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Apostila de Eletrônica de Potência - Home - …professorcesarcosta.com.br/upload/imagens_upload/Apostil...CIs para disparo ..... 18 4. Dispositivos de proteção e circuitos

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    Prof. Jefferson Pereira da Silva

    Apostila de Eletrnica de Potncia

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    APOSTILA DE ELETRNICA DE POTNCIA

    1

    ndice

    1. Eletrnica de potncia ............................................................................ 2

    1.1. Definio ................................................................................................. 2

    1.2. Chaves semicondutoras de potncia ...................................................... 2

    1.3. Tipos de circuitos de eletrnica de potncia ........................................... 2

    1.4. Aplicaes da eletrnica de potncia ..................................................... 2

    2. Dispositivos de potncia: caractersticas e funcionamento ..................... 3

    2.1. Diodos de potncia ................................................................................. 3

    2.2. Transistor bipolar de juno (TJB) ............................................................... 5

    2.3. Transistor de efeito de campo metal-xido-semicondutor (MOSFET) ......... 6

    2.4. Transistor bipolar de porta isolada (IGBT) ................................................... 7

    2.5. Retificador controlado de silcio (SCR) ........................................................ 8

    2.6. TRIAC .......................................................................................................... 13

    3. Dispositivos e circuitos de disparo ............................................................... 15

    3.1. DIAC ............................................................................................................ 15

    3.2. Transistor de unijuno (UJT) ...................................................................... 15

    3.3. Oscilador de relaxao com UJT ................................................................. 16

    3.4. CIs para disparo ........................................................................................... 18

    4. Dispositivos de proteo e circuitos ............................................................. 19

    4.1. Varistores ..................................................................................................... 19

    4.2. Fusveis ........................................................................................................ 20

    4.3. Transformadores de pulso ........................................................................... 21

    4.4. Acopladores pticos ..................................................................................... 23

    5. Conversores AC/DC (retificadores) ............................................................. 24

    5.1. Retificadores monofsicos no controlados ................................................ 24

    5.2. Retificadores monofsicos controlados ....................................................... 25

    6. Conversores DC/DC (choppers) . 28

    6.1. Choppers step-down (buck) . 29

    6.2. Choppers step-up (boost) . 30

    6.3. Choppers buck-boost 32

    7. Conversores DC/AC (inversores) ................................................................ 34

    7.1. Funcionamento de inversores monofsicos ................................................ 36

    8. Chaves estticas .......................................................................................... 37

    8.1. Definio e aplicaes ................................................................................. 37

    8.2. Comparao com rels eletromecnicos ..................................................... 38

    8.3. Rel de estado slido (SSR) ........................................................................ 39

    9. Bibliografia ................................................................................................... 41

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    1. Eletrnica de Potncia

    1.1 Definio

    A eletrnica de potncia trata das aplicaes de dispositivos semicondutores de potncia, como tiristores e transistores, na converso e no controle de energia eltrica em

    nveis altos de potncia aplicados indstria. Essa converso normalmente de AC para DC ou vice-versa, enquanto os parmetros controlados so tenso, corrente e frequncia. Portanto, a

    eletrnica de potncia pode ser considerada uma tecnologia interdisciplinar que envolve trs

    campos bsicos: a potncia, a eletrnica e o controle. 1.2 Chaves semicondutoras de potncia

    As chaves semicondutoras de potncia so os elementos mais importantes em circuitos

    de eletrnica de potncia. Os principais tipos de dispositivos semicondutores usados como

    chaves em circuitos de eletrnica de potncia so:

    Diodos; Transistores bipolares de juno (BJTs);

    Transistores de efeito de campo metal-xido-semicondutor (MOSFETs);

    Transistores bipolares de porta isolada (IGBTs); Retificadores controlados de silcio (SCRs);

    Triacs;

    1.3 Tipos de circuitos de eletrnica de potncia

    Os circuitos de eletrnica de potncia (ou conversores, como so usualmente

    chamados) podem ser divididos nas seguintes categorias:

    1. Retificadores no controlados (AC para DC) converte uma tenso monofsica ou

    trifsica em uma tenso DC e so usados diodos como elementos de retificao.

    2. Retificadores controlados (AC para DC) converte uma tenso monofsica ou trifsica

    em uma tenso varivel e so usados SCRs como elementos de retificao.

    3. Choppers DC (DC para DC) converte ums tenso DC fixa em tenses DC variveis.

    4. Inversores (DC para AC) converte uma tenso DC fixa em uma tenso monofsica ou trifsica AC, fixa ou varivel, e com frequncias tambm fixas ou variveis.

    5. Conversores cclicos (AC para AC) converte uma tenso e frequncia AC fixa em uma tenso e frequncia AC varivel.

    6. Chaves estticas (AC ou DC) o dispositivo de potncia (SCR ou triac) pode ser

    operado como uma chave AC ou DC, substituindo, dessa maneira, as chaves mecnicas

    e eletromagnticas tradicionais.

    1.4 Aplicaes da Eletrnica de Potncia

    A transferncia de potncia eltrica de uma fonte para uma carga pode ser controlada

    pela variao da tenso de alimentao (com o uso de um transformador varivel) ou pela

    insero de um regulador (como uma chave). Os dispositivos semicondutores utilizados como chaves tm a vantagem do porte

    pequeno, do custo baixo, da eficincia e da utilizao para o controle automtico da potncia.

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    A aplicao de dispositivos semicondutores em sistemas eltricos de potncia vem crescendo incessantemente. Os dispositivos como diodo de potncia, transistor de potncia,

    SCR, TRIAC, IGBT etc, so usados como elementos de chaveamento e controle de fornecimento de energia de mquinas e motores eltricos.

    Dentre as aplicaes cotidianas mais comuns se destaca o controle microprocessado de

    potncia.

    Fig. 01 - Controle microprocessado de potncia

    Os equipamentos de informtica, tais como a fonte de alimentao chaveada do PC, o

    estabilizador, o no-break, etc, utilizam como elementos principais dispositivos semicondutores chaveadores (Mosfets, IGBTs, TJBs, etc).

    Fig. 02 - No-break Fig. 03 - Fonte Chaveada de PC

    2. Dispositivos de potncia: caractersticas e funcionamento

    2.1 Diodos de potncia

    O material ativo mais comum para a construo do diodo o silcio, um material

    semicondutor, ou seja, classificado entre o isolante e o condutor, cuja resistncia decresce com

    o aumento da temperatura. O silcio um elemento do grupo IV da tabela peridica e tem quatro eltrons na ltima

    rbita em sua estrutura atmica. Se a ele for acrescido um elemento pentavalente, com cinco eltrons na ltima rbita,

    haver um eltron livre na estrutura do cristal. O eltron livre possibilita um grande aumento na

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    conduo e, como o eltron uma carga negativa, esse material conhecido como semicondutor tipo N.

