América Latina e os Perigos da Energia AC (III)

Lembre-se que na última edição, Garth Powell investigou as questões de filtragem e isolamento da energia AC. Desta vez ele vai falar sobre regulação de tensão.

por Garth Powell*

Até agora escrevi sobre a semelhança única de cada instalação eletrônica profissional, seja ao vivo som, radiodifusão de rádio e televisão, locais esportivos, casas noturnas ou sistemas audiovisuais automatizados para salas de reuniões: todos eles dependem do fornecimento de energia de corrente alternada (AC). Nos dois artigos anteriores discutimos picos e transitórios de AC, o perigo da fonte de alimentação multifásia com problemas de ruído CA neutros e intermitentes, circuitos terrestres e compressão atual.

Algumas dessas questões são cruciais para cada instalação, enquanto outras só se tornam importantes quando o aplicativo garante o interesse em manter os mais altos níveis de qualidade. Por exemplo, se estamos fornecendo energia para um sistema de computador para um escritório ou para um estágio cheio de amplificadores de energia de alta qualidade e consoles de mistura, devemos proteger o equipamento e garantir que não percamos nossa programação. Há uma necessidade fundamental de proteger e filtrar flutuações perigosas na corrente e no ruído que afetariam o funcionamento básico de nossos equipamentos.

Outras tecnologias de controle de energia em corrente alternada são mais específicas para aplicativos. Não há dúvida de que uma sala de reuniões não terá problemas em minimizar a compressão atual em seus amplificadores de energia, uma vez que a qualidade de áudio para uma apresentação de slides ou webinar não requer a maior resolução (a menos que seja a sala de reuniões de uma gravadora).

No entanto, nesse aspecto, há outra preocupação comum a todas as aplicações na América Latina: a regulação da tensão AC. Simplificando, um regulador de tensão CA ajusta a tensão de entrada e corrige anormalmente tensões altas ou baixas, alimentando seus componentes vitais com uma corrente constante de 120 VAC. Embora a tensão possa ser um pouco contínua em algumas áreas de sua cidade, estado ou país, é importante entender que a maioria dos equipamentos que você especificará foi criada para um fornecimento constante de 120 VAC. Mesmo assim, a voltagem média no México, para citar um exemplo, é de 127 volts. Embora esteja dentro de 10% da tensão ideal dos componentes, isso fará com que a temperatura das fontes de alimentação de muitos componentes eletrônicos comerciais aumente.

Alguns componentes vitais podem sofrer distorções significativamente maiores (a menos que todos os parâmetros de circuito programados da fábrica para 127 VRMS sejam recalibrados). E 127 volts é apenas a média O que acontece em 130 ou 136 volts? A operação foi afetada. Alguns equipamentos travarão intermitentemente ou superaquecerão devido ao aumento anormal da tensão na linha CA. Além disso, quedas de tensão anormal abaixo de 112 VAC levantam uma preocupação semelhante. O mesmo fenômeno intermitente e maiores distorções podem ocorrer. Por exemplo, alguns projetores de vídeo podem não receber energia consistente sob essas condições de tensão reduzida.

Claro que, para muitas pessoas na América Latina, esta não é uma revelação alarmante. Muitos empreiteiros elétricos e projetistas de sistemas AV usam reguladores de tensão CA há anos. Mas muitas dessas unidades são dispositivos volumosos para manter aparelhos básicos e luzes incandescentes, instalados atrás de um gerador de backup. Os eletrônicos de hoje exigem uma tecnologia de regulação muito mais limpa e estável. O regulador de supervoltage do vovô, com contatores queimados e esguichados e circuitos elétricos enferrujados de alta impedância, cria o mesmo número de problemas que tenta resolver nos circuitos eletrônicos sensíveis de hoje.

Muitos reguladores de baixa tensão podem gerar descargas, criar ruído CA, aumentar significativamente a impedância AC (limitando severamente o desempenho do amplificador), ou simplesmente deixar de lidar com as demandas atuais do seu sistema AV sem cortar a forma de onda CA e adicionar distorções que afetarão negativamente a imagem e a qualidade do som. Isso é tão problemático para as tecnologias atuais de microprocessamento, pois elas requerem uma fonte estável e limpa de energia CA para evitar falhas, erros digitais e perda de informações.

Deve-se entender que diferentes tecnologias foram desenvolvidas para diferentes aplicações. A tecnologia de regulação de tensão mais prática para sua iluminação doméstica não é necessariamente o que o seu servidor de vídeo requer, e o sistema que seria ideal para grandes máquinas de motor não é o que melhor serviria a um rack de amplificadores de energia. Das muitas tecnologias de regulação de tensão encontradas no mercado, as mais comuns são:

• Ferroresonant: trata-se de um complexo circuito de capacitância e indução modulado com um transformador para criar uma tensão constante e reduzir substancialmente o ruído assimétrico. O circuito é moderadamente caro e pode funcionar bem em alguns ambientes industriais ou laboratoriais. Infelizmente cria calor, não tem tolerância para cargas dinâmicas, como amplificadores de energia, emite um zumbido muito audível e projeta um campo magnético de vários metros. Por essas razões, não é uma tecnologia de regulação ideal para sistemas audiovisuais profissionais ou para circuitos de microprocessamento de computadores.

