Circuitos de Comando. Nikolas Libert. Aula 5C Eletrônica de Potência ET53B Tecnologia em Automação Industrial

Transcrição

1 Circuitos de Comando Nikolas Libert Aula 5C Eletrônica de Potência ET53B Tecnologia em Automação Industrial

2 Circuitos de Comando Circuitos de Comando Circuitos responsáveis por enviar à porta dos tiristores os pulsos de corrente adequados para colocá-los em condução. + + v() - i G R v R - DAELT Nikolas Libert 2

3 Disparo de Triac por Diac Disparo de Triac por Diac Quando a tensão de ruptura direta do Diac é atingida, ele conduz e flui uma corrente de disparo para o Triac. Carga 127 V R2 R1 DAELT Nikolas Libert 3

4 Disparo de Triac por Diac Inicialmente, o Triac e o Diac estão cortados (chave aberta). O capacitor irá se carregar até que a tensão de condução direta do Diac seja atingida. A tensão no capacitor está atrasada em relação à entrada. Carga v E 127 V R2 R1 Diac Triac v C DAELT Nikolas Libert 4

5 Disparo de Triac por Diac O Diac conduz e a tensão sobre ele cai repentinamente. A tensão no capacitor também cai, gerando um pulso de corrente (Q = C.V e i=δq/δt). O pulso dispara o Triac. O fim do pulso corta a condução do Diac. 150 ma Carga v E 5 μs 127 V R2 R1 Diac Triac v C DAELT Nikolas Libert 5

6 Disparo de Triac por Diac O Triac conduz, colocando a carga em curto com o neutro. O capacitor tende a descarregar pelo Triac, mas a descarga é lenta pois R2 costuma ser grande. Carga 127 V R2 R1 Diac Triac v E v C DAELT Nikolas Libert 6

7 Disparo de Triac por Diac A tensão na entrada cruza o zero. A corrente no Triac zera e ele corta. Agora o capacitor deve ser carregado negativamente até atingir a tensão de condução do Diac novamente. Carga 127 V R2 R1 Diac Triac v E v C DAELT Nikolas Libert 7

8 Disparo de Triac por Diac Tensão resultante na carga. Carga v E 127 V R2 R1 v C v Carga Quanto maior a resistência do potenciômetro R2, mais tempo demora para o capacitor carregar até a tensão de disparo do Diac: maior o ângulo de disparo. DAELT Nikolas Libert 8

9 Disparo de Triac por Diac Controle da corrente de disparo Inserção de um resistor entre o capacitor e o diac. Quanto maior a resistência, menor e mais largo será o pulso de corrente. Pode ser necessário limitar a corrente para não queimar o Triac, ou estender a duração do pulso caso o tempo de resposta do Triac seja baixo. 150 ma R 5 μs Pulso de corrente para R=47 Ω, C=33 nf e Diac DB3 (V DRM = 32 V) DAELT Nikolas Libert 9

10 Opto acopladores Opto acopladores Elementos semicondutores que podem ser utilizados para isolação entre estágios de comando e de potência. Composto por um LED acoplado oticamente com um fototransistor, fototriac,... DAELT Nikolas Libert 10

11 Opto acopladores Emissor e detector são fisicamente isolados. DAELT Nikolas Libert 11

12 Opto acopladores Opto Transistores (4N25 ~ 4N28) A corrente de coletor aumenta com a luminosidade do LED. CTR (Current Transfer Ratio): percentual de corrente no coletor em função da corrente no LED. DAELT Nikolas Libert 12

13 Opto acopladores Opto Triacs Não devem acionar uma carga diretamente. São usados para disparar outro Triac externo. Carga resistiva Carga indutiva DAELT Nikolas Libert 13

