INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL RICARDO GARCIA JESKE

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1 INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL RICARDO GARCIA JESKE RELATÓRIO: CONFECÇÃO DE CIRCUITO ELETRÔNICO PARA CONTROLE DE POTÊNCIA USANDO O CI TCA785 Pelotas 2009

2 RICARDO GARCIA JESKE RELATÓRIO: CONFECÇÃO DE CIRCUITO ELETRÔNICO PARA CONTROLE DE POTÊNCIA USANDO O CI TCA785 Trabalho realizado pelo acadêmico Ricardo Garcia Jeske como requisito parcial para a aprovação na disciplina Eletrônica de Potência, ministrada pelo professor Paulo Motta. Pelotas 2009

3 RESUMO Este trabalho consiste, basicamente, na montagem de um circuito eletrônico, através da confecção de uma placa de circuito impresso, com a finalidade de controlar a potência em uma carga. O circuito desenvolvido baseia-se no modelo sugerido pelo datasheet do Circuito Integrado TCA 785 da SIEMENS, que é utilizado como controlador do ângulo de disparo de componentes como os Tiristores. Em paralelo a este circuito foi adicionado outro utilizando o Circuito Integrado LM3914N-1 da NATIONAL SEMICONDUCTOR, que é um indicador linear de tensão, com a finalidade de utilizar o mesmo sinal de controle de pulso para monitoração da potencia de saída.

4 RELATÓRIO 1 INTRODUÇÃO A principal finalidade deste trabalho foi proporcionar a nós acadêmicos o contato prático com os componentes eletrônicos e ferramentas necessária para a confecção de uma placa de circuito impresso, pois é de extrema importância que todos os profissionais da área eletro-eletrônica tenham não só o conhecimento teórico, mas também uma boa noção prática. Nos dias atuais, a eletrônica de potência se faz amplamente necessária, pois, visa obter uma maior eficiência nos processos, somada a uma menor perda de energia e a capacidade de operar sob altas tensões e correntes elétricas. As principais aplicações da eletrônica de potência são no acionamento de máquinas elétricas e cargas de grande potência, através do uso de Tiristores e Transistores de alta capacidade. Neste trabalho, foi confeccionada uma placa de circuito impresso para controlar a potência em uma lâmpada incandescente, através de um controle de fase por um Triac com um transformador de pulsos. O ângulo de disparo do Triac pode ser ajustado entre 0º e 180º com a ajuda de um potenciômetro. Foi utilizado um trimpot para ajustar a rampa, ou seja, ajustar o tempo necessário para a lâmpada mudar sua luminosidade e também um potenciômetro para ajustar a tensão aplicada sobre a mesma. Conforme variamos o potenciômetro, variamos também a luminosidade da lâmpada. O mesmo sinal de saída do potenciômetro foi utilizado como entrada para o CI LM3914N-1, com a finalidade de se obter um monitoramento da potência fornecida para a lâmpada. Este CI apresenta 10 pinos de saída, onde foi conectado um led para cada pino, obtendo-se assim, um monitoramento linear da saída.

5 2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 2.1 ESCOLHA DO CIRCUITO Primeiramente foi escolhido o circuito a ser desenvolvido, a partir dos exemplos indicados no datasheet (pg.15 do Anexo 1) do Circuito Integrado TCA 785, fabricado pela Siemens, com algumas alterações sugeridas pelo professor da disciplina, somado a este circuito foi acrescentado o CI LM3914N-1 (Anexo 2) e demais componentes necessários ao seu correto funcionamento. Chegou-se então ao seguinte circuito, mostrado na figura 01: Figura 01

6 2.2 COMPONENTES UTILIZADOS Em seguida foi feito o levantamento de todos componentes necessários para a confecção da placa, A lista da placa será apresentada a seguir: com todos componentes utilizados na montagem Transformador AC 220V/18V-18V un Circuito integrado TCA un Circuito integrado LM3914N un Ponte retificadora un CI regulador de tensão un Capacitor eletrolítico 2200 uf X 25V un Capacitor eletrolítico 2.2uF. 01 un Capacitor poliéster 0.1 uf un Capacitor poliéster 47 nf un Capacitor 150 pf un Diodo 1N un Triac BT un Trimpot 10 KΩ un Trimpot 100 KΩ un Potenciômetro 10 KΩ un Led verde un Led vermelho un Bornes para ligação un Tomada fêmea c/ cabo para conexão un Soquete para CI c/ 16 pinos un Soquete para CI c/ 18 pinos un Soquete fusível un Fusível 1A un Interruptor un Transformador de pulsos un Resistor 1 KΩ un Resistor 1.2 KΩ un Resistor 2.2 KΩ un Resistor 4.7 KΩ un Resistor 10 KΩ un Resistor 22 KΩ un Resistor 220 Ω un Suporte de borracha (p/ base) 04 un 2.3 TESTES PRELIMINARES

7 Após a definição do circuito e a seleção de todos os componentes, foi feito a montagem do circuito em uma matriz de contatos, como mostrado nas figuras 02ª e 02b. O resultado não foi o esperado, mas após algumas tentativas foi suposto um possível problema de mal contato. Figura 02a Figura 02b

