Aula. Disparo de Tiristores. Prof. Alexandre Akira Kida, Msc., Eng. Eletrônica de Potência

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1 Aula Disparo de Tiristores Prof. Alexandre Akira Kida, Msc., Eng. Eletrônica de Potência 1

2 Plano de aula Características dos circuitos de disparo de Tiristores: 1. Disparo por sinal DC 2. Disparo por sinal de pulsos 3. Disparo por sinal AC 2

3 Disparo de tiristores Sinal DC Este tipo de disparo pode ser realizado ao injetar um sinal DC no gate do tiristor: IGT min IGT IGT max 3

4 Disparo de tiristores Sinal DC Inconveniente da existência de um sinal no gate constante Não é necessária a existência de um sinal constante no gate para disparar o SCR quando o SCR está engatado Dissipação de energia no gate Causando aquecimento na junção gate-cátodo e consumo de energia desnecessários 4

5 Disparo de tiristores Sinal Pulsado Uma forma de reduzir a potência dissipada no gatilho é o disparo por pulsos Vantagens: isolação elétrica (galvânica) entre o circuito de disparo e potência Para que os sinais de controle não sejam afetados pela etapa de potência, é necessário isolá-los galvanicamente Ex. de circuito não isolado 5

6 Disparo de tiristores Sinal Pulsado Isolação galvânica A expressão isolado galvanicamente é uma homenagem ao cientista italiano Luigi Galvani, que realizou experiências (1971) que mostravam os efeitos da eletricidade nos nervos e músculos de animais. Em sua homenagem, a isolação entre dois circuitos elétricos em que a corrente em um deles não afeta a corrente no outro é chamada de isolação galvânica. Na isolação galvânica, os circuitos não apresentam nenhum ponto em comum, nem mesmo a referência (terra)! 6

7 Disparo de tiristores Sinal Pulsado Porque é importante a isolação galvânica em circuitos de disparo de tiristores? A isolação evita que dispositivos sensíveis a correntes/tensões elevadas (como os dispositivos de controle) sejam danificados Por exemplo, um transistor cuja tensão de ruptura seja de 50V, qualquer tensão maior que esta poderá causar dano ao equipamento Para conseguir essa isolação, utiliza-se transformadores de pulso e dispositivos ópticos, como os optoacopladores Evita o fluxo de corrente entre as duas partes isoladas Evitando choques acidentais aos usuários 7

8 Disparo de tiristores Sinal Pulsado Exemplo de isolação galvânica de um circuito de disparo utilizando optoacoplador 8

9 Disparo de tiristores Sinal AC - SCR Utilizam da própria tensão da rede (AC) para produzir os disparos dos tiristores O disparo do SCR é controlado por meio de um potenciômetro Inconveniente: ângulo de disparo (α) máximo de 90º Função do diodo D: evitar que uma tensão negativa danifique o SCR 9

10 Disparo de tiristores Sinal AC - SCR Por que o circuito apresentado pode ser operado com ângulo de disparo entre 0 e 90º? Exemplo de um circuito disparado com α = 30º 10

11 Disparo de tiristores Sinal AC - SCR Caso fosse desejado que o disparo fosse de 150º, o que aconteceria? V disparo = sen 150º = 89,8V Esse é o mesmo valor de disparo obtido quando α = 30º!! Logo, com esse circuito é impossível obter o disparo para valor de α > 90º 11

12 Disparo de tiristores Sinal AC - SCR Formas de onda da tensão na carga com SCR 12

13 Disparo de tiristores Sinal AC - SCR Formas de onda da tensão na carga com SCR 13

14 Disparo de tiristores Sinal AC - SCR Equações da tensão na carga e potência eficaz na carga no circuito com SCR Tensão eficaz na carga α em radianos α em graus V rms Potência na carga V p 1 sen(2 ) 4 720º 8 P med V R 2 rms 14

15 Disparo de tiristores Sinal AC - SCR Alfa (º) Alfa (rad) V disparo (V) Vef (V) P (W), RL = 100 Ohms Exemplo das potências consumidas pela carga ao variar o ângulo de disparo (carga conectada a rede de 127Vrms) 15

16 Disparo de tiristores Sinal AC - SCR Calculo do disparo do SCR 16

17 Disparo de tiristores Sinal AC - SCR Calculo do disparo do SCR Vrede R1 Igt Pot Igt Vd Vgt Vrede R1 Igt Pot Igt Vd Vgt Vrede Vp sen( ) sen 1 Vrede Vp 0 17

18 Disparo de tiristores Sinal AC - SCR Calculo do disparo do SCR (c/ Rgk) A adição de um resistor gate-catodo reduz a chance de disparos indesejados Parte da corrente captada no gate escoa por Rgk Como calcular o ângulo de disparo nesta situação? 18

19 Disparo de tiristores Sinal AC - SCR Calculo do disparo do SCR (c/ Rgk) Equivalente de Thévenin 19

20 Disparo de tiristores Sinal AC - SCR Calculo do disparo do SCR (c/ Rgk) Equivalente de Thévenin Rx R1 P1 Rx Rgk Rth Rx // Rgk Rx Rgk Rgk Vth Vrede Rx P 1 Vth Rth Igt Vgt 0 Rgk Vrede Rth Igt Vgt Rgk Rx ( Rth Igt Vgt) ( Rgk Rx) Vrede Rgk 20

21 Disparo de tiristores Sinal AC - SCR Uma forma de obter um controle completo da tensão/potência a ser transferida pela carga consiste em utilizar um capacitor para atrasar a tensão no gate α pode variar de 0 a 180º Com o atraso na tensão causado pelo capacitor, a tensão de disparo acontecerá mais tarde no semiciclo positivo 21