    Se ao silcio for acrescentada uma impureza trivalente, um elemento com trs eltrons na sua ltima rbita, surge um vazio ou lacuna na estrutura cristalina, que pode receber um

    eltron. Esse vazio pode ser considerado uma carga positiva, conhecida como lacuna, e possibilita um grande aumento na conduo; esse material dopado conhecido como semicondutor tipo P.

    O grau de dopagem (adio de impurezas) da ordem de 107 tomos. Em semicondutores tipo N, a maioria dos portadores de corrente de eltrons e a minoria de lacunas. O contrrio aplica-se a semicondutor tipo P. Dependendo da dopagem, a condutividade do semicondutor tipo N ou P aumentada muito se comparada ao silcio puro.

    O diodo mostrado abaixo formado pela juno dos materiais dos tipos N e P. Desta

    forma, s h passagem de corrente eltrica quando for imposto um potencial maior no lado P

    do que no lado N. Devido a uma barreira de potencial formada nesta juno (V), necessria

    uma d.d.p. com valor acima de 0,6V (em diodos de sinal) para que haja a conduo. Em diodos

    de potncia, esta tenso necessria gira em torno de 1 a 2V.

    Figura 04 Smbolo do diodo

    Na figura 05 vemos o aspecto fsico de um diodo de potncia caracterizado pelo anodo

    rosqueado.

    Figura 05 Aspecto fsico do diodo de potncia

    Principais valores nominais para os diodos

    Tenso de pico inversa (PIV)

    O valor nominal da tenso de pico inversa (peak inverse voltage PIV) a tenso inversa mxima que pode ser ligada nos terminais do diodo sem ruptura. Se for excedido a PIV

    nominal, o diodo comea a conduzir na direo inversa e pode ser danificado no mesmo instante. Os valores nominais da PIV so de dezenas a milhares de volts, dependendo do tipo

    do diodo. Os valores nominais da PIV so tambm chamados de tenso de pico reversa (PRV) ou tenso de ruptura (VBR).

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    Corrente direta mdia mxima (If(avg)Max)

    A corrente direta mdia mxima a corrente mxima que um diodo pode aguentar com segurana quando estiver diretamente polarizado. Os diodos de potncia esto disponveis com

    valores nominais que vo desde alguns poucos a centenas de ampres.

    Tempo de recuperao reverso (trr)

    O tempo de recuperao reverso de um diodo bastante significativo em aplicaes de

    chaveamento em alta velocidade. Um diodo real no passa, em um nico instante, do estado de conduo para o estado de no-conduo. Nesse momento, uma corrente inversa flui por breve

    perodo, e o diodo no desliga at que a corrente inversa caia a zero.

    O intervalo durante o qual a corrente inversa flui denominado de tempo de recuperao reverso. Durante este perodo, so removidos os portadores de carga armazenados

    na juno quando a conduo direta cessou. Os diodos so classificados como de recuperao rpida e lenta com base nos tempos

    de recuperao. Esses tempos vo da faixa de microssegundos, nos diodos de juno PN, a

    vrias centenas de nanossegundos em diodos de recuperao rpida, como o Schottky. Os diodos de recuperao rpida so utilizados em aplicaes de alta frequencia, tais

    como inversores, choppers e nobreaks. A figura abaixo mostra um caso onde o diodo conduzia a corrente direta (IF) e que,

    depois de desligado, existe um tempo em que a corrente flui no sentido inverso (IRR).

    Figura 06 Tempo de recuperao reverso

    Temperatura mxima da juno (Tj(Max))

    Este parmetro define a temperatura mxima que o diodo pode suportar, na juno,

    sem apresentar defeito. As temperaturas nominais de diodos de silcio esto normalmente na

    faixa de -40C a +200C. A operao em temperaturas mais baixas costuma resultar em um desempenho melhor. Os diodos so em geral montados em dispositivos dissipadores de calor

    para que haja melhora nas condies nominais de temperatura.

    Corrente mxima de surto (IFSM)

    O valor nominal da corrente direta mxima de surto a corrente mxima que o diodo

    pode suportar durante um transitrio fortuito ou diante de um defeito no circuito.

    2.2 Transistor bipolar de juno (TJB)

    Um transistor bipolar um dispositivo de trs camadas P e N (P-N-P ou N-P-N), cujos

    smbolos so mostrados na figura 07.

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    Figura 07 Transistor bipolar de juno

    A figura seguinte mostra as correntes e tenses inerentes aos dois tipos de TJBs:

    Figura 08 Correntes e tenses no TJB

    Aplicando-se as leis de Kirchoff para corrente e tenso, teremos as seguintes equaes:

    - NPN ou PNP: IE = IC + IB

    - NPN ou PNP: IC = IB

    - NPN: VCE = VBE + VCB

    - PNP: VEC = VEB + VBC

    Para o TJB trabalhar como chave eletrnica preciso polariz-lo nas regies de corte e

    saturao e como amplificador, na regio ativa.

    De modo geral, o TJB de potncia segue os mesmos parmetros do transistor de sinal. Algumas caractersticas so prprias devido aos nveis de correntes e tenses que o dispositivo

    trabalha, por exemplo:

    a) o ganho () varia entre 15 e 100;

    b) operao como chave, variando entre os estados de corte e saturao;

    c) tenso e corrente mximas de coletor de 700V e 800A, respectivamente; d) tenso de saturao de 1,1V para um transistor de silcio.

    e) tenso de bloqueio reverso entre coletor e emissor em torno de 20V, de modo que o impede de trabalhar em AC.

    2.3 Transistor de efeito de campo metal-xido-semicondutor (MOSFET)

    O transistor de efeito de campo de semicondutor de xido metlico (MOSFET) de

    potncia um dispositivo para uso como chave em nveis de potncia. Os terminais principais so o dreno e a fonte, com a corrente fluindo do dreno para a fonte e sendo controlada pela

    tenso entre a porta e a fonte. Abaixo mostrado o smbolo do MOSFET:

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    Figura 09 Smbolo do MOSFET

    O MOSFET um transistor de chaveamento rpido, caracterizado por uma alta

    impedncia de entrada, apropriado para potncias baixas (at alguns quilowatts) e para

    aplicaes de alta frequncia (at 100kHz). Um MOSFET tem aplicaes importantes em fontes de alimentao chaveadas, nas

    quais frequncias altas de chaveamento subentendem componentes menores e mais econmicos, alm de motores de baixa velocidade de controle que utilizem modulao por

    largura de pulso PWM (ver item 6).

    Os MOSFETs esto disponveis no mercado nos tipos canal N e canal P. Entretanto, os dispositivos em canal N tm valores nominais de corrente e tenso mais altos. A figura 08

    mostra a simbologia de um dispositivo em canal N. Devido alta resistncia de porta, a corrente de controle praticamente nula,

    propiciando um controle de conduo entre dreno e fonte a partir de uma tenso aplicada no

    terminal de porta. Ainda, pela baixssima necessidade de corrente de controle, possvel comutar a conduo do MOSFET atravs de circuitos microcontrolados.

