Circuito de Comando com TCA785

Transcrição

1 Circuito de Comando com TCA785 Nikolas Libert Aula 8 Manutenção de Sistemas Eletrônicos Industriais ET54A Tecnologia em Automação Industrial

2 Circuito de Comando Dente de Serra Circuito de Comando com Tensão de Referência Dente de Serra Para ajuste da tesão média na saída do retificador controlado o ângulo de disparo deve ser controlado com precisão. Necessidade de sincronismo com a rede elétrica. + + v v S E v E i G - R v S α - A tensão de entrada deve ser monitorada para controle de α. DAELT Nikolas Libert 2

3 Circuito de Comando Dente de Serra Circuito de Comando com 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. v S + + v E - i G v S RvT - i G v M α π 2π 3π DAELT Nikolas Libert 3

4 Circuito de comando Dente de Serra + + v p v(ωt) - R v S É gerada uma onda triangular V T que é sincronizada com o ponto de cruzamento por zero da rede elétrica. i G - v S ωt A onda V T é comparada com uma tensão de referência V C. v T v M ωt Se V T for maior que V C, o SCR é i G disparado. O ângulo de disparo será dado por: α π 2π 3π ωt α=π v M DAELT Nikolas Libert 4

5 Circuito de Comando Dente de Serra Tensão de referência Dente de Serra x Cossenoidal v S Dente de Serra v S Cossenoidal v T v M v T v M α π 2π 3π α π 2π 3π Relação linear entre V C e o ângulo de disparo. Relação linear entre V C e a tensão média na saída. Embora o uso da tensão de referência cossenoidal seja vantajoso, dificilmente ele ocorre na prática devido à complexidade. DAELT Nikolas Libert 5

6 Organização de Um Circuito de Comando Organização de Um Circuito de Comando 3 v TP v(ωt) v T 1 2 v α v G 4 5 i G R 1)Sincronismo e geração do dente de serra v T. 2)Comparador. 3)Oscilador. Gera o trem de pulsos v TP. 4)Porta Lógica E. 5)Amplificação, isolamento e disparo (circuito de ataque). DAELT Nikolas Libert 6

7 Organização de Um Circuito de Comando v p ωt v(ωt) 3 v T 1 2 v TP v α v G 4 5 i G v α v TP v G v T α π v M 2π 3π ωt ωt ωt 1)Sincronismo e geração do dente de serra v T. 2)Comparador. 3)Oscilador. Gera o trem de pulsos v TP. 4)Porta Lógica E. 5)Amplificação, isolamento e disparo (circuito de ataque). i G v R ωt ωt ωt DAELT Nikolas Libert 7

8 Circuito de Ataque Características Desejadas do Circuito de Ataque 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. DAELT Nikolas Libert 8

9 Circuito de Disparo A C D 1 R 3 D 3 G K D Z v G R 1 Amplificação R 2 T P Isolação D 2 Proteção T P : Transformador de pulsos. Isolação deve ser de 2 kv para aplicações com tensões inferiores a 600 V. D 1 e D Z : Desmagnetização do transformador quando a chave abre. R 3 : Define a corrente que entrará na porta do SCR. D 3 : Impede que correntes fluam do anodo para a porta. D 2 : Impede tensões negativas entre porta e catodo na desmagnetização do transformador. DAELT Nikolas Libert 9

10 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 I L não pode ser removida enquanto a corrente de retenção não for atingida. + + Δ t= L I L E v(ωt) - i G R v R - O transformador de pulsos limita a largura máxima da corrente de gatilho. É necessário o disparo com trem de pulsos. DAELT Nikolas Libert 10

11 Módulo de Comando Integrado TCA785 Circuito Integrado da Siemens com: Detector de zero. Fonte interna de corrente para disparo do Tiristor. Gerador de dente de serra. Comparador. Pulsos de gatilho com largura controlada. Correntes de gatilho de até 250 ma. DAELT Nikolas Libert 11