22 Disparo de tiristores Sinal AC - SCR 1 Zc jxc j wc Rx R1 Pot Vrede Zc Vrede 1 Vc Zc Rx 1 jwc Rx jwc Vrede Vrede Vrede (1 Rx jwc) Vc 1 Rx jwc 1 Rx jwc (1 Rx jwc) (1 Rx jwc) jwc jwc Vrede (1 Rx jwc) Vrede Vrede jrx wc Vc 1 ( jrx wc)² 1 ( Rx wc)² 1 ( Rx wc)² Im Vrede Rx wc 1 ( Rx wc)² Vc a tan atan atan Rx wc Re 1 ( Rx wc)² Vrede Vc a tan Rx / Xc 22

23 Disparo de tiristores Sinal AC - SCR Vrede Vrede jrx wc Vc 1 ( Rx wc)² 1 ( Rx wc)² Vrede² ( Vrede Rx wc)² Vc (1 ( Rx wc)²)² (1 ( Rx wc)²)² Vrede²[1 ( Rx wc)²] 1 Vc Vrede [1 ( Rx wc)²]² 1 ( Rx wc)² RMS Vrede Xc Vc Rx² Xc² O disparo acontece para Vc >= Vd1+Vgt 23

24 Disparo de tiristores Sinal AC - TRIAC A condução acontecerá em ambos semiciclos da rede O disparo pode ser feito nos semiciclos positivo e negativo O TRIAC só entrará em condução assim que Vc Vbo + Vgt α é controlado pelo potenciômetro 24

25 Disparo de tiristores Sinal AC TRIAC A função do DIAC melhorar a simetria do disparo do TRIAC Disparos assimétricos aumentam harmônicas O DIAC possui uma simetria melhor que a dos TRIACs, fazendo com que o disparo seja mais simétrico 25

26 Disparo de tiristores Sinal AC TRIAC Formas de onda da tensão na carga com TRIAC 26

27 Disparo de tiristores Sinal AC TRIAC Formas de onda da tensão na carga com TRIAC No circuito analisado, o ângulo de disparo pode variar até 180º por causa da rede defasadora (capacitor) 27

28 Disparo de tiristores Sinal AC TRIAC Alfa (º) Alfa (rad) V disparo (V) Vef (V) P (W), RL = 100 Ohms Exemplo das potências consumidas pela carga ao variar o ângulo de disparo (carga conectada a rede de 127Vrms) 28

29 Disparo de tiristores Sinal AC TRIAC Equações da tensão na carga e potência eficaz na carga no circuito do TRIAC Tensão eficaz na carga α em radianos α em graus V rms Potência na carga V p P 1 sen(2 ) 2 360º 4 med V R 2 rms 29

30 Disparo de tiristores Sinal AC TRIAC Alfa (º) Alfa (rad) V disparo (V) Vef (V) P (W), RL = 100 Ohms Exemplo das potências consumidas pela carga ao variar o ângulo de disparo (carga conectada a rede de 127Vrms) 30

31 Disparo de tiristores Sinal AC TRIAC Alfa (º) Alfa (rad) V disparo (V) Vef (V) P (W), RL = 100 Ohms Alfa (º) Alfa (rad) V disparo (V) Vef (V) P (W), RL = 100 Ohms SCR TRIAC Comparativo entre a transferência de potência utilizando SCR e TRIAC com rede defasadora. Verifica-se o melhor aproveitamento da potência do TRIAC por trabalhar nos dois semiciclos 31

32 Disparo de tiristores Sinal AC TRIAC POTÊNCIA (W) 180,00 Potência transferida (W) em função do ângulo de disparo, RL = 100 Ohm 160,00 140,00 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0, (º) SCR TRIAC 32

33 Disparo de tiristores Sinal AC TRIAC 1) Calcule os ângulos máximos e mínimos de disparo do SCR para o circuito abaixo. Rede = 127V/60Hz; R1 = 1K Ohms; Pot = 10 K Ohms; Rgk = 1K Ohms; Vd1 = 0,7V e Vgt = 0, 6V; Igtmin = 10mA. Calcule a potência máxima e mínima dissipada na carga (lâmpada de 100W/127V Desenhe a forma de onda resultante 33

34 Disparo de tiristores Sinal AC TRIAC 2) Adicione um DIAC em série com o diodo do circuito anterior e calcule o novo ângulo de disparo máximo. 34

35 Disparo de tiristores Sinal AC TRIAC 3) Calcule os ângulos máximos e mínimos de disparo do SCR para o circuito abaixo. Rede = 127V/60Hz; R1 = 1K Ohms e Pot = 50 K Ohms; Vd1 = 0,7V e Vgt = 0, 6V; C = 1uF; Calcule a potência a máxima e mínima dissipada na carga (lâmpada de 100W/127V Desenhe a forma de onda resultante 35

36 Disparo de tiristores Sinal AC TRIAC 4) Calcule os ângulos máximos e mínimos de disparo do triac para o circuito abaixo. Rede = 240V/50Hz; R1 = 1K Ohms e Pot = 25 K Ohms; Vbo do DIAC é de 40V e Vgt = 1V ; C = 470nF Calcule a potência a máxima e mínima dissipada na carga (lâmpada de 100W/240V Desenhe a forma de onda resultante 36

37 Referências 1. Eletrônica Industrial, Análise de dispositivos e suas aplicações - Edna A. Andrade - CEFET-BA 2. Eletrônica de Potência Ashfaq Ahmed Editora Prentice Hall 3. Eletrônica Industrial de Potência-José Luiz Antunes - Livros Érica Editora 4. Eletrônica de Potência Circuitos, dispositivos e aplicações Muhammad H. Rashid. Editora Makron Books 37