CAP6 Circuitos de Comando

CAPÍTULO - 8

CIRCUITOS DE COMANDO

8.1 - FUNÇÃO

O circuito de comando de um conversor é destinado a enviar aos gatilhos dos tiristores

as correntes de disparo com formas e valores adequados, em instantes bem determinados, para

colocá-los em condução.

8.2 - COMANDOS VERTICAL E HORIZONTAL

Seja a estrutura representada na figura 8.1.

+

vL

-

iGR1v t( )

Fig. 8.1 - Retificador monofásico de meia onda.

As formas de onda correspondentes estão representadas na figura 8.2.

Cap. 8 - Circuitos de Comando

Eletrônica de Potência

203

VC

1v

Lv

Mv

t

t

t

t

a

b

c

d

e

t

Fig. 8.2 - Formas de onda para a estrutura representada na figura 8.1.

Na figura 8.2.d está representado o comando vertical. O circuito de comando gera uma

onda dente-de-serra, constante na forma e nos valores, sincronizada com a tensão v1(t) da rede e

em fase com o ciclo positivo. O instante de comando é definido pela interseção da dente-de-

serra fixa com a tensão de comando VC.

A variação do ângulo é representado pela expressão (8.1).

V

V

C

M (8.1)

Para 0 < VC < VM.

Na figura 8.2.e está representado o comando horizontal. O circuito de comando gera

uma onda com a forma de um dente-de-serra, constante na forma e nos valores, sincronizada com

a tensão v1(t) da rede. O impulso de corrente de gatilho é produzido no instante em que a dente-

de-serra torna-se maior do que zero. Desse modo a variação do ângulo ocorre quando a dente-

de-serra é deslocada horizontalmente em relação a v1(t).

Nos conversores industriais o comando vertical é praticamente o único empregado. O

comando horizontal é empregado nos sistemas simples, como o controle de intensidade luminosa

de pequenas potências ou de velocidade de pequenos motores.



204

8.3 - TENSÃO DE REFERÊNCIA COSENOIDAL E DENTE-DE-SERRA

Consideremos as duas tensões de referência representadas na figura 8.3.

vMVC

VC

vM

t

t

Fig. 8.3 - Tensões de referência.

O ângulo em função de VC, para as ondas dente-de-serra e cosenoidal, é dado

respectivamente pelas relações (8.2) e (8.3).

V

V

C

M (8.2)

cos V V

V

M C

M

2 (8.3)

Consideremos o conversor representado na figura 8.4 funcionando em condução

contínua comandado pelos dois métodos.

0 2

VP

P

Fig. 8.4 - Conversor monofásico de onda completa e sua tensão média de saída.

A tensão média de saída é dada pela expressão (8.4).

V VLmed o 2 cos (8.4)

Levando-se as expressões (8.2) e (8.3) na expressão (8.4) obtém-se as expressões (8.5) e

(8.6) respectivamente.

+

vL

-

1v t( )



205

V

V

V

V

Lmed

o

C

M2

cos (8.5)

V

V

V V

V

Lmed

o

M C

M2

2

(8.6)

Constata-se que a tensão de referência cosenoidal resulta numa característica linear do

conversor, contrariamente à tensão de referência em dente-de-serra. Do ponto de vista do

controle e da modelização do sistema do qual o conversor faz parte, a relação linear é mais

interessante. Apesar disso, a referência em dente-de-serra é mais empregada industrialmente por

ser uma solução eletrônica mais simples.

8.4 - ORGANIZAÇÃO DE UM CIRCUITO DE COMANDO

Seja o diagrama de blocos representado na figura 8.5. Ele representa a organização

básica de um circuito de comando para um tiristor de um retificador. As formas de onda mais

importantes estão representadas na figura 8.6.

vL

Carga

3

1v1 2

vR v5

v44

v65

iG

VC

2. Comparador.1. Sincronismo e Geração da dente de serra.

3. Oscilador.

5. Amplificação, isolamento e ataque.4. Porta Lógica "E".

Fig. 8.5 - Organização básica de um circuito de comando.



