Eletrônica de Potencia Senai

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Eletrônica de Potência

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    CCUURRSSOO

    DDEE

    EELLEETTRRNNIICCAADDEEPPOOTTNNCCIIAA

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    Captul o I - D ISPOSITI VOS SEM ICONDUTORES ....................................................................... 4

    1. O RETI F ICADOR CONTROLADO DE SI LCIO( SCR ) ........................................................... 4

    1.1 - CONCEITO E FUNDAMENTOS ....................................................................................... 4

    1.2 - CONSTITUIO INTERNA E SIMBOLOGIA ............................................................... 4

    1.3 - CURVA CARACTERSTICA DO SCR ............................................................................ 7

    1.4 - TIPOS DE SCR`s ................................................................................................................ 81.5 - IDENTIFICAO DOS TERMINAIS DE UM SCR ....................................................... 8

    1.6 - TESTE DE UM SCR ............................................................................................................ 9

    1.7 - IDENTIFICAO E PARMETROS PARA A ESCOLHA DE UM SCR .................. 9

    2. O RETIFICADOR CONTROLADO DE SILCIO DE MO DUPLA O TRIAC................. 11

    2.1 - CONCEITO E FUNDAMENTOS ..................................................................................... 11

    2.2 - CONSTITUIO INTERNA E SIMBOLOGIA ............................................................. 11

    2.3CURVA CARACTERSTICA DO TRIAC ...................................................................... 12

    2.3 - TRIAC`s COMERCIAIS ................................................................................................... 13

    2.4 - IDENTIFICAO DOS TERMINAIS DE UM TRIAC ................................................ 13

    2.5 - TESTE DE UM TRIAC ...................................................................................................... 14

    3. O TRANSISTOR UNI JUNO( UJT ) ...................................................................................... 14

    3.1 - CONCEITO E FUNDAMENTOS ..................................................................................... 14

    3.2 - CONSTITUIO INTERNA E SIMBOLOGIA ............................................................. 14

    3.3PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO ............................................................................. 15

    3.4 - PARMETROS IMPORTANTES DA CURVA .............................................................. 15

    3.4IDENTIFICAO DOS TERMINAIS DO UJT ............................................................. 16

    3.5TESTE DE UM UJT ........................................................................................................... 16

    4.O DI AC ( DI ODO DE CORRENTE ALTERNADA ) ................................................................. 17

    4.1CONCEITO E FUNDAMENTOS..................................................................................... 17

    4.2CONSTITUIO INTERNA E SIMBOLOGIA ............................................................ 17

    4.3CURVA CARACTERSTICA DO DIAC ........................................................................ 17

    4.3IDENTIFICAO DOS TERMINAIS DE UM DIAC .................................................... 18

    4.4TESTE DO DIAC ................................................................................................................ 18

    4.5APLICAES PARA O DIAC ......................................................................................... 18

    5. O IGBT( TRANSISTOR BI POLAR DE GATI LHO ISOLADO ) .............................................. 19

    5.1CONCEITO E FUNDAMENTOS..................................................................................... 19

    5.2CONSTITUIO INTERNA E SIMBOLOGIA ............................................................ 19

    5.3 - PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO ............................................................................ 20

    5.3CURVA CARACTERSTICA DO IGBT ........................................................................ 21

    5.4IGBTs COMERCIAIS ..................................................................................................... 21

    5.5PINAGEM DO IGBT .......................................................................................................... 22

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    5.6VANTAGENS DO IGBT .................................................................................................... 22

    Captulo I I CIRCUI TOS DE DI SPARO DE TI RISTORES ....................................................... 25

    1INTRODUO .......................................................................................................................... 25

    2DISPARO DE TI RISTORES COM SINAL CC NO GATI LHO .............................................. 25

    3 - DI SPARO DE TI RISTORES COM SINAL CA NO GATI LHO ............................................. 25

    4 - CONTROLE DE FASE COM SCR ........................................................................................... 265 - CONTROLE DE FASE COM TRI AC ...................................................................................... 29

    6DISPARO POR REDE DEFASADORA ................................................................................... 32

    7DI SPARO POR PULSOS E COMPONENTES ASSOCIADOS .............................................. 34

    8TRANSFORMADORES DE PULSO ........................................................................................ 34

    9ACOPLADORES PTI COS OU ISOLADORES PTI COS ................................................... 35

    10CIRCUI TO DE DI SPARO PULSADO COM UJT ................................................................. 38

    11CIRCUI TO DE DISPARO COM TCA-785 ............................................................................ 44

    12OUTROS MTODOS DE DI SPARO DO SCR ...................................................................... 49

    Captul o I I I - CI RCUI TOS RETIF ICADORES ............................................................................. 51

    1.RETI F ICADOR CONTROLADO MONOFSICO DE MEI A-ONDA ...................................... 53

    2.RETI F ICADOR CONTROLADO MONOFSICO DE ONDA COMPLETA ........................... 56

    3.RETIFI CADOR CONTROLADO MONOFSICO DE ONDA COMPLETA EM PONTE ..... 57

    4.RETI F ICADOR SEM I -CONTROLADO MONOFSICO EM PONTE .................................... 59

    5.RETI F ICADOR CONTROLADO TRIFSICO DE MEI A-ONDA ........................................... 64

    6. RETI FI CADOR CONTROLADO TRIFSICO DE ONDA COMPLETA EM PONTE .......... 66

    7. RETI F ICADOR SEMI -CONTROLADO TRIFSICO EM PONTE ........................................ 67

    Captulo I V ....................................................................................................................................... 68

    CIRCUI TOS CONVERSORES CC-CC E COMUTAO CC ...................................................... 68

    1. CIRCUI TOS CONVERSORES ................................................................................................... 68

    2.CIRCUI TOS DE COMUTAO PARA SCR.............................................................................. 72

    Captulo V ......................................................................................................................................... 74

    CONVERSO DE FREQUNCI A ................................................................................................. 74

    1.INVERSORES ............................................................................................................................... 75

    1.1PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO .............................................................................. 75

    1.2 - INVERSORES TRIFSICOS............................................................................................ 77

    2. CICLOCONVERSORES.............................................................................................................. 80

    2.1 -PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO .............................................................................. 81

    2.2 - CICLOCONVERSOR TRIFSICO ................................................................................. 83

    BI BL IOGRAF IA .............................................................................................................................. 83

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    Captulo I - DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES

    1. O RETIFICADOR CONTROLADO DE SILCIO( SCR )

    1.1 - CONCEITO E FUNDAMENTOS

    CONCEITO um dispositivo que se comporta como um diodo, porm solicita de uma

    autorizao para que haja conduo.

    1.2 - CONSTITUIO INTERNA E SIMBOLOGIA

    - Os diodos so formados por dois pedaos de material semicondutor( PN );

    - Os transistores so formados por trs blocos de material semicondutor( P-N-P ou N-P-N );

    - O SCR apresentam uma constituio interna com quatro camadasdematerial semicondutor dispostos em pilha.

    P

    P

    N

    N

    G

    A

    K

    ANODO

    CATODO

    GATILHO

    ( a )

    ( b )

    Fig. 1.1a) estrtura interna de um SCRb) Smbolo do SCR

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    EQUIVALNCIA COM DOIS TRANSISTORES

    Efetuando-se um hipottico corte inclinado nas pilhas de materiaissemicondutores que forma o SCR, teremos, como mostra a configurao acima, duasestruturas equivalentes a dois transistores bipolares: Um PNP e outro NPN.

    Percebamos que tudo se passa como se a base do transistor PNP estivesse ligada aocoletor do NPN. Esta observao fundamental para entendermos o por qu do SCRpermanecer ligado aps a retirada do pulso em seu gatilho, explicado mais tarde.

    DIRETA

    INVERSA

    DIRETAP

    P

    N

    N

    ++

    P

    P

    N

    N

    G

    + ANODO(A)

    CATODO(K)

    GATILHO

    A

    K

    G

    Fig. 1.2a) Corte inclinado em um SCRb) Modelo de um SCR com transistores

    P

    N

    N

    C

    K

    E

    B

    P

    PN

    G

    A

    C

    E

    BPNP

    NPN

    G

    A

    K

    +

    -

    ( a )( b )

    Fig. 1.3Equivalncia com diodos

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    CONDUO DE UM SCR

    Observamos na figura 1.3 que mesmo quando o SCR diretamente polarizado, eleno capaz de conduzir, mesmo com dois diodos diretamente polarizados, mas haver umajuno inversamente polarizada localizada no meio do super sanduche, representada pelodiodo do meio, que diodo chato no ? Logo no adianta apenas polarizar diretamente oSCR, preciso trabalharmos com um terceiro terminal, conectado ao terceiro bloco de

    material, conforme mostra a figura 1.3 acima. Sem a atuao desse terminal, o SCR nopermite a passagem da corrente eltrica, pois a polarizao dos seus diodos internos conflitante . Vejamos ento o que acontece se aplicarmos uma polarizao positiva aoterminal G, como mostra a figura 1.4, logo a seguir.

    Ao conectarmos o terminal G ao positivo, a juno inferior do sanduche ficapolarizada no sentido de conduo, permitindo a passagem de uma pequena corrente,chamada de corrente de gatilho, como mostra a seta tracejada menor. Esta corrente podeadquirir nveis perigosos para o SCR, portanto usualmente utilizada uma resistncia degatilho para limit-la, e assim manter a integridade do dispositivo, e no danific-lo.

    Ao surgir, contudo, essa pequena corrente, atravs da juno( A ), diretamentepolarizada, ocorre um interessante fenmeno, nas tripas do SCR: Essa pequena corrente

    como que arrasta consigo os portadores de carga existentes na juno( B ), fazendo comque a mesma se desinverta, para efeitos prticos, e permitindo assim a livre passagem deintensa corrente entre o anodo e o catodo. O SCR ento entra no que chamamos de estadode conduo, e at quando?

    O SCR mesmo ao retirarmos a conexo do gatilho, aps o mesmo ter sidopolarizado, ele se mantm conduzindo, esta uma caracterstica muito importante do SCR,e isto s possvel graas a sua configurao equivalente a dois transistores apresentada nafigura 2, vejamos: Suponha que polarizamos o SCR diretamente( terminal A positivo eterminal K negativo ), assim que aplicarmos polarizao positiva ao terminal G, a base dotransistor NPN receber tal polarizao, fazendo com que esse transistor entre emconduo. Ao entrar o transistor NPN em conduo, a sua resistncia interna, entre

    emissor e coletor, baixa bastante, permitindo ento que a polarizao negativa atinja, comfacilidade, a base do transistor PNP. O transistor PNP, por sua vez, ao receber em sua baseessa polarizao negativa, tambm entra em plena conduo, trazendo polarizaopositiva base do transistor NPN, assim, todo o conjunto entra e permanece em conduo,podemos ento resumir este crculo vicioso em uma pequena frase: Eu te ajudo, e vocme ajuda... E Este processo de conduo tem fim? ...