8 2.4 DESENHO DAS TRILHAS Para auxiliar no desenho das trilhas do circuito foi utilizado o software editor de layout desenvolvido pela CAD-soft o EAGLE Após a escolha para melhor disposição dos componentes e de modo que não houvesse cruzamento entre as trilhas, chegou-se no layout mostrado na figura 03: Figura 03

9 2.4 PROCESSO DE CORROSÃO DA PLACA Os textos inseridos no layout estão escritos de forma espelhada, pois a técnica escolhida inicialmente para a confecção da placa foi a seguinte: Imprimir as trilhas em papel couchy n 150, como mostrado na figura 03, e posteriormente fixar a parte impressa da folha com a parte de cobre da placa, já devidamente polida com uma esponja de aço e posteriormente limpa com álcool). Após a fixação foi friccionado um ferro quente (ferro de passar roupas), por aproximadamente uns 8min., depois a placa foi colocada dentro de um recipiente com água para que o papel se soltasse. Após esse processo as trilhas já estavam devidamente impressas na placa. Então a placa foi imersa em uma solução ácida figura 04a, percloreto de ferro diluído em água, e esperou-se até q as demais partes da placa que não compunham as trilhas fossem corroídas pelo ácido. Após este processo deus-e mais um polimento final e obteve-se a placa mostrada nas figuras 04b e 04c. Figura 04a Figura 04b Figura 04c

10 2.4 FRESAMENTO NA PROTOTIPADORA Como a instituição possui uma prototipadora, que nada mais é do que uma máquina CNC própria para a confecção de placas de circuito impresso, optou-se então por confeccionar a placa para o trabalho aqui descrito nesta prototipadora figura 05. O procedimento deu-se através da geração de arquivos de leitura da prototipadora a partir do layout feito no software EAGLE Nas figuras 06a e 06b, podemos ver como ficou a placa depois de concluído o fresamento na prototipadora. Uma das principais vantagem neste processo pode ser conferido na figura 06c, que é a furação perfeita feita na placa. Figura 05

11 Figura 06a Figura 06c Figura 06b

12 2.5 PROCESSO DE SOLDAGEM DOS COMPONENTES O método de fixação dos componentes a placa foi à soldagem. O processo consiste em unir dois condutores pela adição de um terceiro material condutor, que estabelece uma ligação permanente e de baixa resistividade entre eles. Este terceiro material (estanho neste caso) se funde a uma temperatura mais baixa formando uma liga intermetálica. A soldagem se destaca entre os vários processos de união entre dois condutores por suas excelentes características de rapidez, segurança, baixo custo e simplicidade. Os dois condutores são envolvidos pelo material em estado líquido em seguida o conjunto é resfriado até atingir a temperatura ambiente. A solda solidifica-se e a junção está feita. Para o processo de soldagem dos componentes na placa foi utilizado um ferro de solda de 40Watts de potência, um sugador e estanho. O resultado obtido pode ser verificado nas figuras 07a, 07b e 07c, mostrada a seguir: Figura 07a

13 Figura 07b Figura 07c

14 3 RESULTADOS Com o auxílio de um osciloscópio foi efetuado o ajustamento da rampa variando-se a resistência no trimpot de 100KΩ. Em testes preliminares realizados, pôde-se constatar que a luminosidade da lâmpada variou conforme variamos o valor do potenciômetro. Porém o resultado final não foi o desejado, pois ao variarmos a resistência no potenciômetro, deveríamos ter apenas variação no pulso de disparo, não alterando em nada a rampa. Apenas com a variação do pulso teríamos a variação correspondente na potência fornecida para a lâmpada. O que foi constatado após alguns testes é que embora o circuito controle a potência na lâmpada ele não apresenta exatamente o resultado esperado, pois ao variarmos o valor da resistência, embora a potência seja controlada corretamente, o circuito apresenta variação na amplitude da rampa, quando o esperado era que a rampa após ajustada, não se alterasse. 4 CONCLUSÕES Este projeto foi de extrema valia para os alunos, pois uniu a teoria vista em sala de aula com a prática no laboratório. Pudemos ter tido contato com processo de confecção de placas de circuitos eletrônicos desde o desenvolvimento do circuito até o processo de soldagem. Tivemos a oportunidade também de ter contato com alguns componentes até então desconhecidos para nós e ter enriquecido ainda mais a disciplina. Sendo assim, trabalhos práticos como este deveriam ser cada vez mais acrescidos aos currículos de cursos superiores de tecnologia, pois a prática enriquece em muito a teoria.

15 5 AGRADECIMENTOS Agradeço ao professor Paulo Motta (Parceirão) por nos propiciar este contato prático com a eletrônica, mesmo não sendo parte integrante da grade curricular, me senti muito feliz e motivado no decorrer da tarefa. E faço um agradecimento especial ao colega acadêmico Igor da Rocha Barros (Xirú), por toda a paciência, atenção e esclarecimentos prestados que foram imprescindíveis para a conclusão do trabalho. 6 BIBLIOGRAFIA MOTTA, Paulo Renato Avendano. Eletrônica de Potência. Notas de aula, IFSul. 7 ANEXOS Anexo 01: datasheet TCA 785 Anexo 02: datasheet LM3914N-1