206

v1

vL

iG

v6

v5

v4

vRVC

t

t

t

t

t

t

t

Fig. 8.6 - Formas de onda de um circuito de comando.

8.5 - ESTÁGIO DE ATAQUE

O estágio de ataque de um circuito de comando deve apresentar as seguintes

características:

- Amplificar os sinais de comando oriundos dos estágios de sinais;

- Propiciar o isolamento adequado entre o comando e o tiristor;

- Atacar o tiristor com características de fonte de corrente e não como fonte de tensão;

- Impedir que uma tensão negativa seja aplicada na junção gatilho-catodo.

A configuração de um estágio de ataque está representada na figura 8.7.



207

V

R1

cc

D3

A

G

2DGi

Tp

D1

Dz

R2

R3

GvT1 K

Fig. 8.7 - Estágio de ataque de um circuito de comando.

Tp - é o transformador de pulsos. O seu nível de isolamento deve ser da ordem de 2KV para

aplicações envolvendo tensões inferiores a 600V. É construído com núcleos de ferrite.

Deve possuir baixas indutâncias de dispersão para assegurar uma boa reprodução da

tensão de entrada.

T1 - é o transistor cuja função é amplificar o sinal vG proveniente dos estágios anteriores. Em

geral é empregado em comutação. Desse modo as perdas são baixas.

DZ - é um diodo zener destinado a desmagnetizar o núcleo do transformador no intervalo de

tempo em que T1 encontra-se bloqueado.

D1 - é um diodo de roda livre. Conduz durante a desmagnetização do transformador.

R1 - é destinado a limitar a corrente de gatilho do tiristor.

D3 - é um diodo destinado a impedir qualquer desvio da corrente principal pelo gatilho.

D2 - é um diodo destinado a impedir que uma tensão negativa seja aplicada na junção gatilho-

catodo durante a desmagnetização do transformador.

8.6 - SINCRONIZAÇÃO DO RETIFICADOR DE MEIA ONDA MONOFÁSICA

Nesse caso, deve ser gerada uma dente-de-serra sincronizada com a tensão da rede, em

fase com o ciclo positivo, como está representado na figura 8.8.



208

vRede

vR

t

t

Fig. 8.8 - Sincronização do retificador monofásico de meia onda.

Um circuito capaz de realizar essa função está representado na figura 8.9.

T1

R

3

A2

C

v

VccR3-

A1

R1

Rede

TR

R2

Fig. 8.9 - Circuito gerador de dente-de-serra sincronizado com a tensão de rede.

O transformador TR reduz a tensão da rede para 10V e propicia o isolamento.

R1 e R2 constituem um divisor de tensão. A1 opera como um comparador com zero. A2

opera como um integrador com constante de tempo dada pelo produto de R3 com C3. A

integração inicia quando t = 0. No instante t = a tensão na saída do comparador torna-se

positiva e satura o transistor T1, levando a zero a tensão vR.

8.7 - SINCRONIZAÇÃO DO RETIFICADOR MONOFÁSICO DE ONDA

COMPLETA

Nesse caso a dente-de-serra é produzida nos ciclos positivos e negativos como está

representado na figura 8.10.



209

vRede

vRVC

t

t

Fig. 8.10 - Tensão de referência para o retificador de onda completa.

O retificador de onda completa está representado na figura 8.11.

vRede

Fig. 8.11 - Retificador de onda completa a tiristor.

A cada semi-ciclo da rede um pulso de comando é enviado aos quatro tiristores.

Somente aquele que estiver diretamente polarizado entra em condução.

Um circuito capaz de realizar a função descrita está representado na figura 8.12.

TR2K2

1N4148

A2v

100 F

e

1K

2K2

A1

1N4148

vd

10K

vb

D

vaRede

+15V56K 1K

-15V

100K

+

-

Fig. 8.12 - Circuito de sincronismo para o retificador monofásico de onda completa.



210

O transformador TR, a exemplo do caso anterior, é empregado para isolar o circuito da

rede e para reduzir a tensão. A ponte retificadora D produz a tensão retificada de onda completa

vb que é comparada com a tensão Vc.