    RG

    P

    N

    P

    N

    +

    -

    Corrente intensa

    Correntepequena degatilho

    A

    K

    A

    B

    Figura 1.4Circulao de corrente em um SCR

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    Claro que tem, existe algumas formas de se bloquear o processo de conduo deum SCR : Uma delas desligar a fontedo circuitoe outra curto circuitaros terminaisdo dispositivo, ou seja, o anodo com o catodo. Essas so algumas aes verificadas emcircuitos CC, outras tambm utilizadas so chamadas de comutao forada, onde soelaborados circuitos para que se faa a comutao do SCR no momento desejado. Emcircuitos CA h o que chamamos de comutao natural, pois o simples fato do sinalalternado passar por zero, desliga o SCR.

    1.3 - CURVA CARACTERSTICA DO SCR

    PARMETROS IMPORTANTES DA CURVAVBO- Tenso de Breakover.

    IH - ( Holding current), corrente de reteno ou de manuteno:A corrente de manuteno o valor de corrente andica abaixo do qual o

    SCR ir entrar em estado de corte.

    IL(Latching current), corrente de engatamento ou disparo:A corrente de disparo o menor valor de corrente andica que deve circular

    no SCR, a fim de que possamos retirar o sinal do gatilho e o dispositivo permanecer

    conduzindo.

    VBOVBO

    Imx

    VCA

    IA

    ILIH

    Caracterstica debloqueio reversso

    Caracterstica debloqueio direto

    (a)

    +

    V1

    RL

    IA

    VAC

    (b)

    Figura 1.5 a)Curva caracterstica do SCRb)Circuito para obteno da curva caracterstica

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    1.4 - TIPOS DE SCR`s

    1.5 - IDENTIFICAO DOS TERMINAIS DE UM SCR

    Invlucros tpicos de SCRs de baixa potncia

    Figura 1.6 - SCRs comerciaisTipos de Tiristores - rosca

    Tipos de Tiristores - disco

    Mdulo de Tiristores

    K

    G

    A

    Figura 1.7- SCR e seus terminais

    GGatilho

    AAnodo

    KCatodo

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    1.6 - TESTE DE UM SCR

    Notamos que na figura 1.8a o multmetro mostra que no h conduo, mesmo compolarizao direta A(+) e K(-), isto acontece devido a autorizao no ser solicitada atravsdo Gatilho(G).

    Na figura 1.8b observa-se que o SCR permite a conduo, pois curto-circuitando osterminais A e G com a ponteira positiva do multmetro, um pulso positivo dado nogatilho, solicitando a autorizao, logo verificamos uma diminuio na resistncia indicadapelo instrumento.

    Na figura 1.8c, retomamos a ligao feita na figura 1.8a, porm a resistncia semantm baixa devido a caracterstica que o SCR apresenta de permanecer em conduoaps o pulso de disparo, isto s possvel se sua corrente de manuteno for suficiente paratal.1.7 - IDENTIFICAO E PARMETROS PARA A ESCOLHA DE UM SCR

    Com a folha de dados tcnicos de um SCR em mos, importante que saibamos osignificado de alguns parmetros existentes na mesma para que possamos especificar onosso SCR, so eles:

    DADOS TCNICOS DE TENSO:

    G

    KA

    G

    KA

    GKA

    Figura 1.8Sequncia de testes do SCR

    VDRM

    VRWM

    VDWM

    VRRM

    VD

    VRSM

    VDSM

    VR

    t

    Figura 1.9- Sinal da rede com os transientes

    VRSM : Pico de tenso reversa no repetitivo(surto). Ecapacidade quotada para transientes com o tempo de dura

    t 10ms.VRRM :Pico de tenso Reversa repetitivo. o valor de pico dtransientes que ocorrem em todos os ciclos.VRWM: Tenso de crista de trabalho, no estado de corte, aplicano sentido inverso.VDSM: Tenso de pico no repetitivo(surto), no estado de coraplicada no sentido direto.VDRM : Tenso de pico repetitivo,no estado de corte, aplicadasentido direto.VDWM : Tenso de crista de trabalho, no estado de coraplicada no sentido direto.

    c)b)a)

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    Obs: Quando o tiristor operado diretamente na rede de energia eltrica, recomendvelque se escolha um dispositivo cujas capacidades de tenso de pico repetitiva VRRM e VDRMsejam pelo menos 1.5 vezes o valor de pico da tenso senoidal de alimentao, ou seja,VDRM VDWM.

    DADOS TCNICOS DE CORRENTE

    ITAV: Valor mdio da forma de onda ideal de corrente da rede durante um ciclo,supondo a conduo durante 180

    ITRMS: Corrente RMS(eficaz) no estado de conduo.ITRM: Corrente de pico repetitiva na conduo.ITSM: Corrente de pico no repetitiva(surto) na conduo. Este tempo

    estabelecido para ciclo do sinal da rede.IH: Corrente de manuteno( Holding Current ). o valor de corrente andica

    abaixo do qual o SCR corta.IL: Corrente de engatamento( Latching Currente ). o mnimo valor de corrente

    andica necessrio para o engatamento do tiristor.

    DADOS TCNICOS GATILHO-CATODOVGRM: Tenso reversa mxima de gatilho.VGD: Tenso mxima aplicada ao gatilho que no provocar o chaveamento do

    estado de bloqueio para o estado de conduo.IGTM: Mxima corrente de disparo de gatilho.IGT: Mnima corrente de disparo de gatilho.PGM: Mxima dissipao de potncia no gatilho.

    Obs: Uma folha de especificao consta em anexo no final deste material.

    CODIFICAO DA SRIE TICDevido a famlia dos tiristores da srie TIC ser a mais comumente encontrada nomercado, efetuaremos a identificao dos tiristores atravs dos cdigos impressosno corpo dos mesmos, como mostram os exemplos relacionados nos itens a seguir:

    1 Nmero 1(um) iniciando o nmero da srie representa tiristor unidirecional( SCR ) e o nmero 2(dois) iniciando o nmero de srie representa tiristorbidirecional.

    Ex: TIC 106

    2A letra que segue o nmero da srie representa a tenso VDRM(Tensomxima direta, com tiristor bloqueado).

    Ex: TIC 106 - A

    Indica tiristor unidirecional Indica tiristor bidirecionalTIC 206

    100V TIC 106 - B 200V

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    2. O RETIFICADOR CONTROLADO DE SILCIO DE MO DUPLA O TRIAC

    2.1 - CONCEITO E FUNDAMENTOS

    a) CONCEITO: um dispositivo que permite a passagem de corrente em ambos os sentidos,

    conhecido tambm como dispositivo bidirecional, j que o SCR um dispositivounidirecional.

    2.2 - CONSTITUIO INTERNA E SIMBOLOGIAO TRIAC por dentro equivalente a dois SCR`s ligados em paralelo, porm

    cada um olhando numa direo... Os terminais de controle ( gatilhos ) so juntadospara que ambos os SCR`s possam ser autorizados atravs de um nico contato esterno,como pode ser visto na figura 1.10.

    Percebemos ento que a constituio interna de um TRIAC apresenta as mesmascaractersticas de um SCR.

    PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO DO TRIAC

    O TRIAC funciona da seguinte maneira:

    Normalmente o componente fica intercalado entre a carga e a rede de

    alimentao CA e ao receber, pelo seu terminal de gatilho( G ) uma polarizao positiva(em relao ao terminal M2), entra em conduo plena, permitindo a passagem dacorrente eltrica pela carga, nos dois sentidos, como mostram as setas. Para que a correntena carga permanea, contudo, necessrio que a polarizao positiva no gatilho tambmseja constante, isso porque, da mesma forma que ocorre com o SCR, o TRIAC desligasempre que a tenso entre seus terminais M1 e M2 cair a zero( ainda quemomentaneamente).

    M1

    M2

    G

    KA

    AK G

    G

    SMBOLO

    Figura 1.10a) Simbololgiab) Constituio interna

    ( b )( a )

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    2.3CURVA CARACTERSTICA DO TRIAC

    Como pode ser observado, o TRIAC pode conduzir nos dois sentidos depolarizao. E no que diz respeito aos parmetros da curva, so equivalentes aos vistosna curva do SCR.

    Uma diferena importante entre o TRIAC e o SCR que podemos citar que o SCRrequer uma tenso de gatilho positiva, enquanto o TRIAC ir responder tanto a umatenso de gatilho positiva quanto a uma negativa. Isto significa dizer que o seu disparo,que pode ser em qualquer direo, pode ser reduzido fazendo-se o gatilho mais positivo

    ou mais negativo, com relao ao M1, que usado como terminal de referncia.Em suma, pode-se dizer que a curva caracterstica do TRIAC mostra ascaractersticas de um SCR nas duas direes, e quanto aos parmetros da curva, adenominao e conceito so equivalntes aos definidos na curva caracterstica do SCR.

    DESVANTAGENS DO TRIAC EM RELAO AO SCREmbora o TRIAC tenha a capacidade de controlar a corrente nas duas direes e

    responder a correntes e gatilho que fluam em qualquer destas direes, o dispositivoapresenta certas desvantagens quando comparado ao SCR. Em geral, os TRIAC`s tmvalores de corrente menores que os do SCR e no competem com estes quando correntesextremamente elevadas devem ser controladas.

    A frequncia mxima na qual o TRIAC pode operar, fica em torno de 300Hz, vistoque o mesmo opera nos dois semiciclos da rede.

    Figura 1.11Curva caracterstica do TRIAC

    I

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    2.3 - TRIAC`s COMERCIAISNo comrcio, atravs da consulta do data Book, encontramos TRIAC`s com valores

    de ITRMSde at 300A e valores de VDRMde at 1.6kV. Por estes dados, podemos perceberque 300A pouco, frente ao SCR que possui valores de corrente acima de 3000A. Nasfiguras 1.12 e 1.13, respectivamente so mostrados alguns tipos de encapsulamentosfabricados para o mercado e alguns TRIACS fabricados para potncias mais altas. Oinvlucro mais conhecido o TO220(TO220AB) dos quais se utilizam as sries TICxxx,

    BTA12AAA e vrios tantos outros triacs mais comuns.

    2.4 - IDENTIFICAO DOS TERMINAIS DE UM TRIAC

    M1

    G

    M2

    GGatilho

    M1Anodo 1 ou Main Terminal 1

    M2Anodo 2 ou Main Terminal 2

    Obs: Main Terminal = Terminal principal

    Figura 1.14Terminais do Triac

    Figura 1.12Tipos de encapsulamento do TRIAC

    Figura 1.13TRIACs para alta potncia

    T0202-1T092 T0220ABT0202-2 T0P3 RD91

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    Alguns invlucros de TRIACS apresentam denominaes diferentes com relaoaos terminais de ligao, a figura 1.15 mostra um conjunto desses invlucros.

    2.5 - TESTE DE UM TRIACNa prtica, devemos encontrar duas resistncias baixas no teste do TRIAC. Estas duas

    resistncias baixas so entre os terminais M1 e gatilho, nos dois sentidos depolarizao(algo em torno de 10 a 200ohms), pois estamos pegando a resistncia dapastilha P comum a estes dois terminais.

    O terminal que sobrou, quando encontramos duas resistncias baixas, o M2, inclusiveo M2, na maioria dos casos, a carcaa do TRIAC.

    Para identificarmos quem M1 e gatilho, devemos consultar o manual, pois atravs doteste prtico no podemos diferenar estes dois terminais.