    O MOSFET bem mais rpido nas comutaes que o TJB, entretanto fornece mais perdas de conduo na saturao.

    O MOSFET infelizmente sozinho no consegue bloquear uma tenso reversa entre dreno e fonte. Isto de deve ao um diodo acoplado internamente a sua estrutura em

    antiparalelo. Este diodo chamado de diodo de corpo e serve para permitir um caminho de retorno para a corrente para a maioria das aplicaes de chaveamento. Este diodo visto na figura 10.

    Figura 10 Detalhe do diodo de corpo

    2.4 Transistor bipolar de porta isolada (IGBT)

    O transistor bipolar de porta isolada (IGBT) mescla as caractersticas de baixa queda de

    tenso de saturao do TJB com as excelentes caractersticas de chaveamento e simplicidade

    dos circuitos de controle da porta do MOSFET. O smbolo do IGBT mostrado a seguir:

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    Figura 11 Smbolo do IGBT

    Os IGBTs substituem os MOSFETS em aplicaes de alta tenso, nas quais as perdas na

    conduo precisam ser mantidas em valores baixos. Embora as velocidades de chaveamento dos IGBTs sejam maiores (at 50 kHz) do que as dos TJBs, so menores que as dos MOSFETs.

    Portanto, as frequncias mximas de chaveamento possveis com IGBT ficam entre as dos TJBs e as dos MOSFETs. Ao contrrio do que ocorre no MOSFET, o IGBT no tem qualquer diodo

    reverso interno. Assim, sua capacidade de bloqueio para tenses inversas muito ruim. A

    tenso inversa mxima que ele pode suportar de menos de 10 V.

    2.5 Retificador controlado de silcio (SCR)

    O SCR um dispositivo de trs terminais, chamados de anodo (A), catodo (K) e gatilho

    (G), como mostra a figura a seguir:

    Figura 12 Retificador controlado de silcio

    A seguir vemos o aspecto fsico mais comum do SCR de potncia. A figura mostra o

    anodo sendo o terminal rosqueado e dois rabichos: o catodo, mais grosso, e o gatilho, mais fino.

    Figura 13 Aspecto fsico do SCR de potncia

    Podemos considerar o SCR um diodo controlado pelo terminal de gatilho. No SCR,

    apesar da tenso ser positiva, o mesmo ainda permanece bloqueado (corrente nula). S quando for aplicado um pulso de gatilho, que o SCR passar a conduzir corrente,

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    comportando-se como um curto-circuito. Para observar este fato melhor mostrada a curva deste dispositivo.

    Caractersticas e parmetros

    Observando-se a curva da figura 14, pode-se distinguir trs regies:

    Polarizao reversa: com VAKIL), a corrente de gatilho poder

    ser removida que este continuar em conduo. O SCR s voltar ao bloqueio se a corrente IA cair abaixo de IH (corrente de manuteno ou holding current), ou se VAK < 0.

    Mtodos de acionamento

    O nvel mnimo de tenso e corrente necessrio para o disparo do SCR uma funo da

    temperatura da juno. De maneira genrica, quanto menor a temperatura de juno, maior ser a corrente e menor ser a tenso necessria ao gatilhamento.

    A corrente e tenso de gatilho esto sujeitas a um valor mximo, mas no disparo devem ultrapassar um valor mnimo. O produto entre a tenso e corrente de gatilho d um

    nvel de potncia para o qual um mximo estabelecido.

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    Mtodos de disparo sem aplicao do pulso de gatilho

    Alm da aplicao do pulso de gatilho, o SCR pode ser disparado de outras formas. Normalmente, esses disparos so indesejados, pois, em alguns casos, podem destruir o

    dispositivo.

    Disparo por sobretenso

    Se aumentarmos a tenso VAK a ponto de atingir o valor VBO, o SCR entrar em

    conduo, mesmo sem a aplicao da corrente de gatilho. Este processo de disparo, nem sempre destrutivo, raramente utilizado na prtica.

    Disparo por variao de tenso

    Um capacitor armazena carga eltrica e a corrente que carrega o capacitor relaciona-se com a tenso pela expresso:

    t

    vCi

    Ou seja, para haver variao de tenso no capacitor (v), em um intervalo de tempo

    (t), necessrio circular uma corrente i pelo capacitor. Quando a variao de tenso muito pequena e o intervalo de tempo muito pequeno, essa expresso muda para:

    dt

    dvCi

    Em um SCR polarizado diretamente, na juno J2 existem ons positivos de um lado e

    ons negativos do outro. Isto como um capacitor carregado, como mostra a figura 15.

    Figura 15 Detalhe do efeito capacitivo na juno do SCR

    Assim, mesmo no havendo pulso no gatilho, fechando-se a chave CH1, a capacitncia da juno J2 far com que circule corrente de gatilho. Como a variao muito grande (de zero

    para V), a corrente resultante ser muito grande. Essa corrente poder ser suficiente para

    estabelecer o processo de conduo do SCR. Esse disparo normalmente indesejado e pode ser evitado pela ao de um circuito de

    proteo chamado de SNUBBER. Este circuito mostrado na figura 16.

    Figura 16 Circuito de proteo SNUBBER

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    Disparo por outros meios

    H a possibilidade do SCR entrar no estado de conduo, sem a aplicao do pulso de

    gatilho, por aumento de temperatura ou por intensidade de incidncia de luz ou radiao no

    dispositivo. No segundo caso, h um dispositivo prprio chamado de LASCR (Light Activated Silicon Controlled Rectifier). Alm do disparo por luz, esse dispositivo tambm acionado pelo gatilho. Podemos ver na fig. 17 os detalhes deste dispositivo.

    Figura 17 Detalhes do LASCR

    Mtodos de bloqueio

    Bloquear ou comutar um SCR, significa cortar a corrente que ele conduz e impedir que

    ele retorna conduo. Ou seja, o bloqueio estar completo, quando a corrente no sentido direto for anulada e a reaplicao de tenso direta, entre anodo e catodo, no provocar o

    retorno do SCR ao estado de conduo.

    Bloqueio natural

    Quando se reduz a corrente de anodo a um valor abaixo de IH, chamada de corrente de

    manuteno (holding current), o SCR bloqueado. A corrente de manuteno tem um valor baixo, normalmente cerca de 1000 vezes menor do que a corrente nominal do dispositivo.

    Em circuito CA, em algum momento a corrente passa pelo zero da rede, levando o SCR

    ao bloqueio.

    Exemplo: Bloqueio pelo Zero da Rede

    Figura 18 Bloqueio pelo zero da rede

    Bloqueio forado

    Em vez de aguardar a passagem de corrente pelo zero da rede para bloquear um SCR, pode-se fazer o bloqueio atravs de dois meios:

    1: diminuir o fluxo de corrente direta para um valor abaixo de IH;

    2: aplicar tenso reversa.