A1 opera como comparador e A2 como integrador. Quando vd é negativo, o integrador

integra a tensão -Vcc, produzindo uma rampa na sua saída. Quando vd torna-se positiva por um

intervalo de tempo muito curto, o capacitor do integrador é descarregado e o sistema pode

reiniciar uma nova rampa.

As formas de onda correspondentes estão representadas na figura 8.13.

va

vb

Vc

vd

ve

t

t

t

t

Fig. 8.13 - Sinais para o circuito de sincronismo representado na figura 8.12.

8.8 - SINCRONIZAÇÃO DO RETIFICADOR TRIFÁSICO DE PONTO MÉDIO.

A estrutura do retificador trifásico de meia onda está representada na figura 8.14.

1T

+2T

vL

-

3T

1v t( )

2v t( )

3v t( )

Fig. 8.14 - Retificador trifásico de meia onda.



211

As tensões envolvidas estão representadas na figura 8.15.

A figura 8.15 mostra que a fase 1 pode ser sincronizada com a tensão da fase 2. Do

mesmo modo, as fases 2 e 3 são sincronizadas pelas tensões das fases 3 e 1, respectivamente.

A tensão de comando Vc deve variar de -VM a +VM. Com isto o ângulo variará de zero

até 180o.

v1

vR1

VC

v3 v2 v1v3 v2 v3

vR2

vR3

-VM

+VM

VC

VC

t

t

t

t

Fig. 8.15 - Sincronização do retificador trifásico de meia onda.

Quando a tensão de referência vRi torna-se maior que a tensão de comando, é enviado o

pulso da corrente de gatilho.

Esta técnica de sincronização é muito simples, porque dispensa os geradores de rampa,

além de propiciarem uma relação linear entre a tensão de saída e a tensão de comando.

Um diagrama de blocos simplificado capaz de permitir a implementação do método

proposto é apresentado na figura 8.16.

O método para a sincronização do retificador de meia onda não é o único possível. É

muito difundido o emprego de módulos de comando com rampa interna. Para que possam ser

empregados corretamente, os transformadores de sincronismo devem possuir o defasamento

correto, o que é conseguido com conexões do tipo triângulo-estrela.



212

1T

2T

3T

Comando Tv1 3

2Comando T3v

v Comando T2 1

1v t( )

2v t( )

3v t( )

Fig. 8.16 - Diagrama do comando do retificador trifásico de meia onda.

8.9 - SINCRONIZAÇÃO DA PONTE TRIFÁSICA MISTA

A ponte mista está representada na figura 8.17.

T1 T2 T3

R

D1 D2 D3

1v t( )

2v t( )

3v t( )

Fig. 8.17 - Ponte mista trifásica.

As formas de onda envolvidas estão representadas na figura 8.18.



213

Na figura 8.18 está indicada a rampa que comanda o tiristor T3. Ela é obtida da senóide

vS3 que está atrasada de 60o em relação à tensão de fase v3(t). Esse defasamento é obtido com o

diagrama de ligações representado na figura 8.19.

v = -vS3

iG3

VC

vR3

v3

2

v1 v 2 v3-v2 -v3 -v1 -v2

t

t

t

t

Fig. 8.18 - Tensões para a sincronização da ponte trifásica mista.

8.10 - SINCRONIZAÇÃO DA PONTE TRIFÁSICA COMPLETA

A ponte trifásica completa é empregada quando se deseja operação em dois quadrantes.

Para ângulos de disparo compreendidos entre zero e 90o, opera como retificador. Para

compreendido entre 90o e 180

o, opera como inversor.

As estruturas apresentadas ao longo deste capítulo podiam funcionar perfeitamente com

apenas um pulso de corrente no gatilho de cada tiristor no instante do seu disparo.

No caso particular da ponte completa, um único pulso não seria suficiente. A partir do

instante em que o tiristor deve entrar em condução deve-se enviar ao gatilho um trem de pulsos

com uma duração de 120o independentemente do valor de .

De acordo com a figura 8.20, verifica-se que o ângulo 1 pode ser sincronizado na

passagem por zero da tensão v31, tornando-se negativa. Na figura 8.21 estão representadas as

tensões de sincronismo e os respectivos tiristores.



