tensão AC é muito eficaz para transmitir energia que a contínua, especialmente quando é trifásica e além disso perde menos energia que as linhas de transporte, entre outras muitas vantagens.

 

Mas, claro está, dissemos que um tiristor apenas conduz a corrente numa direção, como um diodo, por isso, quando a porta está ativada, o resultado de passa a corrente de cima por um tiristor seria mais ou menos assim:

Porque facilmente cortaria toda a corrente negativa sem mais, como faria um diodo. Por isso quando queremos usá-lo em corrente alternativa em vez dos tiristores, usam-se TRIACs, cujo símbolo é este:

A partir da imagem, pode perceber que é basicamente como dois tiristores em oposição, de modo que quando um se corta, o outro conduz e viceversa e encontramo-nos com um bonito componente, que conduz em ambas direções e que se governa com uma única porta.

É um componente com a velocidade dos semicondutores e a capacidade dos relés, o que faz com que se vendam como rosquilhas.

RELÉS DE ESTADO SOLIDO OU SSRS

Agora já podemos apresentar os relés de estado sólido. Basicamente existem versões de corrente continua e alternativa.

No primeiro caso utilizar transistores de potência internos e no caso dos SSR para AC frequentemente incorporara TRIACS mais um acoplador opto que garante o isolamento galvánico do sistema de controlo na Porta, com respeito ao sistema TRIAC pelo que fluem tensões e correntes elevadas.

  • Como sempre com AC, lembre-se que o cemitério está cheio de otimistas e que não combina com muitas piadas com TRIACs e corrente alternada até você que não tem certeza que você faz.
  • 220V não é um fluxo perigoso se existem diferenciais de segurança adequadas

Por isso é relativamente fácil encontrar no mercado Relés de estado sólido simples e baratos muito fáceis de incluir em nossos projetos quando são necessários, que se manejam de forma igual a um relé mecânico, mas com a enorme virtude de comutar com a rapidez de um transistor e que podemos usar como base para qualquer aplicação que requira governar corrente alternativa.

É um pack de 2 SSRs opto acoplados que podem manejar tanto tensões de até 220VAC como Continua e manejar até 2 Amperios. Controla-se de maneira exatemente igual que um relé mecânico através de uma montagem simples com o Arduino que pode controlá-lo diretamente a partir de um pino qualquer de 5V.

As ligações são triviais e simplesmente necessita de ligar tensão 5V e GND para alimentar os acoples óticos e depois manejam o disparo dos relés com um pino cada um:

 

Podemos usar um programa simples de blinking LED, para conseguir o on e off de uma lâmpada doméstica normal e corrente:

 
void setup()
   {  pinMode (6, OUTPUT) ; }

void loop()
   {  digitalWrite(6, HIGH) ;
      delay (500) ;
      digitalWrite(6, LOW);
      delay(500);
   }
 

O resultado é o que vai ver neste vídeo em espanhol:

Até aqui tudo normal e nenhuma novidade que não se possa fazer com um relé mecânico….mas de certeza que lhe ocorreu uma suspeita.

Se estes relés são tão rápidos como os transistores.. Não poderiamos dar um sinal de PWM ao controlo do SSR? Se com um sinal PWM podiamos regular a tensão eficaz que entregavamos a um motor de continua e variar a sua velocidade…Poderia fazer um atenuador de luz ou dimmer para uma lâmpada de tensão AC?

Poderia usar um programa como este: Prog_164_2

 
#include <Servo.h>      // Incluir a livraria Servo
Servo servo1;         // Criar um objeto tipo Servo chamado servo1
int angulo = 0 ;

void setup()
   {   servo1.attach(6) ;        // Conectar servo1 ao pino 6 }

void loop()
   { for(angulo  = 0; angulo  <= 180; angulo += 1) { servo1.write(angulo); delay(25); } for(angulo = 180; angulo >=0; angulo  -=1 )   
         { servo1.write( angulo );
           delay(25);
         }
   }
 

Não se confunda por usar a livraria servo. Tudo que faz é fornecer uma largura de impulso de sinal modulado no pino seleccionado e o mesmo é válido tanto para um servo como para um motor de corrente contínua.

Este vídeo mostra o que ocorre.

É outros desses exemplos nos quais uma boa ideia acaba sendo um desastre.

O motivo é que a frequência da corrente de 50Hz e a frequência de base do sinal PWM, não estão sincronizadas e isso faz com que a sua interação não seja estável sem flutuante e por isso o resultado é um pequeno desastre, muito longe das nossas intenções.

Para conseguir um atenuador ou dimmer de AC, vamos precissar de sincronizar a corrente AC e o sinal da porta do nosso SSR, lembre-se que é um TRIAC opto acoplado, de modo que possamos cortar ou permitir a condução no mesmo ponto ou fase da senoide alternativa quando nos chega e faze-lo 50 vezes por segundo na Europa e 60 vezes por segundo em América.

Para nós, fazer algo 50 vezes por segundo parece demasiado rápido, mas para os nossos Arduino e SSRs isso é um prazo larguíssimo e precisamos de detetar os passos por zero da senoide de AC e disparar o corte de tensão através da porta…um pouco mais adiante do cruzamento por zero.

 

Compreendo que agora isto pareça um pouco estranho ou até um pouco incompreensível, porque para isto vamos precisar de um par de voltas previas teóricas que os permita compreender a fundo o processo.

Todos os produtos utilizados neste artigo podem ser encontrados na Loja de Eletrónica e Robótica – ElectroFun.

Gostaram deste artigo? Deixem o vosso comentário no formulário a baixo e partilhem com os vossos amigos.

Não se esqueçam de fazer like na nossa Página no Facebook.

Podem ainda colocar as vossas dúvidas no nosso Forum da Comunidade Arduino em Portugal ou no nosso Grupo no Facebook Arduino Portugal – Qual o teu projeto?

Comments

Comentários

Jaime Mota

Deixar uma resposta