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    Aps o bloqueio, deve-se garantir que a tenso no seja reaplicada ao SCR imediatamente. Isto restabeleceria o processo de conduo do dispositivo. A tenso reaplicada

    deve aumentar segundo um parmetro dv/dt, definido nas folhas de dados fornecidos pelo fabricante.

    Exemplo: Bloqueio por Chave

    Figura 19 Bloqueio por chave

    Exemplo comentado: Bloqueio por Capacitor

    Figura 20 Bloqueio por capacitor

    Com CH1 e CH2 abertas, o SCR est bloqueado, a lmpada apagada e o capacitor

    descarregado. Fechando-se CH1, alimenta-se o circuito de gatilho. O SCR dispara e lmpada acende. Alm da corrente da lmpada, o SCR conduz tambm a corrente de carga do capacitor

    C1, conforme se v abaixo:

    Figura 21 Processo de carga do capacitor C1

    O capacitor carrega-se de forma exponencial, com uma constante de tempo = R1 . C1.

    Ou seja, passado um tempo correspondente a , o capacitor carrega-se com aproximadamente 2/3 da tenso que o alimenta. No caso deste circuito, com cerca de 5 o capacitor estar totalmente carregado com 12V.

    Se CH2 for fechada, a tenso acumulada no capacitor polarizar reversamente o SCR levando-o ao bloqueio, de acordo com a figura 22.

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    Figura 22 Polarizao reversa do SCR atravs do capacitor

    2.6 TRIAC

    Para se evitar a necessidade de utilizao de dois SCRs em antiparalelo, foi

    desenvolvido o TRIAC. TRI (triodo ou dispositivo de trs terminais) e AC (corrente alternada) formam o nome

    deste elemento, cuja principal caracterstica permitir o controle de passagem de corrente alternada.

    O smbolo dado por:

    Figura 23 Smbolo do triac

    Caractersticas e parmetros

    Sua curva caracterstica mostrada a seguir:

    Figura 24 Curva caracterstica do triac

    Pela curva caracterstica, pode-se observar que o TRIAC pode conduzir nos dois

    sentidos de polarizao.

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    As condies de disparo so anlogas ao do SCR. Podendo ser disparado com corrente de gatilho positiva ou negativa. Em conduo, apresenta-se quase como um curto-circuito

    com queda de tenso entre 1V e 2V. Os terminais so chamados de anodo 1 (A1 ou MT1), anodo 2 (A2 ou MT2) e

    gatilho (G).

    O TRIAC pode ser disparado em qualquer polaridade de tenso e sentido de corrente, desta forma ele opera nos quatro quadrantes, tomando-se o terminal A1 como referncia. V-

    se este fato na figura 25.

    Figura 25 Quadrantes de polarizao do triac

    A sensibilidade ao disparo varia conforme o quadrante, em funo das diferenas nos

    ganhos de amplificao, em cada caso. Normalmente, o primeiro quadrante o de maior sensibilidade ao disparo e o quarto, o de menor.

    O TRIAC em corrente alternada

    Os circuitos a seguir mostram, como exemplo, aplicaes simples do TRIAC em corrente alternada.

    a) Controle em Onda-Completa com TRIAC

    Figura 26

    b) Controle de Potncia numa carga

    Figura 27

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    3. Dispositivos e circuitos de disparo

    3.1 DIAC

    Quando o TRIAC usado como dispositivo de controle, frequentemente utilizado um DIAC como dispositivo de disparo, conforme pode ser visto na figura 28.

    Figura 28 Controle de disparo com DIAC

    O DIAC (Diode Alternative Currente) uma chave bidirecional disparada por tenso.

    Normalmente, a tenso de disparo dos DIACs ocorre entre 20 e 40V. A sua curva caracterstica

    est mostrada a seguir, junto com seus smbolos mais utilizados:

    Figura 29 Detalhes do DIAC

    No circuito da figura 28, a rede R1, R2 e C1 defasa a tenso sobre C1. O capacitor se

    carrega at atingir a tenso VD de disparo do DIAC. Quando isso ocorre, o DIAC entra em conduo e cria um caminho de baixa impedncia para o capacitor descarregar-se sobre o

    gatilho do TRIAC. A corrente de descarga do capacitor suficientemente elevada para conseguir disparar TRIACs de baixa potncia, mesmo com valores relativamente baixos de

    capacitncia.

    3.2 Transistor de unijuno (UJT)

    O UJT um dispositivo semicondutor de trs terminais com apenas uma juno PN.

    A estrutura fsica e a simbologia do UJT so mostradas na figura 30.

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    Figura 30 Detalhes do UJT

    Para facilitar a anlise do funcionamento do UJT utilizado o circuito visto a seguir.

    Figura 31 Circuito equivalente do UJT

    Na figura acima, o diodo representa a juno PN do emissor. O caminho B2-B1 (Base 2

    e Base 1) dividido em duas partes: a primeira, rb2, que a resistncia entre o ponto central

    x e o terminal B2 e a segunda, formada por uma resistncia fixa rs e outra varivel rn, sendo rb1 = rs + rn.

    A soma das resistncias rbb = rb1 + rb2 corresponde resistncia da barra entre os terminais B1 e B2.

    3.3 Oscilador de relaxao com UJT

    O circuito tradicional de disparo usando o UJT chamado de oscilador de

    relaxao, mostrado na figura 32.

    Figura 32 Oscilador de relaxao

    O UJT tem dois parmetros importantes: Tenso de Disparo (VP) e Tenso de Vale

    (VV). O primeiro diz o valor de tenso necessrio para fazer conduzir o caminho entre o emissor (E) e a base 1 (B1). O segundo informa o valor de tenso que, aps a entrada em conduo,

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    bloqueia o citado caminho. Em outras palavras, estes parmetros indicam o incio e o fim do disparo do UJT.

    Analisando o circuito da figura 32, vamos considerar inicialmente o capacitor descarregado. Ao ligarmos a fonte VBB ao circuito, o capacitor comear a se carregar

    exponencialmente. Enquanto o valor da tenso do capacitor no alcanar o valor do parmetro

    VP, o UJT estar bloqueado, isto , passar uma pequena corrente pelo caminho entre os terminais de base. Esta corrente, por sua vez, ir produzir uma pequena queda de tenso no

    resistor RB1. No momento que a tenso do capacitor atinge o parmetro VP, o UJT comear a

    conduzir atravs do caminho emissor e base1. Neste instante inicial de conduo, a resistncia interna deste caminho baixssima, proporcionando a elevao da corrente e, ao mesmo

    tempo, a descarga do capacitor. o que chamamos de resistncia negativa.