214

T1 T2 T3

Carga

D1 D2 D3

G3K3

1

G1K1G2K2

Comando T3

1 Comando T2

3Comando T2

VComando

1v t( )

2v t( )

3v t( )

Fig. 8.19 - Diagrama de sincronização da ponte trifásica mista.

Na figura 8.22 estão representadas esquematicamente as ligações que devem ser

realizadas para a obtenção das tensões de sincronismo.

No diagrama mostrado, cada tiristor é comandado por um módulo independente.

Poderiam ser empregados apenas 3 transformadores de sincronismo.

T

v

1

1

12

0

t

T6

6 0

T

v

2

2

23

0

T4

4 0

T

v

3

3

31

0

T5

5 0

v13 v21 v32

Fig. 8.20 - Tensões para ponte de GRAETZ.



215

Tiristor Tensão de Sincronismo

T1 v13

T2 v21

T3 v32

T4 v31

T5 v12

T6 v23

Fig. 8.21 - Tabela das tensões de sincronismo dos tiristores.

Como já foi mencionado, os módulos de comando devem enviar aos tiristores trens de

pulso com duração de 120o a partir da ordem de disparo.

As formas de onda mais importantes de um módulo de comando que realiza tais funções

estão representadas na figura 8.23.

T3T2T1

T4

Z

T5 T6

T1v13

v31

v21

4

T

T

2

5Tv12

v32

v23

T3

6T

v1v2v3

1v t( )

2v t( )

3v t( )

Fig. 8.22 - Sincronização da ponte trifásica completa.



216

v1

120o 120o

vR VC

t

t

t

t

Fig. 8.23 - Formas de onda para um módulo de comando da ponte trifásica mista.

V1 - tensão de referência.

VR - rampa sincronizada com a tensão de referência.

VC - tensão de comando.

V7 - sinal intermediário.

Ig - corrente de gatilho de um tiristor.

O diagrama de blocos do módulo de comando que produz os sinais representados na

figura 8.23 está representado na figura 8.24.

GeradorPorta

Estágio

de

PotênciaE

MonoestávelComparadorde

Rampa

Astável

vR

VC

v7v1

Fig. 8.24 - Diagrama de blocos do módulo de comando.

8.11 - DURAÇÃO DOS PULSOS DE GATILHO



217

Nos casos em que o conversor alimenta uma carga puramente resistiva, um pulso de

corrente de gatilho com 10s de duração é suficiente para colocar um tiristor em condução.

Quando a carga é indutiva, a corrente de gatilho deve ser mantida com o valor adequado

ao tiristor durante o tempo necessário para que a corrente de ânodo atinja o valor da corrente de

retenção IL. Se a duração do pulso de corrente de gatilho não for suficiente, quando ela se anula o

tiristor se bloqueia.

Para uma carga fortemente indutiva deve ser respeitada a relação (8.7).

tLI

E

L (8.7)

Há casos particulares onde devem ser empregados pulsos de corrente longos em relação

à duração necessária para se disparar um único tiristor.

Seja um retificador de onda completa monofásico alimentando uma carga que contenha

uma força contra-eletromotriz, cujas formas de onda estão representadas na figura 8.25.

t t

t1 t2 t1 t2 t1 t2 t3t3t3

iG

iL

Eot

t

t

vL

Fig. 8.25 - Comando do retificador com carga incluindo f.c.e.m.

Se a duração t do pulso da corrente de gatilho for tal que

t t t 2 1 (8.8)

o tiristor não entrará em condução pois nesse intervalo encontra-se polarizado

negativamente. A solução consiste em aplicar um pulso longo de modo que a relação (8.9) seja

verificada.

t t t 2 1 (8.9)



218

Caso haja necessidade de isolação entre o comando e a rede, deve-se empregar

transformadores de pulso, o que impossibilitaria o emprego de pulsos longos. Nesses casos a

solução ideal é o emprego de um trem de pulsos como aparece na figura 8.25.

8.12 - MÓDULO DE COMANDO DISCRETO DE BAIXO CUSTO

Seja o circuito representado na figura 8.26.