    3. O TRANSISTOR UNIJUNO( UJT )3.1 - CONCEITO E FUNDAMENTOS

    CONCEITO um transistor que comporta apenas de uma nica juno.

    3.2 - CONSTITUIO INTERNA E SIMBOLOGIAFormado por dois blocos de material semicondutor, um do tipo P e outro do

    tipo N, semelhante a um diodo. O material P, entretanto de dimenses bem

    reduzidas em relao ao material N, ficando como que Embutido no mesmo, comomostra a figura 1.16.

    Figura 1.16Constituio interna

    P

    N

    EMISSOR

    BASE 2

    BASE 1

    UJT

    Figura 1.17Simbologia

    EB2

    B1

    Figura 1.15Invlucros com denominaes de terminais ligeiramente diferentes

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    3.3PRINCPIO DE FUNCIONAMENTODe acordo com o diagrama estruturado( fig. 1.18 ) onde representa o transistor de

    unijuno, caso o terminal B2 seja ligado ao positivo de uma fonte de AlimentaoE o terminal B1 ao negativo de tal fonte, uma corrente muito pequena circularAtravs dos resistores srie, RB2 e RB1. Isto ocorre devido os valoreshmicos desses resistores serem elevados( semicondutor). Pormao aplicarmos uma tenso positiva ao terminal E, estaremos

    polarizando diretamente o diodo, dessa forma uma corrente Icomear a circular no sentido indicado, como mostra a figura 3.2.

    Assim que a tenso de entrada ultrapassar 0.6V, que o limite mnimo, aresistncia interna da base( RB1 ) cai significativamente para um valor muito baixo,fazendo com que a corrente que percorre B2 para B1, aumente sua intensidade. Caso o sinalde tenso caia para valores abaixo de 0.6V, imediatamente a resistncia interna RB1 sobe, novamente para um valor elevado impedindo assim que haja circulao de corrente.

    3.4 - PARMETROS IMPORTANTES DA CURVA

    VP - Tenso de pico.Esta tenso tambm conhecida como tenso de disparo do UJT .

    RB1

    RB2

    E

    B1

    B2

    I+

    -

    D1DIODE

    RB2

    RB1+

    -

    Q1UJT

    Figura 1.18Conduo do UJT e diagrama estruturado

    Figura 1.19

    Curva caracterstica do UJT

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    - (Intrinsic Stand-off ratio) Relao intrnseca de corte.

    a relaoRBB

    RB1e a faixa de de 0.51 a 0.82. Dado que RBB a

    resistncia medida entre os terminais de base com o emissor aberto. O valor de RBBest na faixa de 4Ka 10K.

    IPCorrente de pico. a corrente de emissor mnima necessria para disparar o UJT. O valor de I P

    est na faixa de 2A a 25A para os diversos UJTs encontrados no mercado.

    VVTenso de vale. o valor de tenso de emissor abaixo do qual ocorre o corte do UJT. Esta

    tenso de encontra na faixa de 1V a 5V.

    IVCorrente de Vale. o valor mximo de corrente de emissor na regio de resistncia negativa.

    A faixa de valores de IVPara UJTs comerciais de 1mA a 10mA.3.4IDENTIFICAO DOS TERMINAIS DO UJT

    3.5TESTE DE UM UJT

    Para que se verifique o estado de Um UJT, efetua-se as medies segundo a tabelade teste resumida , como mostra a tabela 1.1.

    POLARIZAO

    RESISTNCIA

    MEDIDAB2+ B1- RBBB2- B1+ RBBE+ B1- RB1E- B1+ E+ B2- RB2E- B2+

    B1Base 1

    B2Base 2

    E - Emissor

    Figura 1.20Terminais do UJT

    Tabela 1.1Tabela teste do UJT

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    4.O DIAC ( DIODO DE CORRENTE ALTERNADA )4.1CONCEITO E FUNDAMENTOS

    CONCEITO uma chave bidirecional disparada por tenso, muito utilizada nos circuitos

    de disparo, onde a tenso no qual o DIAC submetido ocorre normalmente entre

    20V e 40V.

    4.2CONSTITUIO INTERNA E SIMBOLOGIA

    O DIAC construdo, em grande parte, do mesmo modo que um transistor bipolar.O dispositivo tem trs camadas semicondutoras alternadamente dopadas, como se pode verna figura 1.21. Entretanto ele difere do transistor bipolar devido s concentraes dedopagem em torno das duas junes serem iguais e aos terminais conectados unicamentes camadas externas. No h conexo eltrica na sua regio intermediria. Uma vez que oDIAC tem apenas dois terminais, ele geralmente encapsulado em invlucros de metal ouplstico com terminais axiais. Portanto, o dispositivo lembra em muito um diodo de juno

    PN comum na aparncia. Porm, ele , algumas vezes, tambm encapsulado como umtransistor bipolar convencional, mas com apenas dois terminais.

    4.3CURVA CARACTERSTICA DO DIAC

    Como pode ser observado, a curva caracterstica do DIAC mostra que a conduodo mesmo se d a partir do momento em que o nvel de tenso ultrapassa V BO( tenso deBreakover), em ambas as polaridades, caracterizando assim o DIAC como um componentebilateral.

    P

    N

    P

    T1

    T2

    Figura 1.21Estrutura interna do DIAC Figura 1.22Smbolos do DIAC

    Figura 1.23Curva caracterstica do DIAC

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    4.3IDENTIFICAO DOS TERMINAIS DE UM DIAC

    4.4TESTE DO DIACNa prtica, realizando o teste do DIAC com um multiteste na escala em ohms,

    devemos encontrar duas resistncias altas entre seus terminais e o resultado sendo positivo,o dispositivo se encontra em perfeitas condies de uso, caso contrrio, o DIAC no estarem condies de uso.

    Em perfeito estado, a resistncia entre os terminais do DIAC sempre ser alta, pois,como mostra sua curva caracterstica, apenas sua resistncia diminuir caso a tenso entreseus terminais seja maior que VBO, e a tenso aplicada pelo multmetro no chagar a tanto.

    4.5APLICAES PARA O DIAC

    O DIAC aplicado normalmente em circuitos de proteo contra sobretenso,gerador de dente de serra e disparo de TRIAC. Algumas configuraes de circuitos somostradas nas figuras 1.25 e 1.26.

    Figura 1.25a) Circuito gerador de dente de serrab) Forma de onda no capacitor

    Figura 1.26Circuito de proteo contra sobretenso

    (a)

    (b)

    T1 T1

    Figura 1.24Curva caracterstica do DIAC

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    5. O IGBT( TRANSISTOR BIPOLAR DE GATILHO ISOLADO )5.1CONCEITO E FUNDAMENTOS

    CONCEITOFormado por quatro camadas dispostas na sequncia P-N-N-P, o IGBT no faz

    parte da famlia dos tiristores, porm este um componente hbrido por apresentarcaractersticas tanto dos transistores bipolares(alta velocidade de operao) quanto

    dos transistores FET( pequena perda na conduo).

    5.2CONSTITUIO INTERNA E SIMBOLOGIA

    (a) (b)

    A estrutura de um IGBT constituda em duas partes:A Primeira envolve o canaln, juntamente com camadas n- , p e dopadas com n+.

    Este conjunto chamado de MOSFET, devido o princpio de funcionamento interno seigualar a este.

    A regio n- denominada de Dreno (fictcio) D do MOSFET, a camada da regio pabrange o Gate (G) e alcana a regio n-dopada( n+) que conectada a fonte S.

    A Segunda envolve uma camada longa contendo uma dopagem p+ .Chamada deSubstrato, esta camada responsvel pela injeo de portadores minoritrios eparcialmente pela baixa tenso de trabalho e alta condutividade entre o Dreno( D ) e afonte ( S ) do IGBT, estando conectada ao Dreno( D ) do IGBT. e sob esta camada inserido uma outra contendo uma dopagem n ( n- ) e logo aps esta encontramos umacamada p, comentadas anteriormente na primeira parte. A formao desta Segunda parterepresenta um transistor bipolar pnp, e opera como tal.

    O Gate( G ) isolado eletricamente das pores de dopagem das camadas por umacamada muito fina de Dixido de Silcio ( SO2 ), este isolante um tipo particulardenominado Dieltrico, que cria campos eltricos opostos.

    (Fonte)

    (Dreno)

    Figura 1.27a) Estrutura interna do IGBTb) Smbolos do IGBT

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    5.3 - PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO

    Figura 1.28Estrutura interna de um IGBT

    FUNCIONAMENTO:

    Ao se alimentar positivamente o terminal Gate, haver a criao de um campoEltrico devido a existncia do Dieltrico, este campo criado induzir cargas positivas queincidiro sobre a regio p, onde se faz prximo e repelir suas cargas positivas( + ),criando lacunas, e dessa forma ocorrer a atrao de eltrons para esta regio, eltronsestes vindos das n+-dopadas, colaborando assim para a formao de um canal quechamamos canal n. Com a criao deste canal inicia o processo de conduo decorrente atravs do IGBT. Esta conduo de corrente se d entre o Dreno( D) e aFonte(S), e atravessa a regio p, de onde se fez o canal.

    Quando comea a circulao de corrente no IGBT ocorre um processo derecombinao entre os eltrons da camada n- e lacunas que so criadas a partir dacamada p+(Substrato), pois os portadores da camada n- so eltrons e os da camada p

    portadores positivos, e ainda devido a este fenmeno ocorre um processo de difusoatravs da juno J2, pois os eltrons da Fonte (S) tendem tambm a se recombinarem comas lacunas em questo. Logo podemos dividir a corrente total de um IGBT em duasimportantes componentes a saber:

    - Uma delas se forma quando da formao do canal-n, H uma circulao deeltrons entre as regies n-e n+via este canal criado na regio p. Isto provocauma criao de lacunas no substrato p, ocasionando como foi explicado antes,uma recombinao entre p e n-, esta corrente apresenta um valor bastantesubstancial para o IGBT.

    - A outra est inclusa no processo de difuso atravs da junco J2, descritaanteriormente.

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    5.3CURVA CARACTERSTICA DO IGBT

    Figura 1.29 a) Circuito tpico com IGBTb) Formas de onda dos sinais de entrada e sada do IGBTc) Curva caracterstica ideal do IGBTd) Curva caracterstica real do IGBT

    5.4 IGBTs COMERCIAIS

    IRG4BC30FSKM 75 GAR 063 D

    IRGPC50F

    SK 13 GD 063

    Figura 1.30Tipos comerciais de IGBT

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    5.5PINAGEM DO IGBT

    Figura 1.31Terminais do IGBT

    5.6VANTAGENS DO IGBT

    O IGBT atinge limites de tenso e corrente consideravelmente mais elevados do que

    dispositivos como o MOSFET que possuem uma faixa mais reduzida de valores, ficando,tipicamente, entre: 100V/200A e 1000V/20A, enquanto os IGBTS atingem at1200V/500A. Tais limites especialmente para os IGBTs tm se ampliado rapidamente emfuno do intenso trabalho de desenvolvimento que tem sido realizado.

    Os IGBTs tambm apresentam baixas perdas na conduo assim como podemtrabalhar em freqncias mais elevadas de at 20kHz, inferiores no caso para osMOSFETs que trabalham em freqncias maiores do que 50kHz.