    Este surto de corrente inicial transitrio, pois a resistncia do caminho E-B1 torna-se gradativamente maior at o ponto em que a tenso do capacitor cai at o parmetro VV. Deste

    modo, o UJT sai de conduo proporcionando uma nova recarga do capacitor. O circuito, portanto, oscilatrio, sendo as formas de onda de VE, VB1 e VB2 como

    mostradas abaixo:

    Figura 33 Sinais de tenso no oscilador de relaxao

    Em B1, aparece um pulso de tenso que utilizado para o disparo de SCRs e TRIACs,

    conforme ilustra o circuito da figura 34.

    Figura 34 Gerao de pulsos de disparo de tiristores atravs do oscilador de relaxao

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    18

    3.4 CIs para disparo

    H circuitos integrados (CIs), especficos ou no para esta finalidade, que geram sinais de tenso e corrente direcionados ao disparo de tiristores. Estes sinais so peridicos e podem

    ser controlados, em termos de frequncia e amplitude. So comumente utilizados para o controle de pulsos de disparos de tiristores

    dispositivos como microcontroladores, processadores digitais de sinais (DSPs) e, principalmente,

    o CI TCA 785 produzido pela Siemens.

    Circuito integrado TCA 785

    A grande utilizao de circuitos tiristorizados, associada similaridade dos circuitos de

    disparo, deu margem ao aparecimento de circuitos integrados de disparo. A finalidade desses circuitos a de facilitar o projeto de circuitos de disparo e torn-los mais compactos e

    confiveis. Em muitos aparelhos usados industrialmente, destaca-se a utilizao do CI TCA 785 da Siemens. A figura 35(a) mostra a pinagem e a figura 35(b), o diagrama de blocos do TCA

    785.

    Figura 35(a)

    Figura 35(b)

    De acordo com os valores dos componentes externos ao TCA 785, pode-se gerar pulsos

    para acionar tiristores com controle do ngulo de disparo () sincronizados com a rede eltrica

    (60 Hz). A largura dos pulsos pode ser de 30s ou de 180-, como mostrado na figura 36.

    Esta figura ainda mostra que o ngulo de disparo () controlado basicamente pelo tempo de

    carga do capacitor CR e pelo valor da tenso de controle VC. O pulso largo (180-) serve para

    disparar tiristores em cargas altamente indutivas, onde a corrente de gatilho necessita de um

    tempo maior para garantir a conduo do tiristor.

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    Figura 36 Sinais de tenso do TCA 785

    Para um aprofundamento nas caractersticas do TCA 785, consulte o livro Estude e Use

    Dispositivos Semicondutores Tiristores [3].

    4. Dispositivos de proteo e circuitos

    4.1 Varistores

    Um varistor ou VDR (do ingls Voltage Dependent Resistor) um componente eletrnico cujo valor de resistncia eltrica uma funo da tenso aplicada nos seus terminais. Isto , a medida que a diferena de potencial sobre o varistor aumenta, sua resistncia diminui.

    Os VDRs so geralmente utilizados como elemento de proteo contra transientes de

    tenso em circuitos, tal como em filtros de linha. Assim eles montados em paralelo ao circuito

    que se deseja proteger, por apresentarem uma caracterstica de "limitador de tenso", impedindo que surtos de pequena durao cheguem ao circuito, e no caso de picos de tenso

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    de maior durao, a alta corrente que circula pelo dispositivo faz com que o dispositivo de proteo (disjuntor ou fusvel), desarme, desconectando o circuito da fonte de alimentao

    Figura 37 Varistor utilizado como proteo contra surtos de tenso

    4.2 Fusveis

    Os fusveis so dispositivos que protegem os circuitos eltricos contra danos causados por sobrecargas de corrente, que podem provocar at incndios, exploses e choques eltricos.

    Os fusveis so aplicados geralmente nos circuitos domsticos e na indstria leve.

    O funcionamento do fusvel baseia-se no princpio segundo o qual uma corrente que passa por um condutor gera calor proporcional ao quadrado de sua intensidade. Quando a

    corrente atinge a intensidade mxima tolervel, o calor gerado no se dissipa com rapidez

    suficiente, derretendo um componente e interrompendo o circuito.

    O tipo mais simples composto basicamente de um recipiente tipo soquete, em geral de porcelana, cujos terminais so ligados por um fio curto (elemento fusvel), que se derrete

    quando a corrente que passa por ele atinge determinada intensidade. O chumbo e o estanho

    so dois metais utilizados para esse fim. O chumbo se funde a 327 C e o estanho, a 232 C. Se a corrente for maior do que aquela que vem especificada no fusvel: 10A, 20A, 30A, etc, o

    seu filamento se funde (derrete).

    Figura 38 Fusvel de uso geral (esquerda) e utilizado em automveis (direita)

    O fusvel de cartucho, manufaturado e lacrado em fbrica, consiste de um corpo oco no condutivo, de vidro ou plstico, cujo elemento condutor est ligado interiormente a duas

    cpsulas de metal e os terminais so localizados nas extremidades (figura 39).

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    Figura 39 Fusvel de cartucho

    4.3 Transformadores de Pulso

    Os transformadores de pulso so especialmente projetados para transmitir os pulsos de

    disparo aos tiristores. A figura abaixo d um exemplo de utilizao de transformador de pulso num circuito de

    disparo com UJT:

    Figura 40 Uso do Trafo de pulso para isolao de pulsos de disparo

    O projeto dos transformadores de pulso deve atender a algumas condies, entre as quais a de o acoplamento entre primrio e secundrio deve ser o mais perfeito possvel. que no

    disparo, a corrente injetada no gatilho propaga-se transversalmente no material semicondutor

    do SCR. Durante essa propagao, as reas atingidas vo se tornando condutoras, deixando circular a corrente de anodo. A figura seguinte simboliza a propagao da rea condutora.

    Figura 41

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    Se o acoplamento no for adequado, durante o disparo, a rea condutora pode no se

    espalhar rapidamente, fazendo com que a corrente de anodo se concentre toda em uma rea pequena. o que chamamos de ponto quente. Isto tende a queimar o SCR.

    Quando a carga for indutiva, haver um intervalo entre o instante de disparo e o momento

    em que realmente o SCR entrar em conduo. Desta forma, deve-se manter o pulso aplicado por um intervalo de tempo razovel, para garantir que o SCR esteja em condies de disparo

    no momento adequado. Isto resulta em pulsos largos, que tendem a saturar o ncleo do transformador de pulso.

    Para evitar essa saturao, usa-se um esquema chamado de disparo por pulsos de alta frequncia. O pulso largo transformado em um trem de pulsos de alta frequncia, conforme

    visto abaixo:

    Figura 42 Trem de pulsos para minimizar a saturao do Trafo de pulso

    A tenso VGD o pulsou tenso de gatilho desejada. Trata-se de uma tenso de baixa

    frequncia, que tende a saturar o transformador e distorcer a tenso aplicada ao gatilho. A tenso VGP uma tenso com envoltria VGD e possui alta frequncia quando h

    necessidade de se aplicar pulso no gatilho. Para exemplificar este mtodo, vejamos a figura 43 na pgina seguinte.

