Dimmer de Potencia en Corriente Alterna utilizando TRIAC y DIAC
Introducción
Un dimmer es un circuito electrónico utilizado para controlar la potencia suministrada a una carga conectada a corriente alterna (CA). Su aplicación más común es la regulación de la intensidad luminosa de lámparas incandescentes, aunque también puede emplearse para controlar la potencia entregada a calefactores, soldadores eléctricos y algunos tipos de motores universales.
El principio de funcionamiento se basa en el control del tiempo durante el cual la carga recibe energía en cada semiciclo de la señal de corriente alterna.
Componentes principales
TRIAC
El TRIAC (Triode for Alternating Current) es un dispositivo semiconductor capaz de conducir corriente en ambos sentidos una vez que recibe un pulso de disparo en su terminal denominada compuerta o Gate.
A diferencia de un transistor convencional, el TRIAC permanece conduciendo después del disparo hasta que la corriente que circula por él disminuye por debajo de un valor mínimo denominado corriente de mantenimiento, situación que ocurre naturalmente cuando la señal senoidal pasa por cero.
DIAC
El DIAC es un dispositivo semiconductor bidireccional que permanece bloqueado hasta que el voltaje aplicado alcanza un determinado valor de ruptura.
Cuando se alcanza dicho voltaje, el DIAC conduce abruptamente permitiendo el paso de corriente hacia la compuerta del TRIAC, provocando su disparo.
Red RC de disparo
Está formada por:
Un resistor fijo.
Un potenciómetro de ajuste.
Un capacitor.
Esta red determina el tiempo que tarda el capacitor en cargarse durante cada semiciclo de la señal de CA.
Funcionamiento del circuito
Durante cada semiciclo de la tensión alterna:
El capacitor comienza a cargarse.
La velocidad de carga depende de la resistencia total de la red RC.
Cuando el voltaje del capacitor alcanza el voltaje de ruptura del DIAC, éste conduce.
El DIAC envía un pulso a la compuerta del TRIAC.
El TRIAC entra en conducción.
La carga recibe energía durante el resto del semiciclo.
Cuando la corriente pasa por cero, el TRIAC se apaga automáticamente.
El proceso vuelve a repetirse en el siguiente semiciclo.
Ángulo de disparo
El instante en que el TRIAC comienza a conducir se denomina ángulo de disparo.
Este parámetro determina cuánta energía recibe la carga.
Ángulo de disparo pequeño
Cuando el capacitor se carga rápidamente:
El TRIAC dispara cerca del inicio del semiciclo.
La conducción ocurre durante gran parte del semiciclo.
La potencia entregada a la carga es elevada.
La lámpara brilla con mayor intensidad.
Ángulo de disparo grande
Cuando el capacitor tarda más en cargarse:
El TRIAC dispara cerca del final del semiciclo.
El tiempo de conducción disminuye.
La potencia promedio entregada a la carga es menor.
La lámpara reduce su brillo.
Función del potenciómetro
El potenciómetro permite variar la resistencia de la red RC.
Al aumentar la resistencia:
El capacitor tarda más en cargarse.
El disparo ocurre más tarde.
El ángulo de disparo aumenta.
La potencia disminuye.
Al disminuir la resistencia:
El capacitor se carga más rápido.
El disparo ocurre antes.
El ángulo de disparo disminuye.
La potencia aumenta.
Interpretación de la simulación
En la simulación se observan tres señales principales:
Señal de la red eléctrica
Es una onda senoidal de 220 V RMS.
Su valor máximo o pico se obtiene mediante:
Vp = Vrms × √2
Por lo tanto:
Vp = 220 × 1.414
Vp ≈ 311 V
Por esta razón la gráfica alcanza aproximadamente +311 V y -311 V.
Voltaje del capacitor
Presenta una carga progresiva durante cada semiciclo.
Cuando alcanza el voltaje de ruptura del DIAC ocurre el disparo.
Voltaje en la carga
No aparece la senoide completa.
Solo se observa la parte del semiciclo posterior al disparo del TRIAC.
Mientras más tarde ocurre el disparo, menor será la energía entregada a la carga.
Ventajas del control por TRIAC
Alta eficiencia energética.
Pérdidas reducidas.
Bajo calentamiento del circuito.
Control continuo de potencia.
Circuito relativamente simple y económico.
Aplicaciones
Los dimmers se utilizan en:
Regulación de iluminación.
Control de calefactores eléctricos.
Control de velocidad de motores universales.
Equipos de laboratorio.
Sistemas de automatización industrial.
Conceptos clave para recordar
El TRIAC conduce corriente en ambos sentidos.
El DIAC se utiliza para disparar el TRIAC.
El capacitor determina el instante de disparo.
El potenciómetro modifica el tiempo de carga del capacitor.
El ángulo de disparo controla la potencia entregada a la carga.
El TRIAC se apaga cuando la corriente pasa por cero.
Una red de 220 V RMS posee aproximadamente 311 V de valor pico.
Un mayor ángulo de disparo implica menor potencia en la carga.
Un menor ángulo de disparo implica mayor potencia en la carga.
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