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    1

    1GATILHO2COLETOR3 - EMISSOR

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    EXERCCIOS DE APRENDIZAGEM

    1) Conceitue um SCR?

    2) O SCR TIC126D possui uma corrente de manuteno(IH) igual a 40mA. Em um certo

    momento, encontra-se passando pelo mesmo uma corrente de 5A, e logo aps, por um

    motivo qualquer, ocorre uma brusca reduo dessa corrente para 30mA. O que voc diz

    sobre o SCR. O mesmo manter conduzindo a corrente ou entrar em corte? Explique

    porqu.

    2) Explique sucintamente, porque no vivel disparar o SCR aplicando sobre o mesmouma tenso de breakover com frequncia.

    4) Dado o TIC106D disposto no invlucro T0220AB, indique a correta pinagem do mesmo.

    5) Identifique que defeitos apresentam os SCRs abaixo, analisando as medidas deresistncia.

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    6) Por que motivo o TRIAC chamado de dispositivo bidirecional?

    7) Identifique a pinagem do TRIAC TIC216 a seguir:

    8) Dado o transistor de unijuno abaixo, identifique seu defeito a partir das mediesrealizadas.

    9) De acordo com os testes realizados a seguir, realize o diagnstico do DIAC

    ............

    ............

    ............

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    Captulo IICIRCUITOS DE DISPARO DE TIRISTORES

    1INTRODUOO circuito de disparo de Tiristores representa uma das partes mais importantes nos

    circuitos de controle. Um correto funcionamento do circuito de disparo, assegurar um bom

    funcionamento do tiristor e com isto eficincia no controle a ser realizado.Neste captulo estudaremos os diversos tipos de circuitos de disparo dos tiristores,estes circuitos acionados atravs de trs tipos de fontes: Fonte de sinal CC, fonte de sinalCA e fontes geradoras de pulsos, descrevendo algumas vantagens e desvantagens entre asmesmas.

    2DISPARO DE TIRISTORES COM SINAL CC NO GATILHO

    CIRCUITOS TPICOS

    Tendo em vista os circuitos da figura 2.1, possvel calcular o valor das constantesRG e RL visando, respectivamente, manter o valor de corrente de gatilho abaixo de IGMAXe acima de IGMIN, e controlar a corrente de anodo que passa pelo Tiristor.

    Circuitos desta natureza, apresentam um inconveniente. A corrente no gatilhopermanece o tempo todo. Isto no necessrio, visto que a necessidade da corrente nogatilho s na hora do disparo, depois a mesma pode ser retirada. Caso contrrio, estamos

    dissipando energia no gatilho alm do necessrio, o que no conveniente.3 - DISPARO DE TIRISTORES COM SINAL CA NO GATILHO

    O disparo em CA ocorre quando uma amostra deste sinal alcana um valorsuficiente para disparar o Tiristor. Variante com o tempo, o sinal AC alcana o valor dedisparo em um ngulo , chamado ngulo de disparo. Neste circuito no acarreta dacorrente se manter no gatilho, pois ao Tiristor ser disparado o circuito de gatilho curto-circuitado.(Ver figura 2.2 ).

    VCC

    RLRG

    Figura 2.1Disparos de Tiristores com sinal CC. (Circuitos Tpicos )

    RG RL

    VCC

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    CIRCUITOS TPICOS

    4 - CONTROLE DE FASE COM SCR

    Observe o circuito da figura 2.3 e o comportamento da tenso sobre a carga resistivaRL = 100, mostrado na figura 2.4.

    O circuito da figura 2.3, como podemos observar, alimenta uma carga resistiva de100com uma tenso eficaz Vrede= 127V, atravs de um SCR TIC 106B, que apresentaIGT= 200A e VGT= 0.6V. A idia deste exemplo mostrar que atravs da escolha de umvalor para o potencimetro P1, temse disparos em instantes diferentes em relao ao sinalalternado de entrada ( Vrede ) atravs do controle de fase, ou seja, controlar a tensofornecida carga e, portanto a sua potncia.

    C1

    RL

    P1

    R1

    ~Vrede

    R1

    P1

    RL

    C1

    ~Vrede

    Figura 2.2Disparos de Tiristores com sinal CA.

    (Circuitos Tpicos )

    Figura 2.3Circuito de disparo com SCR( Controle de fase )

    1k

    P1 100

    Vrede ~ TIC 106B

    (200k)

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    FORMAS DE ONDA

    As formas de ondas caractersticas da tenso nos terminais da carga, so mostrados nasilustraes acima, observe-se que h um valor mdio diferente de zero aplicado a cargaquando a alimentao da mesma controlado pelo SCR, e este valor mdio pode sercalculado como mostraremos em seguida. verificado tambm que a fluxo de potnciaaplicada a carga controlado, podendo-se ento fornecer mais ou menos potncia. Mas doque depende este controle de fluxo de potncia para a carga?

    Vejamos:

    O valor mdio calculado sobre uma carga quando a mesma recebe um sinal

    Figura 2.4 Comportamento das tenses na carga para os diversosngulos de disparo do SCR

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    retificado em meia onda controlado atravs de um ngulo de disparo, calculado pelaexpresso:

    Enquanto o valor eficaz de tenso dado por:

    Logo possvel ento aplicarmos estas equaes para calcularmos a tenso mdia eeficaz aplicadas na carga de um circuito qualquer que se utilize de dispositivos como oSCR para o controle de potncia sobre a mesma. A potncia ento pode ser calculada pelaexpresso que segue: 0

    Notamos que assim como a tenso eficaz varia segundo um ngulo, chamado ngulode disparo, varia a potncia consumida pela carga, conclui-se ento que o fluxo de potnciasobre a carga depende do ngulo em que o SCR disparado.

    A tabela abaixo mostra alguns valores de grandezas para os ngulos de disparos emquesto, verificados para o circuito da figura 2.3

    ngulo dedisparo()

    Tenso narede( Vrede)

    Tenso mdiana carga( Vmedio )

    Tenso eficaz nacarga( Veficaz )

    Potncia consumidapela carga( Peficaz )

    2 6.3V 57.1V 89.8V 80.64W15 46.5V 56.2V 89.6V 80.28W30 89.8V 53.3V 88.5V 78.32W60 155.5V 42.9V 80.5V 64.80W90 179.6V 28.6V 63.5V 40.32W

    Voc pode observar que o valor mximo da tenso de rede obtido com um ngulode disparo de 90, e isto nos leva a concluir que a partir deste ngulo no temos mais

    controle de potncia sobre a carga, e agora Jos ? o que faremos.....Fique tranqilo caro leitor, logo adiante mostraremos circuitos de disparo que

    permitem variar o ngulo de 0 a 180 no semiciclo positivo assim como de 180 a 360no semiciclo negativo, caso estejamos trabalhando com circuitos para disparar o TRIAC.

    No primeiro instante entenderemos o por qu deste limite de controle em torno de90, certo?

    2

    )1( COSVV Pmdio

    8

    2sen

    44

    1 Peficaz VV

    L

    eficaz

    eficazR

    VP

    2

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    Observe a figura 2.5.

    Verifica-se que o circuito se encontra projetado de tal forma que quando o sinal detenso da rede alcanar 89.8V, o SCR estar com uma corrente de gatilho necessria paragarantir seu disparo, que neste caso se dar em = 30. Analisaremos agora para o Caso

    em que = 150, dado que 0150sen.2.127rede

    V . Calculando-se o valor desta tenso

    encontra-se Vrede= 89.8V. Opa! Mas esse valor no o mesmo para = 30 ? . Pois caroleitor, dessa forma que conclumos a impossibilidade deste circuito atingir ngulosmaiores do que 90, entendeu? A figura 2.6 ajuda a esclarecer este ponto.

    5 - CONTROLE DE FASE COM TRIAC

    Semelhante ao SCR, o TRIAC tambm pode ser utilizado para o controle de fase de

    tenso alternada, levando em conta as mesmas consideraes adotadas a respeito do limitedo ngulo de disparo do SCR. Um circuito tpico de disparo de TRIAC mostrado nafigura 5.1, bem como as formas de onda para os ngulos = 2, = 15, = 30, = 60,= 90 adotados para o circuito com SCR, mostradas na figura 2.7

    Figura 2.5 Tenso de disparo

    Figura 2.6 Tenso de disparo para = 30 e = 150

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    FORMAS DE ONDA

    Figura 2.7Circuito de controle de fase com TRIAC

    100R1

    R2

    100

    0.1uF

    ~

    Figura 2.8 Comportamento das tenses na carga para os diversosngulos de disparo do SCR

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    Observa-se nas formas de onda da figura 2.8 que o controle de fase no TRIAC,diferente do controle em SCRs, feito nos semiciclos positivo e negativo.

    Assim como os resultados do circuito com SCR, possvel calcular os valores deVmdio, Veficaze a Peficazutilizando circuitos com TRIACs atravs das relaes matemticasmostradas a seguir:

    A partir dessas relaes, obtemos assim uma tabela para os ngulos de disparo emquesto mostrados nos grficos da figura 2.8

    ngulo de

    disparo()

    Tenso na

    rede( Vrede)

    Tenso mdia

    na carga( Vmedio )

    Tenso eficaz na

    carga( Veficaz )

    Potncia consumida

    pela carga( Peficaz )2 6.3V 0 127V 161.29W

    15 46.5V 0 126.8V 160.78W30 89.8V 0 125.2V 156.75W60 155.5V 0 113.9V 129.73W90 179.6V 0 89.8V 80.64W

    Observando com cuidado a tabela, podemos destacar duas grandezas queapresentam valores curiosos em relao a tabela destinada ao SCR. Pois bem, uma delas atenso mdia na carga( Vmedio), que apresenta valor nulo para todos os ngulos de disparo,voc sabe o porqu?

    Caso voc preste ateno nas formas de onda apresentadas na figura 2.8, o ngulode disparo igual nos dois semiciclos e como a forma de onda da tenso na carga simtrica, o seu valor mdio nulo.

    A outra grandeza a potncia eficaz consumida pela carga. Verifica-se que a mesmapara o circuito com TRIACs apresenta valores maiores do que aquelas observadas para oscircuitos com SCRs, e voc sabe porque?

    Para um ngulo de disparo de 2 visto que na figura 2.8, mais senide aplicada acarga, comparado ao observado na figura 2.6, e isto significa dizer que mais potncia fornecida carga. Dessa forma fcil entendermos que uma mesma lmpada acender commais intensidade quando ligada a um circuito com TRIAC, e menos intensidade quandoligada a um circuito com SCR.

    Vimos que at o momento, trabalhamos com circuitos de disparo que limitam ongulo em at 90, no semiciclo positivo e 270 no semiciclo negativo, este controle depotncia portanto no completo, ou seja, no se desenvolve de 0 a 180 e 180 a 360,variando a potncia desde 0(zero) at o valor mximo, o controle desta natureza estudadono tpico seguinte, que trata sobre disparo por rede defasadora.

    0mdioV

    4

    2sen

    22

    1

    Peficaz VV

    L

    eficaz

    eficazR

    VP

    2

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    6DISPARO POR REDE DEFASADORA

    A idia destes circuitos produzir um ngulo de disparo maior que 90 emrelao tenso da rede, na figura 2.9 representado por + .