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    Figura 43 Circuito utilizando o Trafo de pulso

    O circuito acima utiliza o CI 555, montado na sua configurao astvel, gera um sinal de alta

    frequncia (5 a 10 kHz) em sua sada (pino 3), cujo valor depende de R1, R2 e C1. Aps passar pela porta lgica AND, o sinal amplificado pelo transistor e acoplado ao SCR atravs do

    transformador de pulso. O diodo D1 evita que apaream sobretenses no transistor, quando este cortar. Neste instante, a energia armazenada no ncleo do transformador dissipada pelo

    resistor de 33. No secundrio do transformador, D2 retifica os pulsos, impedindo que seja

    aplicada tenso negativa ao gatilho do SCR.

    4.4 Acopladores pticos

    Outra maneira de isolar pulsos de disparo atravs de um LED infravermelho e um

    fotodetector. O fotodetector pode ser um transistor ou at um SCR ou TRIAC, arranjados num mesmo invlucro. A figura seguinte ilustra duas possibilidades.

    Figura 44 Acopladores pticos

    O inconveniente em usar acopladores pticos com transistor a necessidade de uma fonte

    adicional, para polarizar o circuito de coletor do transistor e fornecer a corrente de gatilho.

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    O exemplo abaixo utiliza o MOC3011 da Motorola para acionar uma carga resistiva via um TRIAC.

    Figura 45 Detalhe do MOC3011

    Desejando acionar o TRIAC Q1, o sistema digital deve fornecer nvel lgico 1

    entrada de controle da porta NAND. Assim, o pino 2 do MOC3011 vai para nvel lgico 0 e o LED D2 fica polarizado diretamente, disparando o fotodetector Q2 e, como conseqncia, o

    TRIAC Q1.

    5. Conversores AC/DC (retificadores)

    5.1 Retificadores monofsicos no controlados

    A retificao o processo de converter tenso e corrente alternadas em tenso e corrente contnuas. Um retificador no controlado usa apenas diodos como elementos de

    retificao. A amplitude da tenso de sada DC determinada pela amplitude da tenso de alimentao AC. Entretanto, a sada da tenso DC contm componentes AC significativas, as

    quais recebem o nome de ondulao. Para eliminar a ondulao, costuma-se inserir um filtro capacitivo aps o retificador. Os tipos de retificador no controlados e estudados na disciplina de Eletrnica Analgica

    so o meia-onda, onda completa com derivao (tap) central e onda completa em ponte.

    Figura 46(a) Retificado meia-onda

    Figura 46(b) Retificado OC com tap central

    Figura 46(c) Retificado OC em ponte

    Figura 46(d) Retificado OC em ponte com filtro capacitivo

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    5.2. Retificadores Monofsicos Controlados

    Os circuitos retificadores so aqueles que transformam um sinal AC em um sinal DC no constante. Eles podem ser no controlados e controlados. Os primeiros utilizam os diodos

    semicondutores de potncia como elementos retificadores, no havendo, portanto, controle do ngulo de disparo. Os retificadores controlados tm como elementos retificadores geralmente

    os SCRs, possibilitando o controle do ngulo de disparo e, consequentemente, o controle da

    potncia entregue carga. Neste material estudaremos os retificadores controlados de meia onda e de onda completa.

    Retificador controlado de meia onda

    A figura 47 mostra um circuito retificador de meia onda com carga resistiva.

    Figura 47 Retificador de meia onda monofsico controlado com carga resistiva

    O comportamento das tenses e corrente de carga mostrado a seguir:

    Figura 48 Comportamento da tenso e corrente na carga resistiva

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    Observa-se que durante o semiciclo positivo, o SCR ficar diretamente polarizado e conduzir se o pulso de acionamento for aplicado ao gatilho. Se o SCR passar a conduzir

    (instante t0), uma corrente fluir na carga e a tenso de sada (V0) ser aproximadamente igual tenso de entrada. No instante em que o semiciclo torna-se igual a igual a zero, o SCR

    cortar, ficando assim at o prximo disparo no semiciclo positivo. Neste semiciclo, o ngulo

    em que o SCR fica bloqueado () chamado de ngulo de disparo e o ngulo em que fica

    conduzindo () de ngulo de conduo.

    A figura 49 mostra um circuito retificador em meia onda com carga resistiva e indutiva (caso mais comum):

    Figura 49 Retificador controlado com carga resistiva e indutiva

    Se o SCR for acionado com um ngulo de disparo igual a , a corrente na carga

    aumentar devagar, uma vez que a indutncia forar a corrente se atrasar em relao tenso. A tenso na carga ser positiva e o indutor estar armazenando energia em seu campo

    magntico. Quando a tenso aplicada se tornar negativa, o SCR ficar polarizado reversamente. Entretanto, a energia armazenada no campo magntico do indutor retornar e manter uma

    corrente direta atravs da carga. A corrente continuar a fluir at (denominado de ngulo de

    avano), quando ento o SCR entrar no estado de bloqueio. A tenso no indutor mudar de

    polaridade e a tenso na carga ficar negativa. Em consequncia disso, a tenso mdia na carga vai se tornar menor do que seria se a carga fosse uma resistncia pura. As formas de

    onda para este circuito so mostradas abaixo.

    Figura 50 - Comportamento da tenso e corrente na carga resistiva e indutiva

    Para cortar a poro negativa da tenso na carga instantnea e amenizar a ondulao

    da corrente de carga, utiliza-se um diodo de retorno (free-wheeling diode ou FWD). Este

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    diodo tem por funo dissipar a energia armazenada no indutor durante o tempo em que o SCR estiver bloqueado. O circuito com o FWD e as formas de onda esto mostrados nas figuras 51

    e 52.

    Figura 51 Detalhe do diodo de retorno

    Figura 52 - Comportamento da tenso e corrente na carga resistiva e indutiva com FWD

    Retificador controlado de onda completa

    Para as cargas resistivas (iluminao incandescente, aquecedores, fornos etc), como vimos, h a necessidade de um diodo de retorno (FWD), pois no existe (a princpio) uma

    indutncia. Porm, para efeito de dinamizar o nosso estudo, iremos abordar neste tpico apenas cargas RL, ou seja, que necessitam de um diodo de retorno. Um circuito retificador com

    carga RL e FWD visto na figura 53.

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    Figura 53 Retificador OC controlado com FWD

    No circuito na figura acima so disparados aos pares (SCR1/SCR4 e SCR2/SCR3), com um

    ngulo de disparo igual a . Os valores mdios para a tenso e corrente na carga so o dobro

    dos valores do retificador de meia onda. As formas de onda so mostradas abaixo:

    Figura 54 Comportamento da tenso e corrente na carga resistiva e indutiva

    6. Conversores DC/DC (choppers) O conversor DC/DC ou chopper usado para obter uma tenso DC varivel a partir de uma fonte de tenso DC constante. O valor mdio da tenso de sada varia quando se altera a

    proporo do tempo no qual a sada fica ligada entrada. Essa converso pode ser obtida pela combinao de um indutor ou capacitor e um dispositivo de estado slido que opere no modo

    de chaveamento em alta frequncia.

