Prof. Amauri Assef. UTFPR Campus Curitiba 1

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1 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA CURSO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA Disciplina de Eletrônica de Potência ET66B Aula 11 Tiristor SCR (Silicon Controlled Rectifier) Retificador Controlado de Silício 1

2 Definição de Tiristor: Diodo controlado pelo Gate SCR (Silicon Controlled Rectifier) Desenvolvido em 1957 por engenheiros da Bell Telephone Laboratory(EUA) Tiristoré o nome genérico dado à família dos componentes compostos por 4 camadas semicondutoras (PNPN) Funcionam analogamente a um diodo, porém possuem um terceiro terminal conhecido como Gatilho (Gate ou Porta) 2

3 Gate: responsável pelo controle da condução (disparo) Para um SCR conduzir, além de polarizado adequadamente, deve receber um sinal de controle no gatilho (pulso) Aplicações: Controles de relés, fontes de tensão reguladas, controle de motores, choppers(variadores de tensão CC), inversores CC-CA, ciclo-conversores(conversores de frequência) carregadores de baterias, circuitos de proteção, controles de iluminação e de aquecedores, etc. Conversão de grandes quantidades de potência em sistemas CC e CA, utilizando uma pequena potência para controle Chaveamento rápido Altos valores nominais de corrente e tensão Pequeno porte 3

4 Exemplos com diversos encapsulamentos: 4

5 Tiristor ideal e característica estática: 1 Polarização reversa circuito aberto 2 Polarização direta circuito aberto (sem disparo) 3 Polarização direta circuito fechado (disparo) 5

6 VAC < 0 ou IG = 0 Representado pelos segmentos 1 e 2 (Bloqueio de tensões positivas e negativas) VAC > 0 e IG > 0 Representado pelos segmento 3 (Condução) VAC < 0 e IG > 0 Representado pelos segmento 1 (Bloqueio das tensões negativas) 6

7 Característica estática real dos tiristores: Curvas 1 e 2 sem corrente de gatilho Curvas 1 e 3 com corrente de gatilho 1 Polarização reversa bloqueio 2 Polarização direta bloqueio 3 Polarização direta curto-circuito (disparo) Tensão reversa de ruptura Tensão direta de ruptura Tensões máximas de bloqueio, tanto direta como inversa, são limitadas. 7

8 Circuito equivalente para o Tiristor: Perdas por condução: P = V I + T ( TO ) Tmed r T I Tef 2 I tmed -corrente média I tef -corrente eficaz 8

9 Características dinâmicas dos tiristores Entrada em condução-no instante t o o interruptor S é fechado (a) Circuito para estudo do disparo do tiristor, (b) formas de onda do gate 9

10 Formas de onda para disparo do tiristor Onde: t on -tempo de retardo t r -tempo de descida de V AC t on = t d 1 µ s < t < 5µ s on + t r t on depende da amplitude da corrente de gatilho e da velocida de crescimento da corrende de gatilho 10

11 Características dinâmicas dos tiristores Bloqueio do tiristor tiristort encontra-se conduzindo e no instante t o o interruptor S é fechado tq: tempo mínimo de aplicação de tensão reversa durante o processo de bloqueio (10μs < tq< 200μs) 11

12 Retificador Monofásico Meia Onda a Tiristor(controlado) 1) Carga Resistiva Pura Onde: v( ωt ) = V sen ( ωt ) = 2V Sendo: V o = valor eficaz da tensão de alimentação m o sen ( ωt ) 12

13 Formas de onda para carga R(pura): Instante de disparo ωt = α 13

14 Formas de onda para carga R(pura): 14

15 Tensão média na carga: π 1 V Lmed = 2V 0 sen ( ωt 2π α )dωt V med = 1 T t 0 + T t 0 f ( t ) dt V Lmed =, 225V ( cos α ) Corrente média na carga: I V Lmed 0, 225V0 = = 1 R R Lmed + ( cos α ) 15

16 Corrente eficaz na carga: 2 π π 1 2V 0 2 V = I Lef sen ( ωt )dωt = sen ( ωt 2π α R R π α )dωt V0 1 α sen 2 α I Lef = + R 2 2π 4π Potência média na carga: P R = RI Lef 2 2 Vo 1 α sen 2α = + R 2 2π 4π 16

17 Eletrônica de Potência Cálculo térmico Exercício: Calcular R da para manter T j < T jmáxima, dados: v( ωt ) = f = 60 Hz R = 10 Ω α = sen ( ωt ) R V jc T ( TO ) = 2 C = / W ; R 0, 85V ; r T cd = 1 C / W ;T = 11mΩ;T a j = 180 = 50 C C( T vj ) V Lmed =, 225V ( cos α ) V0 1 α sen 2α I Lef = + R 2 2π 4π 17