    A figura 2.9 mostra que a tenso de rede ao alcanar o valor de V, o disparoacontece para um certo ngulo , deslocado o sinal de tenso no circuito de disparo de umngulo , verifica-se que o disparo se dar em um ngulo maior que o primeiro, ora, entodescobrimos a filosofia da soluo do nosso problema, pois dessa forma podemos dispararo tiristor sob ngulos maiores que 90, no mesmo? Identificamos ento um circuitotpico capaz de gerar este sinal defasado, como mostra a figura 2.10

    O ngulo ( discutido anteriormente ) que representa a defasagem da tenso dedisparo, tomada sobre o capacitor, em relao a tenso da rede, depende do valor da

    constante de tempo = ( R1+ R2 )C1. Variando-se valor do resistor R2, possvel entoalterar o valor do ngulo de defasagem em questo, mudando assim o ngulo em queocorrer o disparo do SCR.

    O diodo D1 garante que s haver corrente de gatilho no semiciclo positivo datenso da rede, evitando perdas desnecessrias no gatilho do SCR quando este estiverbloqueado.

    O diodo D2conduz no semiciclo negativo carregando C1com tenso negativa. Issogarante que, em cada semiciclo positivo, o capacitor comece sempre a se carregar a partirde uma tenso fixa, mantendo a regularidade do disparo.

    = ngulo de disparo normal= Atraso da rede defasadora= Defasagem no disparo = ngulo de disparo com rededefasadora.

    F

    igura 2.9 Comportamento da tenso de disparo com rededefasadora

    D2

    carga

    R2

    R1

    C1

    SCR

    D1

    Vrede

    Figura 2.10 Circuito tpico de disparo com rede defasadora

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    EXERCCIOS DE APRENDIZAGEM

    1) Dado o circuito abaixo, responda por que no vivel sua utilizao.

    2) Responda se o circuito de disparo em CA, como mostra a figura abaixo, apresenta vantagem sobre ocircuito de disparo CC, montado no exerccio ( 1 ). Justifique sua resposta.

    3) Partindo do circuito mostrado na figura abaixo, explique sucintamente a idia de como podemos disparar

    em instantes diferentes o SCR, de acordo com o sinal alternado de entrada.

    VCC

    RLRG

    R1

    P1

    RL

    C1

    ~Vrede

    1k

    P1 100

    Vrede ~ TIC 106B

    (200k)

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    4) Qual a vantagem do controle do fluxo de potncia efetuado com o TRIAC comparado com o SCR?

    5) Responda se possvel controlarmos o valor mdio de tenso na carga, utilizando-se um circuito com

    TRIAC. Justifique sua resposta.

    6) Explique a funo dos diodos D1 e D2 no circuito abaixo.

    7DISPARO POR PULSOS E COMPONENTES ASSOCIADOS

    O disparo por pulsos vantajoso em relao ao disparo CC no que diz respeito apotncia dissipada na juno gatilho - catodo alm da possibilidade de obter isolao entreos sinais de disparo e o dispositivo. Esta isolao, Galvnica, no permite a passagem decorrente de um lado para outro do circuito, mantendo assim a integridade do dispositivo.

    Esta isolao normalmente feita atravs de Transformadores de pulso e Acopladores pticos, estudados mais adiante.

    8TRANSFORMADORES DE PULSOEspecialmente projetados para a transmisso de pulsos de disparo aos SCRs e

    TRIACs, os transformadores de pulso devem apresentar como exigncia um timoacoplamento entre o primrio e secundrio alm de possuir uma elevada isolao (tipicamente da ordem de kV ), esta isolao importante para evitar que tensesdesenvolvidas nos enrolamentos, em funo da operao normal do conversor, possamcausar-lhes danos, e quanto ao acoplamento ser perfeito pode ser melhor entendido nasilustraes mostradas na figura 8.1.

    Figura 2.11 Espalhamento da corrente ao longo do disparo

    D2

    carga

    R2

    R1

    C1

    SCR

    D1

    Vrede

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    35

    Verifica-se portanto a medida que a corrente no gatilho injetada transversalmente,uma corrente Anodocatodo vai encontrando uma maior facilidade na passagem ao longoda seo do dispositivo, porm caso no haja conformidade nesta distribuio, devido a umpossvel mau acoplamento, a corrente I se concentrar mais em uma nica regioprovocando um aquecimento( ponto quente ) podendo danificar o componente.

    TRANSFORMADORES DE PULSO COMERCIAIS

    9ACOPLADORES PTICOS OU ISOLADORES PTICOSEstes dispositivos surgiram na dcada de 70 e foram desenvolvidos com a finalidade

    de isolar pulsos de disparo.Os acopladores pticos consistem em uma fonte de luz(fotoemissor) e umfotosensor, que deve ter alta sensibilidade na faixa de frequncia de luz emitida pelofotoemissor. O fotosensor pode ser um transistor ou at um SCR ou TRIAC, disparadosnum mesmo invlucro, como ilustra a figura 2.13.

    Um inconveniente em usar acopladores pticos com transistor a necessidade deuma fonte adicional, para polarizar o circuito de coletor do transistor e fornecer a correntede gatilho ao SCR ou TRIAC.

    Imagine, caro leitor, que voc agora deseje disparar um tiristor utilizando-se de umacoplador ptico com transistor, como mostra a figura 2.13, verifique que ser necessriouma fonte adicional para polarizar o circuito de coletor do transistor e assim fornecer acorrente de gatilho para efetuar o devido disparo, isto no ser inconveniente?

    Figura 2.12 Transformador de pulso

    Figura 2.13 a) Esquema interno de acoplador pticob) Acoplador ptico com fototransistorc) Encapsulamento do componente

    a)

    b)

    c)

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    Claro que sim, pois haveria um circuito mais complexo para o disparo de seutiristor, pois bem, h uma soluo interessante para este caso, que o uso de acopladorespticos com tiristores, ilustrado na figura 2.14.

    TIPOS COMERCIAIS

    CIRCUITO DE DISPARO COM FOTOTRIAC

    Observe na figura 2.16 que para que seja acionado o TRIAC Q1, o sistema digitaldeve fornecer nvel lgico 1 a entrada de controle da porta nand. Assim, o pino 2 doMOC3011 vai para nvel lgico 0 e o led D2 fica polarizado diretamente, disparando ofotosensor Q2e, como consequncia, o TRIAC Q1.

    Figura 2.14 Circuito integrado MOC3011

    Figura 2.16 Circuito tpico de disparo com o MOC3011

    VCONTROLE

    R3

    R2

    +V F1

    R1

    1

    1/4 - 7400D2

    Q2

    Q1

    CARGA

    MOC3011

    MOC3020MOC3021MOC3022MOC3023

    Figura 2.15 Circuito tpico de disparo com o MOC3011

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    Para podermos especificar um circuito integrado desta natureza importanteestarmos atento a dois parmetros: A tenso mxima reversa(VRRM) e a corrente mximadireta(ID), suportadas pelo elemento fotosensor, no caso o TRIAC.

    Uma breve anlise do comportamento do circuito com o MOC3011 quanto ao usodentro de seus parmetros mximos, feito para que possamos ter a idia da sequncia declculos para um bom dimensionamento do circuito de disparo.

    A partir da figura 2.16 e dado as caractersticas do TRIAC Q 1, assim como do

    circuito integrado MOC3011 faremos a anlise.

    Visto que a tabela 2.1 nos mostra os parmetros do MOC3011, a corrente I A deentrada do pino 1(anodo do led) deve ser inferior a 50mA,. Para no danificar o dispositivo,e deve ser superior a 10mA, para garantir o disparo de Q 2.

    Desejamos ento dispararmos o TRIAC Q2, tendo no pino 2 nvel lgico 0, acorrente IAvale:

    mAR

    VI FA 3.12

    300

    3.155

    1

    Desta forma o MOC3011 est protegido e garante o disparo do TRIAC interno Q2.Para garantirmos a proteo do TRIAC Q2, a partir da carga a ser acionado,

    necessrio calcularmos o valor do resistor R1, inserido no pino 6, vejamos:

    29.161100

    )127( 22

    L

    REDE

    LP

    VR

    Portanto, a corrente mxima no pino 6 ser:

    ARR

    V

    IL

    REDE

    529.029.341

    2127

    26

    Isto garante que o TRIAC interno no ser danificado, pois opera com correntemenor que mxima permitida(I6= 1.2A).

    Garantidas ento as condies normais de trabalho do MOC3011, possveldeterminar o que nvel de tenso da rede, o TRIAC Q1ir Disparar, dado que saibamos seusparmetros.

    A partir da tabela 9.1, temos que IGT= 100mA e VGT=2V, considerando que VT=3V (TRIAC Q2), obtemos ento atravs do circuito em questo:

    PARMETROS DO MOC3011LED

    IA 10mA(min) 50mA(max)VF 1.3V-10mA

    TRIACVRRM,VDRM 250V(min)

    VT 3V(max)100mAI6 1.2A(max)

    PARMETROS DO TRIAC Q1VGT 2VIGT 100mA

    Tabela 2.1 Parmetros do TRIAC e do MOC 3011

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    C

    38

    21

    12 )()(

    RR

    QVQVVI GTTREDEGT

    29.341

    2310100 3

    REDEV

    x , VVREDE 13.39

    Isto significa que a tenso da rede ao atingir 39.13V, o TRIAC Q1 ser disparado.Voc deve estar questionando o fato do controle de potncia, no estar disponvel

    nesta tipologia de circuito, no ? Pois bem, possvel sim criarmos um controle de ngulode disparo nesta topologia de circuito, basta inserirmos no pino 6 um resistor varivel(RV),e logo teremos disparos para vrios valores de tenso da rede. Porm temos que ter umcuidado especial com o mnimo valor para esta resistncia inserida no pino 6, pois poderhaver um aumento de I6superior ao suportado pelo TRIAC Q2.

    Uma recomendao para evitarmos este tipo de problema, inserirmos em sriecom o resistor varivel(RV) uma resistncia que garante o valor limite quando este resistorestiver prximo de zero(0), como ilustra o circuito da figura 2.17

    10CIRCUITO DE DISPARO PULSADO COM UJT

    OSCILADOR DE RELAXAO COM UJT

    R1

    RB2

    RB1

    +VCC

    C1

    UJT

    B1

    B2E

    (a)

    rb1

    RB1

    rb2

    RB2

    D1DIODE

    R1

    C1

    +

    VCC

    B2

    B1

    E

    (b)Figura 2.18 a) Circuito tpico de um oscilador com UJT

    b) Oscilador de relaxao com circuito equivalente do UJT

    Figura 2.17 Circuito de disparo com MOC 3011

    100W

    R1180

    5V F11A

    R2300

    VRede

    D2 Q2Q1Vcontrole

    1

    MOC3011

    1/4 - 7400

    R3

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    PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO

    Observe a figura 2.19, inicialmente ao aplicarmos uma tenso VCC, o capacitor secarregar at que o diodo dom emissor comece a ficar polarizado diretamente. Quando atenso no capacitor atingir a tenso de disparo do UJT(Vp), O mesmo conduz, temos entouma diminuio de r b1, permitindo ento que o capacitor C1se descarrega sobre (RB1+ rb1).Esta descarga se dar at que o UJT entre novamente no estado de corte.