14 Opto acopladores Com circuito de detecção de zero: MOC303X/304X/306X/316X/308X Não efetuam o disparo enquanto a tensão da rede estiver muito alta. Não é possível o disparo em ângulo arbitrário. Sem detecção de zero: MOC301X/302X/305X Permitem o disparo em um ângulo arbitrário. DAELT Nikolas Libert 14

15 Opto acopladores Exemplo: Qual o valor do resistor de entrada para que o opto triac seja disparado? 5V R MOC3032 Dados Emissor: I F =10 ma V F =1,5 V R.: R<350 Ω DAELT Nikolas Libert 15

16 Opto acopladores Se a lâmpada é de 100 W, qual seria a máxima corrente que poderia entrar no pino 6 do optoacoplador? Com que tensão de rede o triac conduziria? 1 2 MOC Ω 1kΩ BT E V Dados MOC: V DRM =250 V I max =1 A V T =3 100 ma Dados BT136: I GT =10 ma V GT =1 V R.: Imax<526 ma R.: V E =7,75 V DAELT Nikolas Libert 16

17 Circuito de comando Dente de Serra Circuito de Comando com Tensão de Referência Dente de Serra Utilizados para controle de disparo de tiristores. Ajuste preciso do ângulo de disparo. Necessidade de sincronismo com a rede elétrica. Uso de onda de referência dente de serra. + + v() - i G R v R - DAELT Nikolas Libert 17

18 Circuito de comando Dente de Serra + + v p v() - R v R É gerada uma onda triangular V T que é sincronizada com o ponto de cruzamento por zero da rede elétrica. i G - v R A onda V T é comparada com uma tensão de referência V C. v T v M v C 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 α=π v C v M DAELT Nikolas Libert 18

19 Organização de Um Circuito de Comando Organização de Um Circuito de Comando 3 v TP v() v T 1 2 v α v G 4 5 i G R v C 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. DAELT Nikolas Libert 19

20 Organização de Um Circuito de Comando v p v() 3 v T 1 2 v TP v α v C v G 4 5 i G v α v TP v G v T α π v M 2π 3π v C 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. i G v R DAELT Nikolas Libert 20

21 Circuito de Disparo Características Desejadas do Circuito de Disparo Amplificar o sinal do circuito de comando. Isolar as etapas de comando e de potência. Fornecer a corrente necessária para disparo do tiristor. (disparo dos tiristores é determinado por corrente e não tensão) Impedir tensões negativas na junção gatilho-catodo do tiristor. DAELT Nikolas Libert 21

22 Circuito de Disparo A v CC 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 22

23 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 G não pode ser removida enquanto a corrente de retenção I L não for atingida. + + Δ t= L I L E v() - 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 23

24 Módulo de Comando Integrado TCA785 Módulo de Comando Integrado TCA785 Circuito Integrado da Siemens com: Detector de zero. Fonte interna de corrente. Gerador de dente de serra. Comparador. Pulsos de gatilho com largura controlada. Correntes de gatilho de até 250 ma. DAELT Nikolas Libert 24

25 Módulo de Comando Integrado TCA785 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 25

26 Módulo de Comando Integrado TCA785 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 26

27 Módulo de Comando Integrado TCA785 DAELT Nikolas Libert 27

28 Módulo de Comando Integrado TCA785 Exemplo de Circuito com TCA785 (Ivo Barbi) +15V 1M BAY K 8 TCA R V Carga A2 A1 47K 8nF DAELT Nikolas Libert 28

29 Módulo de Comando Integrado TCA785 Exemplo (datasheet) Tensão de alimentação gerada por diodo zener. DAELT Nikolas Libert 29

30 Referências BARBI, Ivo. Eletrônica de Potência, 6ª Edição, Ed. do Autor, Florianópolis, Optocoupler Solutions, Fairchild Semiconductor, de ALMEIDA, J. L. Z. Dispositivos Semicondutores: Tiristores Controle de Potência em CC e CA, 12ª Edição, Érica, São Paulo, 2010 DAELT Nikolas Libert 30