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    A tcnica de chaveamento usada em choppers denominada de PWM (pulse-width modulation modulao por largura de pulso). H dois tipos bsicos de choppers: step-down ou buck e step-up ou boost. Antes de sermos apresentados de fato aos circuitos choppers, veremos a tcnica de chaveamento PWM. Neste mtodo, a largura do pulso alto (TON) varia enquanto o perodo de

    chaveamento total T constante. A figura 55 mostra como as formas de onda de sada variam medida que o ciclo de trabalho (tempo de durao de TON) aumenta e, por consequncia, o

    valor mdio (V average) da tenso tambm aumenta.

    Figura 55 Modulao por largura de pulsos (PWM)

    6.1 Chopper step-down (buck)

    O chopper step-down (buck) se caracteriza pela tenso mdia de sada (VO) ser menor que a tenso de entrada (VI). A configurao bsica deste tipo de chopper mostrada abaixo.

    Figura 56 Chopper buck

    Enquanto a chave S (que pode ser qualquer elemento chaveador como SCR, transistor

    bipolar, MOSFET operando em PWM) estiver fechada, o diodo ficar polarizado reversamente e

    o indutor armazenando energia em forma de campo magntico. Nesta situao temos que Vo=Vi.

    Quando a chave abrir, a tenso VL torna-se negativa impondo o diodo D ficar em conduo at que a energia do indutor se descarregue ou que a chave S volte a fechar. Nesta

    situao temos que Vo

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    Figura 57 Funcionamento do chopper buck

    As formas de onda das correntes e tenses deste circuito so vistas na figura 58.

    Figura 58 Formas de onda no chopper buck

    6.2 Chopper step-up (boost)

    No circuito boost, a tenso de sada pode variar desde a fonte de tenso at diversas vezes a fonte de tenso. O circuito bsico deste chopper mostrado na figura 59.

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    Figura 59 - Chopper boost

    Na fig. 60, quando a chave S passar para o estado de conduo, o indutor ficar

    conectado alimentao. A tenso no indutor (VL) pular no mesmo instante para a fonte de tenso Vi, mas a corrente no indutor Ii aumentar de maneira linear e armazenar energia no

    campo magntico. Quando a chave for aberta, a corrente cair de forma violenta e a energia armazenada no indutor ser transferida para o capacitor, atravs do diodo D. A tenso induzida

    no indutor VL mudar de polaridade, somando-se fonte de tenso para aumentar a tenso de

    sada VO (mesma tenso do capacitor). Portanto, a energia armazenada no indutor ser liberada para a carga. Quando S for fechada, D se tornar inversamente polarizado, a energia

    do capacitor fornecer a tenso na carga e o ciclo se repetir.

    Figura 60 - Funcionamento do chopper boost

    As formas de onda deste circuito so mostradas na fig. 61 da pgina seguinte.

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    Figura 61 - Formas de onda no chopper boost

    6.3 Chopper buck-boost

    O circuito chopper buck-boost combina os conceitos dos choppers anteriores. A tenso de sada pode ser mais alta, igual ou menor que a tenso de entrada. Uma inverso de

    polaridade na tenso de sada tambm pode ocorrer. Como visto nas situaes anteriores, a

    chave pode ser qualquer dispositivo de chaveamento controlado, tal como um TJB ou IGBT. Vemos na fig. 62(a) a configurao do chopper buck-boost. Quando a chave S estiver ligada, o diodo D ficar inversamente polarizado e iD ser nula. O circuito pode ser simplificado, como mostra a fig. 62(b). A tenso no indutor igual tenso de entrada e a corrente no

    indutor iL aumenta de modo linear com o tempo. Quando S estiver desligada, a fonte ser desconectada. A corrente no indutor no poder variar de imediato; logo, polarizar o diodo

    diretamente e fornecer um caminho para a corrente na carga. A tenso de sada se tornar

    igual tenso no indutor. O circuito pode ser simplificado, como mostra a fig. 62(c). As formas de onda de tenso e de corrente so apresentadas na fig. 63.

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    Figura 62 Diagrama e funcionamento do chopper buck-boost

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    Figura 63 Formas de onda no chopper buck-boost

    7. Conversores DC/AC (inversores)

    Os inversores so circuitos estticos (isto , no tm partes mveis) que convertem

    potncia DC em potncia AC com a frequncia e tenso ou corrente de sada desejada. A tenso de sada tem uma forma de onda peridica que, embora no-senoidal, pode, com uma

    boa aproximao, chegar a ser considerada como tal. Dentre os vrios tipos de inversores destacamos os de fonte de tenso (VSI Voltage source inverters) que so utilizados nas fontes de tenso de funcionamento contnuo (UPS Uninterruptible power supplies). O circuito bsico para gerar um sinal AC a partir de um DC, monofsico, mostrado na figura seguinte:

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    Figura 64 Esquema bsico do inversor

    As chaves S1 e S2 ligam e desligam a fonte DC carga de modo alternado, o que produz uma forma de onda retangular de tenso AC. O circuito anterior chamado de inversor

    de meia ponte por ter apenas dois elementos chaveadores. Uma vez que as chaves tm

    terminais positivo e negativo, a combinao das duas chaves fornecem os quatro estados mostrados na figura 65.

    Figura 65 Estados das chaves no inversor

    Quando os estados 1 e 3 so repetidos de maneira alternada, uma tenso de onda quadrada gerada na carga, como mostra a figura 66(a). Se os estados 2 e 4, que fazem a tenso na carga ficar em zero, so usados, obtm-se uma onda em degrau ou forma de onda quase quadrada, como pode ser observado na figura 66(b).

    Figura 66 Forma de onda de tenso na carga

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    7.1 Funcionamento de inversores monofsicos

    A figura 67 mostra um inversor monofsico com carga RL que usa SCRs como chaves. A tenso de sada uma forma de onda retangular, com um ciclo de trabalho de 50%. A forma

    de onda da corrente na sada tem forma exponencial. Quando a tenso de sada for positiva, a corrente crescer exponencialmente. Durante o ciclo seguinte, quando a tenso de sada for

    negativa, a corrente cair exponencialmente.