12 Sincronismo com a rede. O TCA785 possui um detector de zero interno para sincronismo com a rede. Exemplo de ligação do detector de zero. 220k 5 Pino V 60 Hz 1 TCA785 0,7 V -0,7 V DAELT Nikolas Libert 12

13 Gerador de Rampa. I + - Q=C (t)= I C t Definição de corrente: I= ΔQ Δ t =Q f Q i t f t i Considerando que o capacitor inicia descarregado: Q i =0et i =0 I= Q f t f = Q t A tensão no capacitor é proporcional à carga: t Q=I t Quanto maior a corrente ou menor a capacitância mais alta a taxa de subida da tensão DAELT Nikolas Libert 13

14 Gerador de Onda Triangular O TCA785 possui uma fonte de corrente para geração do sinal de rampa. TCA785 I v Ref O resistor R R controla a corrente I da fonte. I= 1,1v Ref R R, onde v Ref é uma tensão de referência interna, de 3,1 V, gerada pelo CI O capacitor C R controla a taxa de subida da rampa. R R C R R R deve estar entre 3 kω e 300 kω. C R deve estar entre 500 pf e 1 μf. A máxima tensão possível no pino 10 será 2 V abaixo da tensão de alimentação. O circuito de sincronismo interno descarrega o capacitor quando a tensão da rede cruza por 0 V. DAELT Nikolas Libert 14

15 Circuito comparador O TCA785 possui um comparador interno de tensão. 11 TCA785 v S O usuário deve aplicar uma tensão de controle no pino 11. Normalmente a tensão é gerada por um potenciômetro. v T vt α π 2π 3π v S Lógica invertida! O pulso de gatilho é gerado quando a tensão de controle injetada for maior que a tensão do sinal dente de serra gerado. DAELT Nikolas Libert 15

16 Saídas defasadas. O TCA785 possui duas saídas. Uma (Q 2 ) é disparada no semiciclo positivo e outra (Q 1 ) no negativo. A duração do pulso de gatilho pode ser controlada por um capacitor ligado ao pino 12. Para ligação em curto, o pulso tem duração máxima. v p v p v T v T Q 2 Q 2 Q 1 Q 1 Pino 12 aterrado. Pino 12 com capacitor. DAELT Nikolas Libert 16

17 Saídas defasadas. As duas saídas podem ser juntadas por meio de dois diodos. O TCA785 não é capaz de gerar saídas com trem de pulsos. Para disparo de tiristores isolados por transformador de pulsos a saída deve passar por uma porta E externa. A outra entrada da porta E deve ser ligada a um gerador de onda quadrada na frequência desejada. DAELT Nikolas Libert 17

18 V SYNC (5): Sinal da rede para sincronismo com zero. V S (16) E GND(1): Alimentação R 9 (9): Resistor que determina corrente de carga do capacitor, que sairá pelo pino 10. C 10 (10): Capacitor ligado a uma fonte de corrente. Gera o sinal dente de serra. V 11 (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. DAELT Nikolas Libert 18

19 Inhibit(6): Desabilita saídas. Q 1 (14), Q 1 (4): Saída de disparo para semiciclo negativo da rede e seu complemento. Q 2 (15), Q 2 (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 Q 1 e Q 2. C 12 (12): Capacitor para controle de largura dos pulsos de disparo. Pino 13: Estende as saídas negadas até próximo zero da rede. DAELT Nikolas Libert 19

20 DAELT Nikolas Libert 20

21 Exemplo de Circuito com TCA785 (Ivo Barbi) +15V 5K TCA M5 BAY61 180R 220V Carga A2 A1 47K 8nF DAELT Nikolas Libert 21

22 Exemplo (datasheet) Tensão de alimentação gerada por diodo zener. DAELT Nikolas Libert 22

23 Referências BARBI, Ivo. Eletrônica de Potência, 6ª Edição, Ed. do Autor, Florianópolis, de ALMEIDA, J. L. A. Dispositivos Semicondutores: Tiristores Controle de Potência em CC e CA, 12ª Edição, Érica, São Paulo, 2010 DAELT Nikolas Libert 23