Circuitos de Comando - UTFPR

Circuitos de ComandoCircuitos de Comando

Nikolas Libert

Aula 5C

Eletrônica de Potência ET53BTecnologia em Automação Industrial

DAELT ● Nikolas Libert ● 2

Circuitos de Comando

Circuitos de Comando

Circuitos responsáveis por enviar à porta dos tiristores os pulsos de corrente adequados para colocá-los em condução.

R

+

-

vR

+

-

v(ωt)iG


Disparo de Triac por Diac


Quando a tensão de ruptura direta do Diac é atingida, ele conduz e flui uma corrente de disparo para o Triac.

Carga

127 VR2

R1



Inicialmente, o Triac e o Diac estão cortados (chave aberta).

– O capacitor irá se carregar até que a tensão de condução direta do Diac seja atingida.

– A tensão no capacitor está atrasada em relação à entrada.

Carga

127 V

R2

R1

Diac Tria

cvE

ωtvC



O Diac conduz e a tensão sobre ele cai repentinamente.

– A tensão no capacitor também cai, gerando um pulso de corrente (Q = C.V e i=ΔQ/Δt).

– O pulso dispara o Triac.

– O fim do pulso corta a condução do Diac.Carga

127 V

R2

R1

Diac Tria

cvE

ωtvC

5 μs

150 mA



O Triac conduz, colocando a carga em curto com o neutro.

– O capacitor tende a descarregar pelo Triac, mas a descarga é lenta pois R2 costuma ser grande.

vE

ωtvC

Carga

127 V

R2

R1

Diac Tria

c



A tensão na entrada cruza o zero.

– A corrente no Triac zera e ele corta.

– Agora o capacitor deve ser carregado negativamente até atingir a tensão de condução do Diac novamente.

vE

ωtvC

Carga

127 V

R2

R1

Diac Tria

c



Tensão resultante na carga.

vE

ωtvC

ωt

vCarga

Carga

127 VR2

R1

Quanto maior a resistência do potenciômetro R2, mais tempo

demora para o capacitor carregar até a tensão de disparo do Diac: maior o

ângulo de disparo.



Controle da corrente de disparo

– Inserção de um resistor entre o capacitor e o diac. Quanto maior a resistência, menor e mais largo será o pulso de corrente.

– Pode ser necessário limitar a corrente para não queimar o Triac, ou estender a duração do pulso caso o tempo de resposta do Triac seja baixo.

5 μs

150 mA

R

Pulso de corrente para R=47 Ω, C=33 nF e Diac DB3 (VDRM = 32 V)


Opto acopladores

Opto acopladores

Elementos semicondutores que podem ser utilizados para isolação entre estágios de comando e de potência.

Composto por um LED acoplado oticamente com um fototransistor, fototriac, ...


Opto acopladores

Emissor e detector são fisicamente isolados.


Opto acopladores

Opto Transistores (4N25 ~ 4N28)

– A corrente de coletor aumenta com a luminosidade do LED.

– CTR (Current Transfer Ratio): percentual de corrente no coletor em função da corrente no LED.


Opto acopladores

Opto Triacs

– Não devem acionar uma carga diretamente.

– São usados para disparar outro Triac externo.

Carga resistiva Carga indutiva


Opto acopladores

Com circuito de detecção de zero:

– MOC303X/304X/306X/316X/308X

– Não efetuam o disparo enquanto a tensão da rede estiver muito alta.

– Não é possível o disparo em ângulo arbitrário.

Sem detecção de zero:

– MOC301X/302X/305X

– Permitem o disparo em um ângulo arbitrário.


Dados Emissor:

Opto acopladores

Exemplo: Qual o valor do resistor de entrada para que o opto triac seja disparado?

R

MOC3032

5VIF=10 mA

VF=1,5 V

R.: R<350 Ω


Opto acopladores

Se a lâmpada é de 100 W, qual seria a máxima corrente que poderia entrar no pino 6 do optoacoplador?

Com que tensão de rede o triac conduziria?

127

V+

-B

T13

6-60

0EMOC3032

1

2

6

4

180Ω

1kΩ

Dados MOC:VDRM=250 V

Imax=1 AVT=3 V @ 100 mA

Dados BT136:IGT=10 mA

VGT=1 V

R.: Imax<526 mAR.: VE=7,75 V


Circuito de comando – Dente de Serra

Circuito de Comando com Tensão de Referência Dente de Serra

Utilizados para controle de disparo de tiristores.

Ajuste preciso do ângulo de disparo.

Necessidade de sincronismo com a rede elétrica.

Uso de onda de referência dente de serra.