    A funo dos diodos de retorno fornecer um caminho de volta para a corrente de carga, quando as chaves estiverem desligadas. Logo aps SCR2 e SCR3 passarem para o estado

    desligado em t=0, por exemplo, os diodos D1 e D4 iro ligar. A corrente de carga comear em um valor negativo e crescer exponencialmente a uma taxa dada pela constante de tempo da

    carga ( = L/R). A fonte de corrente DC, nesse perodo, invertida e flui de fato para a fonte

    DC. Quando a corrente na sada chega a zero, D1 e D4 passam para o estado desligado e SCR1 e SCR4, para o ligado. A corrente continua a crescer e alcana o valor mximo em t=T/2, quando SCR1 e SCR4 passam para o estado desligado. A tenso na sada se inverte, mas a corrente na sada continua a fluir na mesma direo. A corrente na sada somente pode fluir atravs dos diodos D2 e D3, que ligam a fonte DC carga , o que gera tenso inversa. A energia

    armazenada no indutor retorna fonte DC e a corrente na sada agora cai de seu valor mximo e chega a zero. Logo que a corrente de carga parar, SCR2 e SCR3 podem conduzir para fornecer

    potncia carga. A corrente alcana seu valor mximo negativo em t=T e o ciclo se repete. A figura 68 apresenta as formas de onda de tenso e corrente. Tambm mostrados nas

    formas de onda esto os dispositivos que conduzem durante os vrios intervalos. Observe, na

    forma de onda da fonte de corrente (indutor), que esta fica positiva quando as chaves conduzem e quando h potncia entregue pela fonte. Mas se torna negativa quando os diodos

    conduzem e quando h potncia absorvida pela fonte.

    Figura 67 Inversor monofsico com carga resistiva e indutiva

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    Figura 68 Formas de onda de tenso e corrente

    8. Chaves estticas

    8.1 Definies e aplicaes

    Uma chave esttica comuta a potncia para a carga, liga e desliga, mas no a modifica em nenhum outro aspecto. A caracterstica duplamente estvel dos dispositivos semicondutores

    (como os tiristores) isto , a existncia de dois estados estveis (conduo e no conduo)

    sugere que esses dispositivos podem ser usados como chaves sem contatos. As aplicaes no campo do chaveamento esttico incluem chaves liga/desliga, disjuntores, rels de estado slido,

    contactores e outros semelhantes. Um caso tpico de operao de uma chave esttica a aplicao de tiristores no chaveamento de uma carga, como observado na fig. 69.

    Figura 69 Aplicaes de chaves estticas

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    8.2 Comparao com rels eletromecnicos

    Uma chave semicondutora oferece diversas vantagens em relao aos rels eletromecnicos e a outros dispositivos mecnicos de chaveamento. Para a devida comparao,

    vejamos o que so os rels eletromecnicos.

    Rels Eletromecnicos

    A estrutura simplificada de um rel eletromecnico mostrada na figura 70.

    Figura 70 Estrutura do rel eletromecnico

    Nas proximidades de um eletroim instalada uma armadura mvel que tem por finalidade abrir ou fechar um jogo de contatos. Quando a bobina percorrida por uma corrente

    eltrica criado um campo magntico que atua sobre a armadura, atraindo-a. Nesta atrao ocorre um movimento que ativa os contatos, os quais podem ser abertos ou fechados.

    Isso significa que, atravs de uma corrente de controle aplicada bobina de um rel,

    podemos abrir ou fechar os contatos de uma determinada forma, controlando assim as correntes que circulam por circuitos externos. Quando a corrente deixa de circular pela bobina

    do rel o campo magntico criado desaparece, e com isso a armadura volta a sua posio inicial pela ao da mola.

    Os rels se dizem energizados quando esto sendo percorridos por uma corrente em sua bobina capaz de ativar seus contatos, e se dizem desenergizados quando no h corrente

    circulando por sua bobina. A aplicao mais imediata de um rel com contato simples no

    controle de um circuito externo ligando ou desligando-o, conforme mostra a prxima figura. Observe o smbolo usado para representar este componente.

    Figura 71 Rel utilizado no acionamento de carga AC sob o comando de um sinal DC

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    Uma das caractersticas do rel que ele pode ser energizado com correntes muito pequenas em relao corrente que o circuito controlado exige para funcionar. Isso leva a

    possibilidade de controlarmos circuitos de altas correntes como motores, lmpadas e mquinas industriais, diretamente a partir de dispositivos eletrnicos fracos como transistores, circuitos

    integrados, foto-resistores etc. A corrente fornecida diretamente por um transistor de pequena

    potncia da ordem de 0,1A no conseguiria controlar uma mquina industrial, um motor ou uma lmpada, mas pode ativar um rel e atravs dele controlar a carga de alta potncia.

    Outra caracterstica importante dos rels a segurana dada pelo isolamento do circuito de controle em relao ao circuito que est sendo controlado. No existe contato

    eltrico entre o circuito da bobina e os circuitos dos contatos do rel, o que significa que no h passagem de qualquer corrente do circuito que ativa o rel para o circuito que ele controla.

    Se o circuito controlado for de alta tenso, por exemplo, este isolamento pode ser importante

    em termos de segurana.

    Chaves estticas x Rels eletromecnicos

    Uma chave semicondutora oferece diversas vantagens em relao aos demais dispositivos de chaveamento. Vejamos algumas:

    1. Propicia velocidades de chaveamento extremamente altas, porque a chave liga de imediato.

    2. A operao tranquila porque no h partes mveis e no ocorrem centelhas. 3. A interferncia eletromagntica (EMI) minimizada.

    4. A vida til bem maior. 5. imune a vibraes e choques mecnicos.

    6. pequena e leve.

    7. Pode ser controlada eletronicamente. 8. O custo baixo.

    9. Na comutao, no h trepidao. 10. Oferece maior segurana e confiabilidade.

    11. Oferece a possibilidade de controle distncia e de potncia entregue carga.

    8.3. Rels de estado slido (SSR)

    Os SSRs diferem dos rels eletromecnicos pelo fato de no apresentarem partes mecnicas mveis. A estrutura interna de um SSR feita de semicondutores, assim ele pode

    operar em grandes velocidades, comparado a um rel eletromecnico.

    H duas categorias de SSRs: mdulos I/O e chaves estticas. Ambas so largamente so largamente utilizadas na indstria, sendo a primeira para baixas potncias e

    empregada como interface entre o comando digital e pequenas cargas (solenides, lmpadas, eletrovlvulas, etc.). As chaves estticas possuem o mesmo princpio de funcionamento dos

    mdulos I/O, porm so projetadas para operar com cargas de alta potncia (grandes motores, por exemplo).

    Os semicondutores que formam os SSRs podem ser TJBs, MOSFETs, SCRs e outros

    tantos. Ainda, h SSRs monofsicos e trifsicos que trabalham tanto em DC como em AC. A figura seguinte mostra dois tipos de SSRs: um com comando DC e o outro com comando AC.

    Deve ser observada a isolao tica entre o comando de entrada e a sada.

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    Figura 72 Mdulos I/O de potncia

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    9. Bibliografia

    1. AHMED, Ashfaq. Eletrnica de Potncia.Prentice Hall, 2000.

    2. LANDER, Cyril W. Eletrnica Industrial Teoria e Aplicaes 2 Edio. MAKRON

    Books do Brasil Editora Ltda. 1996.

    3. ALMEIDA, Jos Luis Antunes de. Estude e Use Dispositivos Semicondutores Tiristores. Editora rica.