+Vcc

R1

1D 2D

R3

R24v

R5 R6

5vT3 3D

G

K

Tp

C R72

2

R4T1

TCV

1Cv

3v

C1

+

-

TR

1v

Fig. 8.26 - Módulo de comando discreto para um tiristor de pequena potência.

As formas de onda fundamentais estão representadas na figura 8.27.

O transformador TR com D1 e C1 produzem a rampa vC1. VC representa a tensão de

comando do ângulo de disparo. A tensão v3 é deslocada verticalmente em relação à massa quando

VC varia. Quando v3 torna-se positiva, o transistor T1 é saturado, T2 é bloqueado e o transistor

unijunção T3 oscila livremente. Quando T1 é bloqueado, T2 é saturado e T3 deixa de oscilar. Os

pulsos gerados por T3 são enviados ao gatilho do tiristor pelo transformador de pulsos Tp.

A tensão de comando VC pode ser proveniente dos circuitos de regulação do conversor.

Caso se deseje apenas comando manual, a fonte VC pode ser substituída por um resistor variável

adequado.

O circuito apresentado é muito simples e econômico e contém as funções mais

importantes para um bom comando.



219

v1

iG

v5

v4

v3

VC

vC1

t

t

t

t

t

t

t

Fig. 8.27 - Formas de onda para o circuito representado na figura 8.26.

8.13 - MÓDULOS DE COMANDOS INTEGRADOS

Os fabricantes de componentes eletrônicos colocam a disposição dos técnicos os

módulos de comando integrados. Com eles consegue-se uma sensível redução do volume dos

circuitos de comando e um aumento considerável na confiabilidade.

A título de ilustração está representado na figura 8.28 o módulo TCA785 produzido pela

ICOTRON (SIEMENS), com suas funções básicas.



220

C12

12

51

2

14

4

15

2

3

7

6

3=

16

7 =

4

5

1

R9

89C

10

10

136

8

I

V11

Fig. 8.28 - Funções básicas do módulo de comando TCA785.

v5

v10 V11

P

v15a

v14a

v15b

v14b

v3

v7

P

N N

t

t

t

t

t

t

t

t

Fig. 8.29 - Formas de onda principais para o integrado TCA785.



221

1 - Detetor de zero.

2 - Memória de sincronização.

3 - Monitor de descarga.

4 - Comparador de controle.

5 - Transistor de descarga.

6 - Unidade lógica.

7 - Regulador interno de tensão.

8 - Fonte controlada de corrente constante.

As formas de onda principais do módulo TCA785 estão representadas na figura 8.29.

v5 representa a tensão de sincronização proveniente da rede. v10 é a rampa, disponível no

pino 10. O capacitor externo C10 é carregado linearmente por uma fonte de corrente definida pelo

resistor externo R9.

v15 e v14 são os sinais de saída, sincronizados com o ciclo positivo e negativo da tensão

de sincronização. A largura desses pulsos é alterada pelo capacitor externo C12. Quando o pino 12

é aterrado a largura do pulso atinge 180o, ou seja, a largura é igual a 180

o - .

Ao se conectar o pino 6 à terra inibe-se todas as tensões de saída do módulo.

Para o comando de um Triac pode ser empregada a tensão v7 que é uma combinação

lógica dos sinais v14 e v15.

A tensão de alimentação é ligada ao pino 16 e pode estar compreendida entre 8 e 18V.

Na figura 8.30 está representado um circuito proposto pelo fabricante, para o comando

de um Triac. Nesse caso, a corrente de gatilho é obtida diretamente do integrado. Durante o

semiciclo positivo da rede, o sinal de comando é fornecido pelo pino 15. Durante o semiciclo

negativo o sinal de comando é fornecido pelo pino 14.

Para corrente de gatilho superiores a 250mA, deve ser empregado um estágio

amplificador antes do gatilho.

Os dados técnicos detalhados para projeto devem ser obtidos com o fabricante do

circuito integrado.



222

220V

Carga

BAY61

1M5

13 515

16 6

+15V

TCA785

5K11

8

8nF

14109

180RA2

A1

47K

Fig. 8.30 - Aplicação do módulo TCA785 para o comando de um Triac.

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