R

+

-

vR

+

-

v(ωt)iG


Circuito de comando – Dente de Serra

ωt

ωt

iG

vR

π 3π2πα

vp

ωt

vM

vC

vT

R

+

-

vR

+

-

v(ωt)iG

● É gerada uma onda triangular VT que é sincronizada com o ponto de cruzamento por zero da rede elétrica.

● A onda VT é comparada com uma tensão de referência VC.

● Se VT for maior que VC, o SCR é disparado.

● O ângulo de disparo será dado por:

α=πvCvM


Organização de Um Circuito de Comando


1 2

3

4 5

R

vT

vTP

vα

vG

vC

v(ω

t)

iG

1)Sincronismo e geração do dente de serra vT.2)Comparador.3)Oscilador. Gera o trem de pulsos vTP.4)Porta Lógica “E”.5)Amplificação, isolamento e disparo.



ωt

ωt

vα

vR

π 3π2πα

vp

ωt

vM

vC

vT

ωt

vTP

ωt

vG

ωt

iG

ωt

1 2

3

4 5vT

vTP

vα

vG

vC

v(ω

t)

iG

1)Sincronismo e geração do dente de serra vT.

2)Comparador.3)Oscilador.

Gera o trem de pulsos vTP.4)Porta Lógica “E”.5)Amplificação, isolamento e

disparo.


Circuito de Disparo

Características Desejadas do Circuito de Disparo

– Amplificar o sinal do circuito de comando.

– Isolar as etapas de comando e de potência.

– Fornecer a corrente necessária para disparo do tiristor.(disparo dos tiristores é determinado por corrente e não tensão)

– Impedir tensões negativas na junção gatilho-catodo do tiristor.


Circuito de Disparo

R2

R1

R3

A

KD3

D2

D1

DZ

G

TP

vCC

vG

Amplificação

Isolação Proteção

● TP: Transformador de pulsos. Isolação deve ser de 2 kV para aplicações com tensões inferiores a 600 V.

● D1 e DZ: Desmagnetização do transformador quando a chave abre.

● R3: Define a corrente que entrará na porta do SCR.

● D3: Impede que correntes fluam do anodo para a porta.

● D2: Impede tensões negativas entre porta e catodo na desmagnetização do transformador.


Duração dos Pulsos de Gatilho

Duração dos Pulso de Gatilho

– Para cargas muito indutivas, o atraso no aumento da corrente exige pulsos de gatilho com grande duração.

– A corrente de gatilho iG não pode ser removida enquanto a corrente de retenção IL não for atingida.

– O transformador de pulsos limita a largura máxima da corrente de gatilho.

– É necessário o disparo com trem de pulsos.

R

+

-

vR

+

-

v(ωt)iG

Δ t=L⋅ILE


Módulo de Comando Integrado TCA785


Circuito Integrado da Siemens com:

– Detector de zero.

– Fonte interna de corrente.

– Gerador de dente de serra.

– Comparador.

– Pulsos de gatilho com largura controlada.

– Correntes de gatilho de até 250 mA.



● VSYNC(5): Sinal da rede para sincronismo com zero.

● VS(16) E GND(1): Alimentação

● R9 (9): Resistor que determina corrente de carga do capacitor, que sairá pelo pino 10.

● C10 (10): Capacitor ligado a uma fonte de corrente. Gera o sinal dente de serra.

● V11(11): Tensão de controle, que será comparada com o sinal dente de serra. Quando o dente de serrá é maior, ocorre o disparo dos tiristores.


Módulo de Comando Integrado TCA785● Inhibit(6): Desabilita saídas.

● Q1(14), Q1(4): Saída de disparo para semiciclo negativo da rede e seu complemento.

● Q2(15), Q2(2): Saída de disparo para semiciclo positivo da rede e seu complemento.

● QU(3):Onda quadrada sincronizada com ângulo de disparo α. Para sincronismo com circuitos externos.

● QZ(7): Sinal correspondente à operação NÃO OU entre Q1 e Q2.

● C12(12): Capacitor para controle de largura dos pulsos de disparo.

● Pino 13: Estende as saídas negadas até próximo zero da rede.





Exemplo de Circuito com TCA785 (Ivo Barbi)

220V

CargaBAY61

1M5

13 515

16 6

+15V

TCA7855K

11

8

8nF

14109

180RA2

A1

47K



Exemplo(datasheet)

Tensão de alimentação gerada

por diodo zener.


Referências

BARBI, Ivo. Eletrônica de Potência, 6ª Edição, Ed. do Autor, Florianópolis, 2006.

Optocoupler Solutions, Fairchild Semiconductor, 2010.

de ALMEIDA, J. L. Z. Dispositivos Semicondutores: Tiristores Controle de Potência em CC e CA, 12ª Edição, Érica, São Paulo, 2010

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