Eletrônica - Inversor para fluorescentes

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Inversor para fluorescentes
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Descrevemos a montagem de um pequeno inversor que permite acender lâmpadas fluorescentes de 4 a 15 watts a
partir de 4 pilhas recarregáveis de Nicad, 4 Pilhas comuns tamanho C ou D, ou ainda de baterias de 6 ou 12 V. O
circuito é ideal para ser agregado a um sistema de iluminação de emergência (agora que estamos diante da
possibilidade de cortes inesperados de energia). Com o seu rendimento elevado, pode-se aumentar a autonomia de
pilhas ou baterias nos sistemas de emergência.
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Newton C. Braga
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As lâmpadas incandescentes possuem um baixo rendimento na conversão de energia elétrica em luz. De fato,
menos de 30% da energia é convertida em luz, o que significa a necesidade de compensarmos com a potência o
nÃvel de iluminação desejado.
Este problema é, em especial, grave nos sistemas de iluminação de emergência que fazem uso de lâmpadas
incandescentes, pois precisamos de uma potência maior o que reduz a autonomia da fonte.
Com a utilização de um inversor podemos usar lâmpadas fluorescentes, e mesmo que seu rendimento não
seja 100% a possibilidade de termos lâmpadas mais eficientes significa que a autonomia da bateria pode ser
ampliada com a geração também de mais luz.
O inversor que apresentamos é de pequena potência para pequenas lâmpadas fluorescentes e pode funcionar
até a partir de pilhas, o que o torna ideal para um sistema doméstico de baixo consumo.
Basta ter pilhas recarregáveis em carga constante ou bateria, ou mesmo pilhas comuns, que uma ou mais
lâmpadas fluorescentes podem ser mantidas acesas por algumas horas no caso do corte de energia.
O uso de MOSFETs de potência na excitação do transformador torna o circuito bastante eficiente mesmo
utilizando um transformador comum, e sua simplicidade permite que ele seja instalado facilmente numa pequena
caixa.
Esta caixa pode incluir também todo o sistema de emergência e carga da bateria.
Como funciona
Para elevar a tensão de 6 ou 12 V de pilhas e baterias para o valor necessário à ionização de lâmpadas
fluorescentes precisamos de um circuito oscilador de potência que, normalmente, opera entre 500 e 5000 Hz
dependendo do transformador empregado.
No nosso caso utilizamos um circuito integrado CMOS do tipo 7555 (equivalente ao bipolar 555 que também pode
ser usado) na configuração astável, onde a freqüência depende de R 1, R2 e C1.
Com os valores indicados, levando-se em conta a tolerância dos componentes o circuito oscilará na faixa
indicada.
Os leitores que desejarem poderão trocar R1 por um trimpot de 100 k ohms em série com um resistor de 1 k
ohms e, com isso, terão um ajuste da freqüência de modo a encontrar a ressonância do transformador e
portanto o maior rendimento.
Os pulsos retangulares do 7555 são aplicados à comporta (gate) de um FET de potência.
Este tipo de transistor pode controlar correntes muito altas, passando para um estado de muito baixa resistência
entre o dreno e a fonte quando saturados.
Isso possibilita a transferência, com alto rendimento, da energia da bateria que alimenta o circuito para o
secundário do transformador que ele tem como carga.
O transformador usado é do tipo com primário de acordo com a rede local e secundário de 6 ou 12 V e corrente
na faixa de 100 a 250 mA (tipo pequeno, portanto).
O secundário de baixa tensão funciona como primário, recebendo os pulsos do oscilador, e no primário aparece
uma alta tensão com picos de intensidade suficiente para ionizar a lâmpada e acendê-la.
Como a forma de onda do circuito não é senoidal e nem a freqüência de 60 Hz, mesmo quando utilizamos um
transformador de 110 V ou 220 V de primário, a tensão que aparece neste enrolamento não tem esses valores.
Em alguns seus picos podem superar os 400 V, o que faz com que até mesmo lâmpadas gastas que já não
funcionem na rede de energia acendam sem problemas neste inversor.
É importante observar que a potência do circuito não é a potência da luz usada, dessa forma para uma
lâmpada maior (15 W, por exemplo) ela acenderá com brilho reduzido.
Montagem
O diagrama completo do inversor é mostrado na figura 1.
A disposição dos componentes numa pequena placa de circuito impresso é ilustrada na figura 2.
Para correntes até 200 mA o transistor não precisa de radiador de calor.
