Um **Chopper CA** (frequentemente chamado **Controlador de Tensão CA** ou **Regulador CA**) é um conversor eletrônico de potência que **modula a tensão RMS aplicada a uma carga CA** conectando/desconectando seletivamente a alimentação CA por porções de cada meio-ciclo. Diferente de um chopper CC (CC-CC), opera *diretamente na forma de onda CA* sem um elo CC intermediário.
Topologias
| Tipo | Dispositivos | Quadrantes | Aplicação |
|---|
| Monofásico Meia-Onda | 1 Tiristor (SCR) + 1 Diodo (anti-paralelo) | 1 (Uni-dir) | Raro. Componente DC → Saturação transformador. |
| Monofásico Onda Completa (SCRs Anti-Paralelos) | 2 SCRs (ou Triac) | 2 (Bi-dir) | **Padrão.** Dimmer luz, controle aquecedor, velocidade motor universal. |
| Trifásico | 6 SCRs (3 pares anti-paralelos) ou 3 Triacs | 2 (Bi-dir) | Partida suave motor, grandes aquecedores, comutação taps transformador. |
Princípio de Controle: Controle por Ângulo de Fase (Ângulo de Disparo α)
- SCR/Triac disparado no ângulo **α** após cruzamento por zero da tensão.
- Conduz de **α a π** (meio-ciclo).
- α = 0°: Condução total → Tensão RMS Plena.
- α = 90°: Meia condução → RMS Reduzido.
- α = 180°: Sem condução → Tensão Zero.
Tensão RMS de Saída (Carga Resistiva)
Vor = Vm · √[ (1/π) · (π − α + ½ sen 2α) ]
- Relação não-linear Vor vs α.
- Fator de Potência = Vor / Vm (para carga R). Cai conforme α aumenta.
Formas de Onda e Conceitos-Chave
- Entalhes / Harmônicas: Forma de onda picotada rica em harmônicas (3ª, 5ª, 7ª...). Requer filtragem para cargas sensíveis.
- Fator de Potência: **FP Deslocamento = cos(α/2)** para carga R. Ruim em ajustes baixa tensão. Penalidades concessionária possíveis.
- Dependência de Carga: Cargas indutivas (motores) causam **condução descontínua** → forma de onda tensão saída depende de L/R da carga. Controle realimentado necessário para precisão.
- Triac vs. SCRs Anti-Paralelos: Triac = dispositivo único, disparo 4 quadrantes, dV/dt menor, tensão nominal menor. SCRs costas-costas = maior potência, melhor dV/dt, drive gate discreto.
Alternativa: Controle por Ciclos Integrais (Disparo em Rajada / Cruzamento por Zero)
- Comuta **ciclos inteiros** LIGADO/DESLIGADO nos cruzamentos por zero (sem picotamento de fase).
- Geração harmônica zero (limpo).
- Usado para **cargas térmicas** (aquecedores) com alta inércia térmica (constante tempo >> período ciclo).
- Requer relé estado sólido (SSR) rápido ou contator (desgaste mecânico).
Aplicações
- Iluminação: Dimmer incandescente/halogênio (Triac). *LEDs requerem driver compatível — não chopper direto.
- Aquecimento: Aquecedores resistivos, fornos, moldagem plástico, ferros solda. (Ciclo integral preferido).
- Controle Motor: Velocidade motor universal (aspirador, furadeira). **Não para Motores Indução** (torque ∝ V², FP ruim, instabilidade). Use VFD (CA-CC-CA) para indução.
- Comutação Taps Transformador (OLTC): Taps comutados por tiristor.
- Partida Suave: Rampa α de 180°→0° em segundos. Limita corrente de partida.
Chopper CA vs. VFD (Inversor)
| Característica | Chopper CA | VFD (CA-CC-CA) |
|---|
| Frequência Saída | **Fixa** (Freq Rede) | **Variável** (0–400+ Hz) |
| Tensão Saída | Variável (RMS) | Variável (V/f constante) |
| Tipo Motor | Universal (Série) apenas | Indução, PM Síncrono, Relutância |
| Fator Potência | Ruim em baixa V | Bom (com capacitor elo CC) |
| Regeneração | Não | Sim (Front-End Ativo) |
| Custo/Complexidade | Baixo | Alto |
O Chopper CA é a forma **mais simples, menor custo** de controlar *magnitude* da potência CA na frequência da rede. **Não** é um drive de frequência variável.
