Eletrônica Industrial: Aplicações da Eletrônica de Potência e Componentes, Exercícios de Eletrônica Digital

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Eletrônica industrial

Professor: Rafael Soares De Souza E-mail: rafael.soares@aedb.br

Aplicações da eletrônica de potência

A eletrônica de potência encontra aplicações em qualquer campo que requeira conversão e controle de potência elétrica. Encontrados em uma grande quantidade de equipamentos industriais ou eletrodomésticos de motores pequenos com menos de 1 HP,  Aplicados em a acionadores industriais com centenas de HP; de fontes de alimentação reguladas DC de baixa potência a sistemas de transmissão DC de alta tensão com mais de 1000 MW de potência;

Componentes da eletrônica de potência

Componentes da eletrônica de potência

Componentes da eletrônica de potência

Os componentes que descreveremos podem ser classificados, quanto ao seu controle de condução, em três tipos principais (RASHID, 1999):

• Não controlados: são aqueles componentes que dependem de características intrínsecas para permitir ou não a condução de corrente;
• Semicontrolados: são componentes que permitem o controle de sua condução, mas dependem de características intrínsecas para deixarem de conduzir;
• Totalmente controlados: são os componentes que permitem tanto o controle para a condução quanto para deixarem de conduzir As características intrínsecas são condições de queda de tensão sob o componente ou intensidade de corrente circulando pelos terminais do componente

Componentes da eletrônica de potência

• Os tiristores são dispositivos semicondutores de potência com quatro camadas PNPN, usados como chaves eletrônicas.
• A principal vantagem que oferecem é converter e controlar grandes quantidades de potência em sistemas AC ou DC, utilizando apenas uma pequena potência para o controle Família dos tiristores:
  • SCR - retificador controlado de silício (silicon controlled rectifier-SCR ),
  • GTO - tiristor de desligamento por porta (gate-tumo. fftbyristor- GTO),
  • TRIAC
  • DIAC,
  • ETC..

O retificador controlado de silício (SCR )

• O retificador controlado de silício (SCR) é o controlador elétrico de potência com uso mais difundido. Isso se deve á sua ação de chaveamento rápido, ao seu pequeno porte e aos seus altos valores nominais de corrente e de tensão. A estrutura de um SCR e seu símbolo é mostrada na Figura abaixo, O SCR tem três terminais: o ânodo (A) e o cátodo (K) são os de potência enquanto a porta (G) (Gate ou Gatilho) é o de controle

O retificador controlado de silício (SCR )

• São chaves estáticas bi-estáveis, ou seja, trabalham em dois estados: não condução e condução, com a possibilidade de controle.
• Em muitas aplicações podem ser considerados chaves ideais, mas há limitações a serem consideradas na prática.
• São compostos por 4 camadas semicondutoras (P-N-P-N), três junções (P-N). Aplicação: Controles de relés e motores; Fontes de tensão reguladas; Choppers (variadores de tensão CC); Inversores CC-CA; Cicloconversores (variadores de frequência); Carregadores de bateria; Controles de iluminação;

O retificador controlado de silício (SCR )

Curva característica do SCR:

O retificador controlado de silício (SCR )

Curva característica do SCR:

Aumento de valores nominais do SCR

A garantia de que os valores nominais máximos do SCR não serão excedidos depende da escolha de um dispositivo com valores nominais suficientes. Podemos aumentá-los com o uso de refrigeração externa, o que remove o calor produzido pelas perdas no dispositivo. O acréscimo de circuitos externos também pode elevar a capacitação de controle da tensão e da corrente. Os valores nominais podem ser aumentados, igualmente, com a ligação de SCRs em série e em paralelo A confiabilidade e a vida dos dispositivos semicondutores dependem basicamente do modo como são refrigerados. A potência gasta na forma de calor também. Em geral, os SCRs dissipam cerca de 1% da potência total. Eles devem ser posicionados em lugares bem ventilados, frescos e longe de outros dispositivos geradores de calor. A potência máxima controlada por um único SCR é determinada por seu valor nominal de corrente direta e por seu valor nominal de tensão de bloqueio direta. Quando se deseja maximizar um desses dois valores, podemos fazer associação de SCR´s ligando os mesmos em série ou paralelo.

Aumento de valores nominais do SCR

SCRs em série : Se a tensão de entrada for maior do que o valor nominal de um único SCR, dois ou mais deles podem ser ligados em série, de maneira a aumentar a capacidade de bloqueio direto direta. SCR´S em Paralelo: Quando a corrente de carga exceder o valor nominal de um único SCR, os dispositivos serão ligados em paralelo, para que suas capacidades de corrente sejam aumentadas. Se eles não tiverem ligados conectados de maneira perfeita, o resultado é um compartilhamento desigual da corrente.

Sinais DC

O SCR tem uma corrente máxima de porta de 100 mA e um valor máximo de VGK de 2 V. Se Eg for igual a 15 V, determine o valor de Rg que fornecerá corrente suficiente para a passagem para o estado ligado e a potência pela porta. Qualquer valor acima de 130Ω satisfaz a condição.

Sinais DC

A passagem do SCR para o estado desligado pode ser realizada das seguintes maneira:

1. Desviando a corrente de ânodo por um caminho alternativo;
2. Curto-Circuitando o ânodo com o cátodo do SCR;
3. Aplicando uma tensão inversa (tornando o cátodo positivo em relação ao ânodo) no SCR;
4. Forçando a corrente de ânodo a cair a zero por um período breve;
5. Abrindo o caminho externo proveniente da tensão de alimentação do ânodo
6. Reduzindo a zero, por um momento, a tensão de alimentação