    Este ciclo se repete segundo constantes de tempo, de carga e descarga, formandoassim um circuito oscilador.

    E o que so constantes de tempo? Vejamos,Por definio, uma constante de tempo o tempo necessrio para que o capacitor se

    carregue( ou descarregue) em at 63% do valor de tenso de entrada no circuito, e dadapela expresso = RC.

    No nosso caso temos duas diferentes constantes de tempo a considerar, a de carga ea de descarga, respectivamente representadas pelas expresses: carga = R1C1 e

    descarga= (RB1+ R B1) C1, e o comportamento das mesmas ento observados na figura 2.20.

    D2DIODE

    RB1

    rb1

    C1

    R1

    +

    VCC1

    B1

    E

    Figura 2.19Circuito equivalente ao oscilador de relaxao aps o corte do UJT

    VE

    t2

    VB2

    VB2

    VB1

    VB1

    VV

    VP

    t1

    Tenso de disparo

    Tenso contnua em B1

    Tenso de vale

    Tenso no terminalB1( usada paradisparar tiristores)

    Tenso no terminal B2

    t

    t

    t

    0

    Figura 2.20Circuito equivalente ao oscilador de relaxao aps o corte do UJT

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    Verifica-se que de 0 a t1, o capacitor se carrega atravs de R1, com constante detempo carga= R1C1. Em t1, o UJT dispara e entre t1e t2, o capacitor se descarrega com umaconstante de tempo descarga= (rB1+ R B1) C1, de valor menor do que carga.

    Aprendemos ento como funciona o circuito de um oscilador de relaxao comUJT, mas de que forma podemos nos servir do mesmo para disparar um SCR ou TRIAC?

    Veja bem, caro leitor, observe que na figura 2.20, a forma de onda adquirida no

    terminal de B1 representa pulsos de tenso e exatamente estes que so utilizados paradisparar os tiristores em questo. O circuito tpico para o disparo de SCRs ou TRIACs mostrado na figura 2.21.

    PROJETO DE UM OSCILOSDOR DE RELAXAO COM UJTPara que um SCR seja disparado com sucesso atravs de um circuito como

    mostrado na figura 2.21, preciso especificarmos os parmetros do mesmo. necessrio ento efetuarmos alguns clculos baseando nas caractersticas

    do UJT, assim como nas caractersticas do SCR que desejamos acionar, um

    exemplo ilustrativo do SCR que desejamos acionar, um exemplo ilustrativos mostrado a seguir, apresentando a voc de que forma podemos obter osparmetros deste circuito oscilador.

    Para o projeto em questo iremos considerar o circuito da figura 2.21, com oUJT 2N2646 e o SCR TIC 106, onde algumas de suas caractersticas soapresentadas a seguir:

    UJT2N2646 0.56(min) 0.75(max)rbb 4.7k(min) 9.1k(max)

    Ip 1A(tip) 5A(max)Iv 4mA(min) 6mA(tip)

    SCRTIC106VGD=0.2V VGT=1V

    - CLCULO DOS PARMETROS R1, R2, R3E C1CLCULO DE R2:

    carga

    R3

    R2R1

    C1

    UJT

    SCR

    +Vcc

    Vrede~

    Figura 2.21Circuito tpico de disparo de SCR com UJT

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    Um valor prtico de R2 calculado em torno de 15% de rbb, verificado nascaractersticas tcnicas do dispositivo.

    CLCULO DE R3:Dado Vcc, calcula-se o valor de R3 atravs da relao:

    CLCULO DE R1:

    O valor do clculo do resistor do emissor(R1) deve ficar dentro do seguintelimite:

    p

    pcc

    v

    vcc

    I

    VVR

    I

    VV

    1

    A partir da seo 3.4 que trata dos parmetros do UJT, temos que VV=2V, IV= 4mAe IP= 4A escolhidos assim para efetuarmos o clculo em questo. Porm Vp encontrado

    atravs da expresso: BBDp VVV

    onde VD= 0.6, = 0.6 e

    32

    2

    RRR

    RVVV

    BB

    cc

    ccBB V3e Sabendo que V3< 0.6V,

    consideraremos ento V3= 0.3V.

    CLCULO DO CAPACITOR C1:Para o clculo do capacitor, devemos fixar uma faixa de frequncia

    de operao do circuito. O valor de C1 ento calculado pela expresso quesegue:

    1

    1ln

    1

    1

    1

    fR

    C , dado que so conhecidos os valores de R1, f e .

    Como exemplo, aplicamos ento uma tenso de alimentao Vcc = 12V equeremos que a sada do circuito oscile com uma frequncia de 1kHZ. De posse entodesses dados de entrada e de acordo com a ferramenta de clculo de cada parmetroobtemos ento o valor dos mesmos mostrados no circuito da figura 2.22.

    R2= 1k, R3= 220, R1= 10ke C1= 0.1F

    Vcc

    rRxR bb

    (min))(6.0 23

    carga

    R3

    R2R1

    C1

    UJT

    SCR

    +Vcc

    Vrede~

    10k

    0.1F

    1k

    220

    Figura 2.22Circuito tpico de dispde SCR com UJT

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    EXERCCIOS DE APRENDIZAGEM

    1)Cite uma vantagem do disparo por pulsos em relao ao disparo CC.

    2) Qual a funo do transformador de pulso em um circuito de disparo?

    3) Cite algumas vantagens do uso de um acoplador ptico no disparo de um tiristor?

    4)Dado o circuito abaixo, e consultando os dados tcnicos necessrios, dimensione o circuito com o objetivo

    de protegermos o optoacoplador?

    5) Dado o circuito abaixo, explique de que forma possvel retardarmos o disparo do UJT.

    VCONTROLE

    R3

    R2

    +V F1

    R1

    1

    1/4 - 7400D2

    Q2

    Q1

    CARGA(RL=500)

    V = 110V

    5V

    R1

    RB2

    RB1

    +VCC

    C1

    UJT

    B1

    B2E

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    OSCILADOR DE RELAXAO COM UJT SINCRONIZADO COM A REDE

    No circuito de disparo visto anteriormente, h um pequeno problema: O ngulo dedisparo() aleatrio, pois o circuito gerador de pulsos fica oscilando independente dosinal da rede. Quando isto

    ocorre, os pulsos enviados podem pegar a senide a cada ciclo, em momento diferente.

    Como mostra a fig. 2.23 abaixo:

    Para evitar o problema do ngulo ficar aleatrio, devemos sincronizarfuncionamento do circuito de disparo com o sinal que alimenta o circuito de potncia.Um circuito tpico de disparo sincronizado com a rede mostrado na figura 10.7:

    Este circuito funciona da seguinte forma: No semiciclo negativo da tenso de rede,o diodo zener funciona como um diodo normal, pois polarizado diretamente como mostraa figura 2.25:

    R1

    RB1

    RB2

    UJTD1

    R

    C1

    ~

    Figura 2.23Formas de ondas para o circuito de disparoCom aleatrio

    Figura 2.24Circuito sincronizado de disparo com UJT

    R1

    D1~Vrede

    Vrede

    I

    Figura 2.25Etapa de estabilizao zener

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    Neste instante o oscilador estarem curto e o UJT no ir disparar,permitindo assim que no haja algumadissipao desnecessria no gatilho, jque no semiciclo negativo o SCR nodeve conduzir, como de costume.

    No semiciclo positivo, at que a

    tenso de rede atinja a tenso VZ, odiodo zener estar bloqueado. A partirda o diodo zener ir manter a tenso,no circuito gerador de pulsos,estabilizada no valor de VZ, istoocorrer logo no incio do semiciclopositivo.

    Uma vez alimentado, o circuitooscilar normalmente e o primeiropulso(com ngulo em relao tensoda rede) ir disparar o SCR.

    Os demais pulsos so desnecessrios, mas inevitveis neste circuito e como os sinaisso repetitivos, ou seja, as condies de carga repetem-se em todos os semiciclos negativos,o primeiro pulso ocorrer sempre com o mesmo ngulo , como pode ser visto na figura2.26.

    11CIRCUITO DE DISPARO COM TCA-785O TCA-785 um circuito integrado desenvolvido para controlar o ngulo de

    disparo de tiristores, continuamente de 0 a 180.

    O TCA-785 faz parte de um grupo de circuitos integrados de disparo. A finalidadedestes circuitos a de facilitar o projeto de circuitos de disparo e torn-los mais compactose confiveis.

    Dentre suas excelentes caractersticas possvel destacar: Largo campo de aplicao devido possibilidade de controle externo; Operao em circuitos trifsicos, utilizando-se 3(trs) CIs; Duas sadas com corrente de disparo( TCA-785 - 250mA), duas sadas adicionais

    complementares;

    Figura 2.26Formas de ondas para o circuito de disparo

    sincronizado com a rede.

    Figura 2.27Circuto integrado TCA 785

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    Durao de pulsos de disparo determinado por um capacitor externo; Deteco de passagem de tenso por zero volt; Possibilidade de inibio dos pulsos de disparo; Faixa de fonte de alimentao de 8V a 18V; Consumo interno de corrente at 10mA. DIAGRAMA DE BLOCOS DO TCA-785

    Para melhor entendermos o funcionamento deste circuito, analisaremos suas principaisetapas.

    DETETOR DE PASSAGEM POR ZEROVimos a importncia do circuito de disparo estar em sincronismo com a rede, para que

    no ocorra disparos aleatrios dos tiristores. TCA-785 apresenta um bloco chamadoDPZ(Detector de Passagem por Zero) que gera um pulso de sincronismo toda vez que atenso da rede passa por zero. A entrada para a tenso de referncia de sincronismo nopino 5, como mostra a figura 2.28.

    Figura 2.28Diagrama de blocos do TCA 785

    Figura 2.29 a)Detalhe parcial do TCA 785b) Conexo de referncia

    a)

    b)

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    Quanto a tenso de alimentao VS(pino 16) pode variar dentro do intervalo8VVS18V, pois a alimentao interna do TCA-785 regulada em 3.1V peloprprio CI, de uma tenso de alimentao externa(VS), como pode ser observada na figura2.29.

    GERADOR DE RAMPAO gerador de rampa(cujo controle est na unidade lgica) consiste essencialmente de

    uma fonte controlada por uma resistncia RR. O tempo de subida da rampa assimdeterminado pela combinao RRe CR, como pode ser observado na figura 2.30.

    A tenso fornecida pelo gerador de rampa varia linearmente com o tempo(reta), ouseja, a tenso dobra se o intervalo de tempo dobrar. Em outras palavras, a tenso cresceproporcionalmente ao aumento do tempo, como se v, por exemplo, na figura 2.30.

    A equao ento que rege este comportamento da tenso de rampa(VCR), nocapacitor(cr) dada por:

    txC

    IV

    R

    CR

    CR

    Verifica-se ento que a equao impe restries quanto ao valor de CR, logo para ocorreto funcionamento do circuito, devem ser considerados os valores mnimos e mximosadotados na prtica 500pF e 1F, respectivamente. Um valor elevado de CR tornaria adescarga do mesmo muito lenta, comprometendo o novo ciclo de carga e,consequentemente, o sincronismo do disparo.