• Amplificador/oscilador de regeneração total: em essência, isso equivale a um grande amplificador de energia com um oscilador de 60 Hz que conduz a entrada. Ele pega a tensão de entrada CA, converte-a em corrente direta e, em seguida, sintetiza-a de volta em uma fonte CA de baixa distorção. A vantagem é uma regulação excepcionalmente robusta (geralmente ±0,1 VAC). Além disso, reduz a distorção da linha CA e elimina parte do ruído simétrico do AC. Infelizmente, essa tecnologia é extremamente ineficiente e muito cara. Uma simples capacidade de saída de 10 amperes pode valer vários milhares de dólares, reaquecer um gabinete inteiro e criar compressões de corrente severas ou distorções de sinal CA quando a capacidade é excedida. É ideal para motores síncronos ac, não para equipamentos audiovisuais profissionais.

• Correção ativa de elevação/redução: Este desenho compara a tensão CA com uma referência controlada de amplitude e distorção, e adiciona ou subtrai uma correção ao insumo CA (com uma correção máxima de ±20%). A regulação pode ser muito boa (geralmente ±0,5 VAC). É muito mais eficiente do que a regeneração 100% completa, mas pode sofrer de severa limitação atual, bem como criar ruído CA e distorção própria, em parte devido à troca de circuitos que geralmente são usados. Esta tecnologia pode funcionar bem para alguns equipamentos av de baixa corrente, mas pode ser superada por um autoformer multi-chumbo com comutação de estado sólido para seus amplificadores de energia.

• Variac Motorizado: Este design usa um auto-ex de elevação/redução com vários leads. Na superfície acima do autoformer estão bobinas de corte expostas que fazem contato com uma escova, criando a tensão CA apropriada, levantando ou reduzindo a tensão. Um microprocessador monitora constantemente a tensão de entrada em relação à tensão de saída, e um motor move a escova de acordo. Esta tecnologia tem uma boa regulação (±1 VAC em geral), mas tem a desvantagem de que o motor emite um ruído muito audível quando colocado em uma área de áudio. Essa tecnologia foi criada para laboratórios que realizam leituras constantes de tensão.

Uma vez que as bobinas estão cobertas de graxa, e fazem contato com um pincel, altas demandas atuais criarão faíscas e ruídos na linha CA. O pincel deve ser substituído e as bobinas limpas a cada um ou dois anos. Isso torna essa tecnologia impraticável para uso a longo prazo na maioria das aplicações. Além disso, o contator cria uma impedância CA relativamente alta, que afeta severamente os amplificadores de energia. Embora as versões industriais em massa desta tecnologia tenham sido usadas há décadas por alguns profissionais itinerantes de A/V (particularmente quando se seguem a um gerador diesel e sua saída de tensão errática), os sistemas de baixa resolução e ultra-alta de hoje exigem muito mais de sua fonte de energia.

Para terminar, mas de forma alguma esquecer, vem a minha tecnologia de regulação de tensão CA preferida para profissionais de transmissão de rádio e televisão, gravação e salas de reuniões.

Autoformer de comutação zero-crossover de estado sólido com múltiplos leads: Este circuito funciona de forma muito semelhante à variac motorizada, exceto que, como microprocessador de saída de entrada (comparador), ele instrui o circuito regulador a aumentar ou reduzir a tensão. Isso é conseguido por switches de estado sólido de cruzamento zero. Como vários interruptores são usados, não há bobinas expostas, e os contatos elétricos permanecem herméticos e seguros por muitos anos. A regulação pode ser muito boa (±3 VAC) com uma taxa de captura razoavelmente ampla (90 VAC-135 VAC). Este circuito também tem características de controle transitórios excepcionalmente boas com muito pouca compressão de corrente. Infelizmente, a comutação de estado sólido pode criar algum ruído CA se não for calibrada com precisão, de modo que um bom design sem esse ruído pode facilmente custar mais de US $ 700. No entanto, se o orçamento estiver disponível, este é um excelente candidato para os componentes sensíveis atuais, mesmo que estejam sujeitos aos ambientes mais exigentes.

Tenha em mente que as instalações que dependem de geradores de backup (gás ou diesel) devem ser seguidas por um estabilizador de tensão se você tiver um sistema que exija uma tensão correspondente a até 120 volts. Isso ocorre porque as especificações de tensão de saída dos geradores são baseadas em uma carga de corrente constante, parece com qualquer sistema A/V que você já instalou?  Claro que não. O resultado é que a demanda atual sobe repentinamente, o gerador produz pouca tensão, e quando a demanda atual cai, o gerador produz muita tensão.

Um regulador de tensão CA é o necessário para controlar isso. Além disso, quando você combina um regulador CA adequado com outras tecnologias de controle de energia, como supressão de surto não-sacrificial e filtragem de ruído linear em AC, seu sistema permanecerá estável e seguro, e seu cliente será bem servido.

*Garth Powell é um dos principais designers de produtos e engenheiro-chefe de vendas da Furman, líder global no fornecimento de soluções de controle elétrico. Você pode entrar em contato com: [email protected].