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Circuitos de ComandoCircuitos de Comando
Nikolas Libert
Aula 5C
Eletrônica de Potência ET53BTecnologia em Automação Industrial
DAELT ● Nikolas Libert ● 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.
R
+
-
vR
+
-
v(ωt)iG
DAELT ● Nikolas Libert ● 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 VR2
R1
DAELT ● Nikolas Libert ● 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
127 V
R2
R1
Diac Tria
cvE
ωtvC
DAELT ● Nikolas Libert ● 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.Carga
127 V
R2
R1
Diac Tria
cvE
ωtvC
5 μs
150 mA
DAELT ● Nikolas Libert ● 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.
vE
ωtvC
Carga
127 V
R2
R1
Diac Tria
c
DAELT ● Nikolas Libert ● 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.
vE
ωtvC
Carga
127 V
R2
R1
Diac Tria
c
DAELT ● Nikolas Libert ● 8
Disparo de Triac por Diac
Tensão resultante na carga.
vE
ωtvC
ωt
vCarga
Carga
127 VR2
R1
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 ● 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.
5 μs
150 mA
R
Pulso de corrente para R=47 Ω, C=33 nF e Diac DB3 (VDRM = 32 V)
DAELT ● Nikolas Libert ● 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 ● 11
Opto acopladores
Emissor e detector são fisicamente isolados.
DAELT ● Nikolas Libert ● 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 ● 13
Opto acopladores
Opto Triacs
– Não devem acionar uma carga diretamente.
– São usados para disparar outro Triac externo.
Carga resistiva Carga indutiva
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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.
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Dados Emissor:
Opto acopladores
Exemplo: Qual o valor do resistor de entrada para que o opto triac seja disparado?
R
MOC3032
5VIF=10 mA
VF=1,5 V
R.: R<350 Ω
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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?
127
V+
-B
T13
6-60
0EMOC3032
1
2
6
4
180Ω
1kΩ
Dados MOC:VDRM=250 V
Imax=1 AVT=3 V @ 100 mA
Dados BT136:IGT=10 mA
VGT=1 V
R.: Imax<526 mAR.: VE=7,75 V
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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.
R
+
-
vR
+
-
v(ωt)iG
DAELT ● Nikolas Libert ● 18
Circuito de comando – Dente de Serra
ωt
ωt
iG
vR
π 3π2πα
vp
ωt
vM
vC
vT
R
+
-
vR
+
-
v(ωt)iG
● É gerada uma onda triangular VT que é sincronizada com o ponto de cruzamento por zero da rede elétrica.
● A onda VT é comparada com uma tensão de referência VC.
● Se VT for maior que VC, o SCR é disparado.
● O ângulo de disparo será dado por:
α=πvCvM
DAELT ● Nikolas Libert ● 19
Organização de Um Circuito de Comando
Organização de Um Circuito de Comando
1 2
3
4 5
R
vT
vTP
vα
vG
vC
v(ω
t)
iG
1)Sincronismo e geração do dente de serra vT.2)Comparador.3)Oscilador. Gera o trem de pulsos vTP.4)Porta Lógica “E”.5)Amplificação, isolamento e disparo.
DAELT ● Nikolas Libert ● 20
Organização de Um Circuito de Comando
ωt
ωt
vα
vR
π 3π2πα
vp
ωt
vM
vC
vT
ωt
vTP
ωt
vG
ωt
iG
ωt
1 2
3
4 5vT
vTP
vα
vG
vC
v(ω
t)
iG
1)Sincronismo e geração do dente de serra vT.
2)Comparador.3)Oscilador.
Gera o trem de pulsos vTP.4)Porta Lógica “E”.5)Amplificação, isolamento e
disparo.
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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 ● 22
Circuito de Disparo
R2
R1
R3
A
KD3
D2
D1
DZ
G
TP
vCC
vG
Amplificação
Isolação Proteção
● TP: Transformador de pulsos. Isolação deve ser de 2 kV para aplicações com tensões inferiores a 600 V.
● D1 e DZ: Desmagnetização do transformador quando a chave abre.
● R3: Define a corrente que entrará na porta do SCR.
● D3: Impede que correntes fluam do anodo para a porta.
● D2: Impede tensões negativas entre porta e catodo na desmagnetização do transformador.
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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 iG não pode ser removida enquanto a corrente de retenção IL não for atingida.
– O transformador de pulsos limita a largura máxima da corrente de gatilho.
– É necessário o disparo com trem de pulsos.
R
+
-
vR
+
-
v(ωt)iG
Δ t=L⋅ILE
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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.
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Módulo de Comando Integrado TCA785
● VSYNC(5): Sinal da rede para sincronismo com zero.
● VS(16) E GND(1): Alimentação
● R9 (9): Resistor que determina corrente de carga do capacitor, que sairá pelo pino 10.
● C10 (10): Capacitor ligado a uma fonte de corrente. Gera o sinal dente de serra.
● V11(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.
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Módulo de Comando Integrado TCA785● Inhibit(6): Desabilita saídas.
● Q1(14), Q1(4): Saída de disparo para semiciclo negativo da rede e seu complemento.
● Q2(15), Q2(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 Q1 e Q2.
● C12(12): Capacitor para controle de largura dos pulsos de disparo.
● Pino 13: Estende as saídas negadas até próximo zero da rede.
DAELT ● Nikolas Libert ● 27
Módulo de Comando Integrado TCA785
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Módulo de Comando Integrado TCA785
Exemplo de Circuito com TCA785 (Ivo Barbi)
220V
CargaBAY61
1M5
13 515
16 6
+15V
TCA7855K
11
8
8nF
14109
180RA2
A1
47K
DAELT ● Nikolas Libert ● 29
Módulo de Comando Integrado TCA785
Exemplo(datasheet)
Tensão de alimentação gerada
por diodo zener.
DAELT ● Nikolas Libert ● 30
Referências
BARBI, Ivo. Eletrônica de Potência, 6ª Edição, Ed. do Autor, Florianópolis, 2006.
Optocoupler Solutions, Fairchild Semiconductor, 2010.
de ALMEIDA, J. L. Z. Dispositivos Semicondutores: Tiristores Controle de Potência em CC e CA, 12ª Edição, Érica, São Paulo, 2010
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