    Figura 2.30Sada de um gerador de rampa

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    COMPARADOR DE DISPARO DO TCA-785A finalidade deste bloco comparar a tenso de rampa(VR) com a tenso de

    controle(VC), quando estas forem iguais, envia pulsos nas sadas, via unidade lgica.Obtm-se, ento, no pino 15, pulsos positivos no semiciclo positivo da tenso desincronismo e no pino 14, pulsos positivos no semiciclo negativo da tenso de sincronismo,defasadas entre si de 180.

    Uma ilustrao do bloco comparador, bem como as formas de onda do sinal de

    controle e rampa so mostrados na figura 2.31

    Observe na figura 2.31 que a mudana de estado na sada VOdo bloco comparadorde disparo indicar ao bloco lgico de formao de pulsos, que um pulso de disparo deveser acoplado a uma de suas sadas, a durao destes pulsos determinada pela conexo deum capacitor externo C12, entre o pino 12 e o terra e amplitudes iguais a tenso de

    alimentao do pino 16.Na tabela 2.2 apresentada uma relao de capacitores para o pino 12 com asrespectivas larguras de pulsos.

    C12 Aberta 150pF 220pF 33pF 680pF 1000pF Curto= 620s/F 30s 93s 136s 205s 422s 620s 180 -

    Assim podemos monitorar a largura dos pulsos adquiridos nas sadas do blocolgico de formao dos pulsos.

    A figura 2.32 ilustra as formas de onda dos sinais de interesse do TCA 785,apresentando os pulsos adquiridos com larguras diferentes.

    Figura 2.31a)Comparador de disparo do TCAb) Sinal aplicado ao bloco lgico de formao de pulsos

    b)a)

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    Figura 2.32Formao dos pulsos de disparo

    Observa-se ento com mais clareza que os pulsos so criados a partir de interseodo sinal de controle(Vcontrole) com o sinal de rampa(VCR), e fcil de percebermos em que

    caso elevarmos ou abaixarmos o sinal de controle, o pulso ir se deslocar para frente oupara trs, respectivamente. Verifica-se tambm o quanto a largura do pulso alteradaquando alteramos o valor do capacitor C12, conectado ao pino 12, na verdade, no primeiromomento o pino deixado aberto e no segundo momento o mesmo curto-circuitado.

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    12OUTROS MTODOS DE DISPARO DO SCROs mtodos que estudamos at o momento so dedicados a sinais aplicados ao

    gatilho do dispositivo, disparando-o sob uma tenso bem menor que sua tenso debreakover.

    Neste tpico analisaremos as possveis formas de ocorrer o disparo do S R ondealguns destes so indesejveis e por tal motivo, protees devero ser utilizadas para evitar

    disparos acidentais.

    DISPARO POR TENSO DE BREAKOVER(VBO)Existe um valor de tenso anodo-catodo capaz de levar o SCR do estado de

    corte para o estado de conduo, sem aplicaes de corrente de gatilho(ig=0),conhecido como tenso de Breakover. Este processo de disparo, nem sempredestrutivo, raramente utilizado na prtica, pelo fato de necessitarmos de valoreselevados de tenso capaz de fazer o SCR conduzir.

    DISPARO POR RUDO ( SINAIS DE INTERFERNCIA)Esta forma de disparo indesejvel, pois um tiristor poder conduzir a

    qualquer momento, desde que o gatilho capte estes sinais de interferncia. Estetipo de disparo s ocorre para a linha de SCRs mais sensveis(ex.: TIC 106)onde pequenos nveis de sinal no gatilho so suficientes para disparar ocomponente.

    Para evitarmos um disparo indesejvel por rudo, deveremos utilizar umresistor do SCR. Na figura 2.33 temos a localizao do resistor que evita odisparo do SCR por rudo e vale a pena ressaltar que em alguns casos(ex.: TIC116, TIC 126) este resistor j vem colocado internamente no componente.

    Figura 2.33Disparo por rudo

    DISPARO POR VARIAO DE TENSO(dV/dt)Toda juno PN reversamente polarizada, apresenta caracterstica capacitiva.Observe a figura 2.34

    Figura 2.34Capacitncia refletida na junoJ2

    RG

    A

    G

    K

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    50

    A partir do circuito da figura 2.34, observe que ao fecharmos a chave CH1, acapacitncia da juno J2 far com que circule uma corrente de gatilho. Caso o valor dacorrente capacitiva seja suficiente para que haja o processo regenerativo, o SCR entra emconduo, aplicado um disparo acidental podendo atm provocar srios danos ao sistema,como por exemplo um grave curto-circuito.

    Muito bem, caro leitor, a questo como reduzirmos este efeito, certo? Entopartimos do conhecimento que o capacitor possui a propriedade de se opor a variaes de

    tenso, visto que a tenso nos seus terminais cresce de forma gradativa.Podemos reduzir o efeito da variao brusca de tenso no SCR, colocando umcircuito que amortea esta variao. Este circuito constitudo de um ramo RC em paralelocom os terminais anodo e catodo do SCR, que impedir que a tenso entre anodovariebruscamente. Este circuito conhecido como Snubber(amortecedor).

    DISPARO

    POR AUMENTO DE TEMPERATURAA medida que a temperatura aumentada, diversos parmetros do SCR variam tais

    como, Ifuga, VBOe IH.Notamos que o aumento de temperatura, facilita o disparo do SCR, uma vez que um

    aumento da corrente de fuga, diminuio de VBO e uma diminuio IH, ou seja, asalteraes nestes parmetros contribuem para uma maior facilidade de disparo docomponente.

    DISPARO POR LUZA incidncia de luz em uma juno pode fazer surgir eltrons livres na mesma. Amedida que aumenta a incidncia de luz, aumenta o nmero de eltrons livres. Paraocorrer tal tipo de disparo, o componente deve apresentar uma janela que propicie aentrada da luz. Na verdade, o componente disparado pela luz o LASCR(SCRativado luz). O papel do gatilho, neste componente, possibilitar o controle daintensidade de luz necessria para o disparo do mesmo.

    Figura 2.35Circuito SNUBBER

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    EXERCCIOS DE APRENDIZAGEM

    1)Explique a funo do diodo zener(D1) no circuito abaixo

    2)Cite algumas vantagens do TCA 785

    3) Explique o funcionamento do circuito detector de passagem por zero, mostrado abaixo

    4)Na configurao do circuito mostrado abaixo, responda qual a funo dos diodos D1 e D2?

    5)Responda porque importante mantermos o capacitor e o resistor de rampa fixos?

    SADA

    S160 Hz

    VCC

    C

    R3

    R2

    R1

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    6)Responda em qual dos casos abaixo, h um capacitor de valor mais elevado conectado no pino 12 do TCA.

    7)Explique o que voc entende sobra tenso de BREAKOVER8)Responda de que forma podemos minimizar os efeitos do disparo por rudo em SCRs tipo TIC 106.

    9)Responda de que forma podemos minimizar os efeitos do disparo no SCR causado por variao de tenso

    ocorrida no momento de ligao de um sistema.

    10)Explique de que forma um aumento de temperatura pode fazer com que um SCR dispare.

    Captulo III - CIRCUITOS RETIFICADORES

    Neste captulo trataremos dos circuitos retificadores controlados, tambm chamados

    de conversores CA-CC, aplicados no fornecimento de uma tenso contnua, de valor mdiovarivel carga.

    Entre diversas aplicaes de retificadores controlados, podemos destacar: Controle de velocidade de motores CC por tenso de armadura varivel, nas indstrias

    de ao e papel; Fontes de tenso CC varivel para alimentao de inversores usados no controle de

    motores de induo por variao de frequncia; Controle de velocidade varivel para ferramentas eltricas portteis.

    Entre os retificadores monofsicos e trifsicos estudados neste captulo, temos:1. Retificador controlado monofsico de meia-onda;2. Retificador controlado monofsico de onda completa;3. Retificador controlado monofsico de onda completa em ponte;4. Retificador semi-controlado monofsico em ponte;5. Retificador controlado trifsico de meia-onda;6. Retificador controlado trifsico de onda completa em ponte;7. Retificador semi-controlado trifsico em ponte.

    (A)

    (B)

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    1.RETIFICADOR CONTROLADO MONOFSICO DE MEIA-ONDA

    1.a) CIRCUITO e FORMAS DE ONDA

    CIRCUITO

    Figura 3.1a) Circuito retificador controlado de meia onda.

    FORMAS DE ONDA

    Figura 3.2a) Formas de onda para carga puramente resistivab)Formas de onda para carga indutiva

    CARGA60 Hz

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    1.b) TENSO MDIA NA CARGA

    Carga puramente resistiva

    )cos1(2

    Vmx

    VDC

    Carga indutiva

    )cos(cos2

    Vmx

    VDC , onde = + e representa o ngulo

    de corte do SCR, resultado do atraso da corrente na carga devido a ao da indutncia nacarga, como observado na figura 2.2b.

    1.c) CIRCUITO COM DIODO DE CIRCULAO

    Estrutura

    Figura 3.3Retificador monofsico de meia onda a SCR com diodo de circulao

    FuncionamentoO circuito da figura 2.3 apresenta duas etapas de funcionamento distintas, conformemostra as figuras 2.4a e 2.4b.

    Figura 3.4a) 1a etapa de funcionamentob) 2a etapa de funcionamento

    CARGA60 Hz

    L

    R

    60 Hz

    iL

    (a)

    L

    R

    60 Hz

    iL

    (b)

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    FORMAS DE ONDA

    (a) (b)Figura 3.5a) Formas de onda para um ngulo de disparo pequeno

    b)Formas de onda para um ngulo de disparo elevado

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    Observa-se na figura 2.5 que o valor de = 0, ou seja, o valor mdio datenso na carga, torna-se independente da carga. Desta forma, para uma dada cargaindutiva, o diodo de circulao provoca um aumento no valor mdio da tenso na carga, emrelao estrutura sem este diodo.

    2.RETIFICADOR CONTROLADO MONOFSICO DE ONDA COMPLETA

    2.a) CIRCUITO e FORMAS DE ONDA

    CIRCUITO

    Figura 3.6a) Circuito retificador controlado de onda completa.

    FORMAS DE ONDA

    CARGA60 Hz

    Figura 3.7 Formas de onda do circuito retificadocontrolado de onda completa.

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    2.b) TENSO MDIA NA CARGA

    Carga puramente resistiva

    )cos1(

    Vmx

    VDC

    Carga indutiva

    )cos(cos

    Vmx

    VDC , onde = + .

    3.RETIFICADOR CONTROLADO MONOFSICO DE ONDA COMPLETA EMPONTE

    3.a) CIRCUITO e FORMAS DE ONDA

    CIRCUITO

    Figura 3.8Circuito retificador controlado de onda completa em ponte.

    CARGA

    60 Hz

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    FORMAS DE ONDA

    Figura 3.9Formas de onda do circuito retificador de onda completa em ponte.

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    3.b) TENSO MDIA NA CARGA

    Carga puramente resistiva

    )cos1(

    Vmx

    VDC

    Carga indutiva

    )cos(cos

    Vmx

    VDC , onde = + .