No entanto, se a corrente tender a um valor maior, o que pode ser percebido pelo aquecimento do transistor, será
interessante dotá-lo de um pequeno dissipador de calor. Este dissipador pode ser uma plaquinha de metal dobrada
em “U― com uns 4 a 5 cm2 de área.
Qualquer FET de potência que tenha uma corrente de dreno de 1 A ou mais pode ser usado no projeto.
O transformador pode ser de 110 V ou 220 V de enrolamento primário, e secundário de 5 ou 6 V com corrente
entre 100 e 300 mA. Dependendo da lâmpada será interessante usar o menor.
A lâmpada fluorescente pode ser de qualquer tipo de 4 a 15 watts.
Para a alimentação, existem diversas possibilidades:
a) 4 pilhas comuns médias ou grandes - com elas teremos algumas horas de autonomia dependendo da corrente
especÃfica de seu projeto, a qual fundamentalmente é dada pelas caracterÃsticas do transformador. A
desvantagem desta alimentação é que só podemos usar as pilhas uma única vez.
b) 4 pilhas recarregáveis de Nicad médias ou grandes - teremos uma boa autonomia com a vantagem de que
podemos recarregar as pilhas para serem utilizadas novamente.
c) Bateria de 6 ou 12 V - neste caso a vantagem está na maior autonomia e também na possibilidade de
recarregarmos a bateria.
Será interessante pensar na possibilidade de agregar ao circuito um carregador que fique permanentemente ligado
na rede de energia.
Prova e uso
Para provar o aparelho basta colocar a fonte de alimentação (pilhas ou bateria) que a lâmpada deve acender.
Se o brilho não for grande pode-se aterrar R1 e R2 na faixa de 2,2 k ohms a 47 k ohms de modo a se obter uma
freqüência de oscilação que resulte em melhor rendimento, casando com as caracterÃsticas do transformador
usado.
Uma possibilidade já comentada anteriormente consiste em agregar um trimpot de ajuste.
Não toque nos fios que vão para a lâmpada. Apesar de ser alimentado por pilhas e bateria, a tensão chega a
ultrapassar a 400 V, o que, apesar de não ser mortal, causa um choque bastante desagradável.
A lâmpada fluorescente pode ficar longe do aparelho, sem problemas, dependendo da aplicação.
Comprovado o funcionamento, é só fazer a instalação em uma caixa de modo a facilitar seu transporte e uso.
Conservação da energia
Não se pode criar energia. Lembre- se que a energia que você obtém na saÃda de um inversor é a energia
que sua bateria entrega. Assim, não espere obter mais do que as pilhas ou baterias podem fornecer num circuito
deste tipo. Muitos pensam que podem aumentar tanto a tensão quanto a corrente que uma pilha ou bateria pode
fornecer, o que significa “criar energia― Como na natureza nada se cria, nada se perde mas tudo se
transforma (Lavoisier), nenhum inversor poderá ser usadom para aumentar a “energia― de pilhas ou baterias.
Observação
Com a alimentação por um plugue do tipo acendedor de cigarros de carro, o inversor pode funcionar no carro.
Inversores para eletrodomésticos
Este tipo de circuito (com sinais retangulares e freqüência diferente de 60 Hz) não serve para alimentar muitos
eletrodomésticos e eletrônicos. De fato, os picos de alta tensão podem ser perigosos para estes aparelhos e a
própria freqüência é usada em eletrodomésticos que têm motores para sincronizar seu movimento.
Eletroeletrônicos sensÃveis à forma de onda e freqüência da rede só devem ser alimentados por inversores
apropriados que gerem uma tensão senoidal regulada de 60 Hz.
Lista de materiais
Semicondutores:
CI1 - TLC7555 ou TLC555 – circuito integrado CMOS
Q1 - IRF640 – Transistor de efeito de campo de potência – ou equivalente – ver texto
Resistores: (1/8 W, 5%)
R1, R2 - 10 k Ω – marrom, preto, laranja
Capacitores:
C1 - 47 nF – poliéster ou cerâmico
Diversos:
T1 - Transformador com primário de 110 V ou 220 V e secundário de 5 ou 6 V com corrente de 100 a 300 mA –
ver texto
X1 - lâmpada fluorescente pequena de 4 a 15 W
S1 - Interruptor simples
B1 - Pilhas ou bateria – 6 a 12 V – ver texto
Placa de circuito impresso, caixa para montagem, soquete para lâmpada fluorescente, suporte de pilhas, fios,
solda.
*Originalmente publicado na revista Eletrônica Total - Ano 18 - Edição 128 - Fevereiro/08
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