Triac e relé de estado sólido: acionar carga em corrente alternada

O transistor da lição anterior aciona cargas de corrente contínua — bobinas de relé, válvulas, motores de baixa tensão. Para ligar diretamente uma carga alimentada pela rede, a eletrônica usa outra família de componentes.

Esta lição trata dela, e de um sintoma que confunde muito técnico experiente: a carga que fica meio ligada, ou que liga fraco, sem que haja nada de errado com ela.

Por que o relé mecânico não dá conta de tudo

O relé eletromecânico continua presente, e com boa razão: isola totalmente o comando da potência, e o contato aberto é uma separação física real.

Mas tem três limitações. O contato desgasta a cada manobra, com arco e erosão. A operação é lenta, e isso impede controle proporcional. E o relé não aceita chaveamento frequente — um relé comutando muitas vezes por minuto tem vida curta.

Para carga que precisa ser acionada muitas vezes, ou com controle de potência, a eletrônica usa chave de estado sólido: sem contato, sem desgaste mecânico, com vida determinada pela temperatura de trabalho e não pelo número de manobras.

Triac: a chave de corrente alternada

O triac conduz nos dois sentidos, o que é exatamente o que uma carga de corrente alternada exige. Tem três terminais: dois principais, por onde circula a corrente da carga, e um gate de comando.

Duas propriedades definem o comportamento, e as duas aparecem no diagnóstico:

Uma vez disparado, ele se mantém conduzindo até que a corrente caia abaixo de um valor mínimo. Em corrente alternada isso acontece naturalmente a cada passagem da tensão por zero — ou seja, o triac se desliga sozinho 120 vezes por segundo numa rede de 60 Hz, e precisa ser disparado novamente a cada semiciclo para continuar conduzindo.

O instante do disparo dentro do semiciclo controla a potência entregue. Disparando no começo do semiciclo, a carga recebe quase toda a energia; disparando no meio, recebe parte dela. É o chamado controle por ângulo de fase, e é assim que se varia a velocidade de um ventilador de corrente alternada ou a potência de uma resistência.

Em refrigeração o triac aparece acionando ventilador de evaporador, bomba de dreno, resistência de degelo, válvula solenoide alimentada pela rede e a ventilação de balcões e câmaras.

Como o triac falha, e o sintoma que confunde

Em curto. Sintoma: carga permanentemente ligada, igual ao transistor em curto da lição anterior. É a falha mais comum.

Em aberto. A carga nunca aciona.

Disparando fora do instante correto. Este é o caso que confunde. A carga aciona, mas recebe menos energia do que deveria, e o resultado se parece com defeito da própria carga: ventilador girando devagar, resistência aquecendo pouco, solenoide zumbindo sem abrir firme. A causa pode estar no circuito de disparo — e trocar o motor não resolve.

Diante de “ventilador gira fraco”, a sequência útil é medir a tensão sobre a carga com o equipamento operando e comparar com a tensão da rede. Tensão bem abaixo da rede, com o motor bom, aponta para o acionamento, não para o motor.

O snubber: o circuito que acompanha o triac

Muitas vezes há um resistor em série com um capacitor ligados em paralelo com o triac. Esse conjunto — chamado snubber — limita a velocidade de variação da tensão sobre o componente, que pode provocar disparo indevido em carga indutiva.

Vale saber que existe por dois motivos práticos. Primeiro: snubber degradado causa disparo errático, e o sintoma é carga que aciona sozinha ou de forma irregular. Segundo: o capacitor do snubber oferece um caminho de corrente mesmo com o triac bloqueado, e por isso a carga pode apresentar uma tensão residual e mesmo um leve zumbido com o comando desligado. Isso é característica do circuito, não defeito.

Relé de estado sólido

É um conjunto pronto que reúne, num só encapsulamento, o elemento de isolamento óptico da próxima lição e a chave de potência — triac, par de tiristores ou MOSFETs. Tem terminais de entrada de comando e terminais de saída de potência, eletricamente separados entre si.

Vantagens: sem desgaste de contato, comutação silenciosa, aceita acionamento frequente e já traz o isolamento entre comando e potência.

Três limitações que precisam ser conhecidas, porque definem aplicação e diagnóstico:

Dissipa calor. Conduzindo, mantém uma queda de tensão sobre si, e essa queda multiplicada pela corrente é calor. Relé de estado sólido de corrente mais alta exige dissipador, e sem dissipador adequado a vida é curta. Substituição que ignora o dissipador original é substituição que vai falhar.

Fuga no estado desligado. Diferente de um contato aberto, a chave de estado sólido bloqueada permite uma pequena corrente de fuga. A consequência de segurança é direta: relé de estado sólido desligado não é garantia de circuito desenergizado. Para trabalhar na carga, desligue o disjuntor, não o comando.

Falha preferencialmente em curto. O contato mecânico tende a falhar aberto; a chave de estado sólido tende a falhar fechada. Em carga cuja energização indevida é perigosa — resistência de degelo, por exemplo — essa diferença é parte do projeto de proteção, e é motivo para não substituir um relé mecânico por um de estado sólido sem avaliar as consequências.

Como testar em campo

Com o circuito desenergizado e desligado do disjuntor:

1. Teste de junção entre os terminais principais. Devem estar abertos nos dois sentidos. Condução indica curto. Num triac montado na placa, lembre que a carga em paralelo pode falsear o resultado.
2. Continuidade da carga e do seu cabo. Elimina a hipótese mais simples antes de culpar o acionamento.

Com o circuito energizado, observando os cuidados de trabalho em circuito vivo:

1. Tensão sobre a carga nos dois estados de comando. Deve ser próxima da tensão da rede quando comandado, e baixa quando não comandado — lembrando da tensão residual do snubber.
2. Tensão sobre o próprio triac. O complemento da anterior: comandado, a tensão sobre ele deve ser pequena; bloqueado, deve ser praticamente a da rede.
3. Tensão de comando no gate ou na entrada do relé de estado sólido. Separa “a placa não comandou” de “o componente não respondeu” — a mesma lógica do ventilador de três fios da lição anterior.

Essas cinco medições localizam o problema sem desmontar a placa, e as três últimas são as que de fato concluem.

Erros comuns

Trocar o motor do ventilador que gira fraco sem medir a tensão que chega nele. Disparo fora do instante correto reduz a energia entregue e simula defeito do motor.

Interpretar a tensão residual do snubber como triac em curto. O capacitor do snubber conduz um pouco mesmo com o triac bloqueado.

Instalar relé de estado sólido sem o dissipador adequado. A vida do componente cai drasticamente.

Considerar circuito desenergizado porque o relé de estado sólido está desligado. Há corrente de fuga; desligue o disjuntor.

Substituir relé mecânico por relé de estado sólido em carga de risco sem avaliar o modo de falha. O estado sólido tende a falhar fechado.

O que ficou

Triac conduz nos dois sentidos, desliga sozinho a cada passagem por zero e controla potência pelo instante do disparo — é o que permite variar velocidade de ventilador de corrente alternada. Em curto, mantém a carga ligada; disparando tarde, faz a carga parecer defeituosa. O snubber que o acompanha produz tensão residual normal com o comando desligado. O relé de estado sólido reúne isolamento e chave num encapsulamento, exige dissipador, tem corrente de fuga no estado desligado e tende a falhar fechado — três fatos com consequência direta de segurança.

A próxima lição trata do componente que separa eletricamente a lógica da potência, e que torna todo esse acionamento seguro: o optoacoplador.

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• Página-pilar: Inverter e eletrônica de potência na refrigeração
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