    Observa-se do ponto de vista funcional que como necessrio os pulsos de disparosimultneos dos SCR 3 e SCR 4 ou SCR 1 e SCR 2, aconselhvel que os pulsosaplicados a estes SCRs provenham de um mesmo circuito, portanto importante quetenham os transformadores de pulso com dois enrolamentos secundrios.

    Este circuito apresenta vantagens sobre o circuito anterior devido ao melhor

    aproveitamento da tenso de sada do transformador, pois este aproveita todo oenrolamento secundrio, j que o outro s aproveita a metade.Verifica-se tambm neste circuito que o comportamento da corrente de sada no

    senoidal, isto ocorre devido ao processo de chaveamento do SCRs, fazendo com que amesma se torne contnua pulsante. Este fato evidencia um problema bastante discutido hojena escala industrial, que a injeo de harmnicos na rede.

    4.RETIFICADOR SEMI-CONTROLADO MONOFSICO EM PONTE

    4.a) CIRCUITO e FORMAS DE ONDA

    CIRCUITO

    Figura 3.10 Circuito retificador semi - controlado em ponte.

    CARGA

    60 Hz

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    60

    Funcionamento

    O circuito da figura 2.11 apresenta quatro etapas de funcionamento distintas,conforme mostra as figuras 3.11a, 3.11b,3.11c e 3.11d.

    Figura 3.11 Etapas do funcionamento da ponte mista com carga R-L :a) 1aetapa - wt b) 2a etapa - wt + c) 3aetapa - +wt 2 d) 4aetapa - 0 wt

    SCR2

    D2

    SCR1

    D1

    60 Hz

    b)

    SCR2

    D2 L

    RSCR1

    D1

    60 Hz

    a)

    SCR2

    D2

    SCR1

    D1

    60 Hz

    d)

    SCR2

    D2 L

    R

    SCR1

    D1

    60 Hz

    c)

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    FORMAS DE ONDA

    Figura 3.12 Formas de onda do circuito retificador controlado de onda completa emponte, sem diodo de retorno

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    4.b) TENSO MDIA NA CARGA

    Carga puramente resistiva e carga indutiva

    )cos1(

    Vmx

    VDC

    O retificador semi-controlado, apresenta algumas vantagens e desvantagens comrelao ao controlado. Entre as vantagens, possvel citar a economia de componentesdiante da substituio de SCRs por diodos semicondutores, e quanto as desvantagens ano possibilidade deste conversor ser utilizado na operao como inversor . Uma outradesvantagem que ele apresenta, uma maior distoro na corrente de sada devido aostrechos em que a mesma se anula, como pode ser verificado na figura 2.12.

    4.c) CIRCUITO COM DIODO DE CIRCULAO

    Estrutura

    Figura 3.13 Circuito retificador semi - controlado em ponte com diodo de circulao.

    FuncionamentoO circuito da figura 2.14 apresenta a atuao do diodo de circulao no circuito em

    questo.

    Figura 3.14 Circuito retificador semi - controlado em ponte com diodo de circulao.

    CARGA

    60 Hz

    DR

    D2D4

    SCR3SCR1

    CARGA

    60 Hz

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    O diodo D4 ao ser diretamente polarizado em wt = , o mesmo aplica uma tensoreversa em D2 que bloqueia . Dessa forma a corrente passa a circular por D4 e SCR1,mantendo a tenso na carga nula. Perceba que na verdade ocupamos um SCR acionado,atrasando seu estado de bloqueio. E o que este processo tem haver com o diodo decirculao, tambm chamado de diodo de retorno ?

    Ao inserirmos um diodo de retorno em paralelo com a carga, proporcionamos umcaminho preferencial, chegando a conduzir antes do diodo D4, permitindo assim que o

    SCR1 reassumia sua condio de bloqueio antes do disparo de SCR3.

    Formas de onda

    Figura 3.15Formas de onda do circuito retificador controlado de onda completa em ponte,com diodo de retorno.

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    EXERCCIOS DE APRENDIZAGEM

    RETIFICADORES CONTROLADOS MONOFSICOS

    1)Explique a principal funo de um conversor CA-CC(Retificador controlado)

    2)Cite algumas aplicaes dos conversores CA-CC

    3)Explique a funo do diodo de retorno no circuito abaixo

    4)Responda o que acontece com a tenso mdia sobre a carga quando o diodo de retorno retirado do circuito

    do iten (3)

    5)Responda em qual dos circuitos abaixo, obtm-se maior valor de tenso mdia na carga.

    6)Cite uma vantagem do circuito retificador de onda completa sobre os demais anteriores.

    7)Cite uma desvantagem e uma vantagem do circuito retificador semicontrolado em ponte sobre o circuito

    retificador controlado tambm em ponte

    5.RETIFICADOR CONTROLADO TRIFSICO DE MEIA-ONDA

    5.a) CIRCUITO e FORMAS DE ONDA

    CIRCUITO

    Figura 3.16 Circuito retificador controlado trifsico de meia onda.

    VC

    VB

    carga

    VA

    SCR3

    SCR2

    SCR1

    I0

    CARGA60 Hz

    CARGA60 Hz

    CARGA60 Hz

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    FORMAS DE ONDA

    Figura 3.17Formas de onda do circuito retificador trifsico controlado de meia onda.

    5.b) TENSO MDIA NA CARGA

    Carga indutiva

    cos2

    33 VmxVDC

    Neste caso, para dimensionarmos os dispositivos semicondutores utilizamos arelao que segue:

    efDRMx vV 23

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    6. RETIFICADOR CONTROLADO TRIFSICO DE ONDA COMPLETA EMPONTE

    6.a) CIRCUITO e FORMAS DE ONDA

    CIRCUITO

    Figura 3.18 Circuito retificador controlado trifsico de onda completa em ponte.

    FORMAS DE ONDA

    Figura 3.19Formas de onda do circuito retificador trifsico controlado de onda completaem ponte.

    2

    53

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    VC

    VBcarga

    1VA

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    6.b) TENSO MDIA NA CARGA

    Carga indutiva

    cos3Vmx

    VDC

    7. RETIFICADOR SEMI-CONTROLADO TRIFSICO EM PONTE

    7.a) CIRCUITO e FORMAS DE ONDA

    CIRCUITO

    Figura 3.20 Circuito retificador semi - controlado trifsico em ponte.

    FORMAS DE ONDA

    Figura 3.21Formas de onda do circuito retificador trifsico semi-controlado.

    4 26

    53

    VC

    VBcarga

    1VA

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    7.b) TENSO MDIA NA CARGA

    Carga indutiva

    )cos1(2

    3

    VmxVDC

    Captulo IVCIRCUITOS CONVERSORES CC-CC E COMUTAO CC

    1. CIRCUITOS CONVERSORESH diversas aplicaes industriais que se utilizam de uma fonte de alimentao

    contnua para obter tenso CC varivel, como por exemplo na aplicao de veculos detrao, acionados por motores CC. Para que estas aplicaes sejam possveis, precisoutilizar conversores CC chamados de conversores Chopper. O circuito destes conversores

    mostrado na figura abaixo.

    Figura 4.1 Circuito bsico chopper.

    A idia de funcionamento deste circuito est baseada na aplicao ou no de tenso carga, segundo o fechamento e abertura, respectivamente da chave CH. Porm acontinuidade de corrente atravs da carga percebida atravs do diodo de retorno DR,quando a chave CH mantm-se aberta.

    Podemos assim resumir o comportamento da tenso na carga, atravs do grficomostrado na figura 4.2

    Figura 4.2Forma de onda na carga

    CH

    cargaDR

    +V

    V0

    tON

    V

    t

    tOF

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    A partir ento deste grfico, definimos ento o valor mdio da tenso na carga, que dado por:

    fTVT

    TVV ON

    ONDC

    Atravs desta expresso, observamos que possvel variarmos o valor mdio nacarga( VDC) de trs maneiras diferentes:

    1. Variando TONe mantendo o T constante, tambm chamado controle por largurade pulso ou MLP(Modulao por Largura de Pulso)

    2. Mantendo TONou TOFconstante e variando T, ou seja, modulao emfrequncia.

    3. Variando TONe T.1. Modulao por Largura de Pulso(MLP)

    Figura 4.3 Controle MLP

    Neste controle e a partir da expresso da tenso mdia( vdc ), observa-se quemantendo a frequncia constante, basta aumentarmos ou diminuirmos a largura dopulso para que tenhamos um aumento ou diminuio no nvel mdio de tenso na carga.

    V0

    tON

    tON

    T

    Tt

    t

    V0

    V

    V

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    2. Modulao em freqnciaNesta modulao, TON ou TOFF so mantidos constantes enquanto a frequncia f

    varivel, como ilustra a figura 4.4

    Observa-se que o emprego desta modulao dificulta o projeto de filtros para aliviarpossveis interferncias devidas ao chaveamento, devido a variao de frequnciaapresentada.

    3. Variao de TONe TV0

    tON

    T

    Tt

    t

    V0

    V

    V

    tON

    V0

    tOF

    T

    T

    t

    t

    V0

    V

    V

    tOF

    Figura 4.4 Controle de modulao emfrequncia

    Figura 4.5Controle com tOF fixo

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    Este tipo de controle evidencia a variao da frequncia f, o que implica como nocaso anterior, em dificuldade para projeto de filtros. A figura 4.5 ilustra este tipo decontrole.

    Dentre estas tcnicas, a tcnica de modulao mais utilizada a modulao porlargura de pulso devido a mesma apresentar vantagens sobre os outros nas quais foramidentificados problemas quanto a variao da frequncia no que se diz respeito adificuldades do projeto de filtros.

    Para o controle de tenso aplicada carga, discutido anteriormente, o emprego de tcnicastradicionais como por exemplo, a insero de uma resistncia varivel entre a fonte e acarga, como mostra o circuito da figura 3.6, era bastante utilizado, at que, com o adventodos semicondutores, este modo de controle vem sendo substitudo por chaves estticas( SCR ) para o caso de correntes elevadas, transistores ( para o caso de correntes baixas ).

    Figura 4.6Obteno da tenso CC desejada atravs da variao de umaresistncia.O mtodo tradicional ainda hoje utilizado e que implica na colocao de uma

    resistncia em srie com a carga, torna-se insuficiente devido ao excedente de potncia serdissipado na resistncia sob forma de calor, o que acarreta em perdas de energia. Enquantonos circuitos chopper dotados de chave esttica, observa-se uma maior eficincia, poisquando a carga no consome energia(chave aberta) o circuito no est consumindo

    tambm. A figura 4.6 ilustra um circuito chopper com um SCR como chave.

    Figura 4.6Obteno da tenso CC desejada atravs da variao de umaresistncia.

    CARGA

    RV

    +V

    DR carga+

    V

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    2.CIRCUITOS DE COMUTAO PARA SCR

    Quando se utiliza um SCR como chave em um circuito chopper importantelembrarmos que em tenso contnua, o SCR ao ser disparado mantido conduzindo, ouseja, o mesmo no bloqueia, j que a corrente no se anula. E agora, caro leitor? Comodesenvolvermos o controle deste circuito atravs desta chave esttica?

    Pois , caro leitor, este tipo d