Aula 39 - Conversores CA/CC

Os Conversores CA/CC, são alimentadores e reguladores eletrônicos para controle de tensão de armadura dos motores de corrente contínua.

Muitos processos industriais necessitam operar com velocidade de rotação variável. Dentre os tipos de motores, o motor de corrente contínua foi o primeiro a ser utilizado na indústria e destaca-se pela simplicidade em se controlar a velocidade de rotação e o torque.

Pode-se dividir o motor de corrente contínua em duas partes distintas: Estator ou Campo – É a parte fixa, possui sapatas polares formadas por pacotes de lâminas de aço silício justapostas. Em torno das sapatas polares se enrolam fios condutores, formando bobinas.

Rotor ou Armadura – O rotor é a parte móvel do motor, ligada ao eixo de transmissão de movimento. O rotor possui um pacote de lâminas de aço silício apresentando ranhuras onde são instaladas as bobinas do rotor. 

Os terminais destas bobinas são conectados eletricamente ao coletor (comutador) que conecta eletricamente as bobinas do rotor através de escovas de carvão à fonte de energia elétrica, de modo a permitir a movimentação do rotor sem causar curto-circuitos. As escovas conduzem a energia da fonte externa para os contatos do comutador e as bobinas do rotor. Devido ao permanente atrito das escovas com o anel coletor do rotor, torna-se necessária a manutenção periódica com a substituição do par de escovas.

Uma maneira de realizar o controle de velocidade e torque em motores CC com excitação independente é através do controle pela tensão aplicada na armadura (V).

No controle pela armadura mantém-se a tensão e a corrente no campo constantes, desta forma o fluxo magnético produzido no campo também é constante.

Varia-se a tensão aplicada na armadura (V) e por conseqüência a rotação da máquina, seguindo uma relação direta entre a tensão da armadura e a rotação da máquina. Neste método o torque permanece constante e a potência varia proporcionalmente com a velocidade. Os motores CC com excitação independente e controle pela tensão aplicada na armadura são utilizados normalmente em acionamentos de máquinas operatrizes, tais como: ferramentas de avanço, bombas a pistão, compressores, etc. Aplicações onde é necessário um torque constante em toda a faixa de rotação.

A corrente contínua (CC) para alimentação dor motores é obtida a partir da corrente alternada (CA). As pontes retificadoras controladas realizam a conversão de potência de corrente alternada para corrente contínua. Estas pontes podem ser monofásicas ou trifásicas, semi-controladas ou totalmente controladas.

A Ponte Monofásica Semi-Controlada é formada por dois SCRs e dois diodos retificadores, com aplicação em acionamentos de baixa potência, por motivos econômicos.

A Ponte Monofásica Totalmente Controlada é formada por quatro SCRs com aplicação em acionamentos de baixa potência, onde é necessária a frenagem do motor CC.

Já a Ponte Trifásica Totalmente Controlada é formada por seis SCRs. Com aplicação em acionamentos de potência superior a 10kW onde é necessária a aceleração e frenagem do motor CC em um sentido de rotação. Para aplicações onde é necessário a aceleração e frenagem nos dois sentidos de rotação deve-se utilizar duas pontes totalmente controladas em anti-paralelo.

Os conversores CA - CC estáticos consistem basicamente de duas pontes retificadoras controladas, que convertem a corrente alternada fornecida pela rede de energia elétrica em corrente contínua. O valor médio da tensão contínua retificada deve variar de um valor mínimo até um valor máximo conforme a necessidade do circuito de controle. O campo e a armadura do motor CC são alimentados independentemente pelos circuitos retificadores possibilitando a ação de controle sobre a rotação e torque do motor.

O principal objetivo de um conversor CA/CC como um todo é regular a velocidade de um motor CC, tornando-o insensível a variações de carga. Para garantir esta operação deve-se aplicar um sistema de controle em malha fechada.

O sinal de referência de velocidade é feito através de um nível de tensão contínua de (0...10V) ou corrente (4...20mA) que representará uma determinada velocidade no eixo do motor. Para garantir uma alta precisão é necessário o uso de um sensor de velocidade (ex. tacogerador ou encoder) no eixo do motor para fins de realimentação de velocidade. Em aplicações menos críticas pode-se dispensar o uso do transdutor realimentando-se para o comando eletrônico a própria tensão de armadura. Neste caso costuma-se compensar através de ajuste proporcional a corrente de armadura e a queda na resistência de armadura. 

Aula 38 - CI de controle de fase TCA785

O circuito integrado TCA785 da Siemens é projetado para fazer o controle de Tiristores, Triacs e transistores em circuitos de alta potência. Os pulsos de disparo podem ser deslocados em ângulos de fase de 0 a 180 graus o que garante uma faixa total de controle em circuitos AC. Dentre as principais aplicações sugeridas pelo fabricante temos conversores, controles de potência AC, controles de potência trifásicos, etc. 

O circuito integrado TCA785 é fornecido em invólucro DIP de 16 pinos e seus destaques funcionais são: circuito de reconhecimento de passagem por zero e fornece uma corrente de saída de até 250 mA. A identificação dos pinos e mostrado a seguir.

O diagrama de blocos do TCA785 é mostrado na figura 2. O sinal de sincronização é obtido através de uma resistência ohmica de alto valor a partir da linha de alimentação. Um detector de passagem por zero transfere esse sinal para um registrador de sincronização. 

O registrador de sincronização controla um gerador de rampa. Neste registrador o capacitor C10 carrega-se com uma corrente constante (determinada por R9). Se a tensão da rampa V10 excede a tensão de controle V11, um sinal é processado pela lógica interna. Dependendo da tensão de controle V11 o ângulo de disparo pode ser deslocado numa faixa de 0 a 180 graus.

Para cada meio ciclo, um pulso positivo de aproximadamente 30 us de duração aparece nas saídas Q1 e Q2. A duração do pulso pode ser prolongada até 180 graus por meio do capacitor C12. Se o pino 12 for conectado à terra. teremos pulsos com duração entre o ângulo de disparo e 180 graus.

As saídas Q1\ e Q2\ fornecem pulsos invertidos em relação a Q1 e Q2.

Um sinal com o ângulo de disparo mais 180 graus, que pode ser usado para controle de lógica externa, é disponível no pino 3. Um sinal que corresponde ao link NOR entre Q1 e Q2 é disponível na saída QZ que corresponde ao pino 7.

A entrada de inibição (pino 6) pode ser usada para desabilitar as saídas Q1 e Q2 assim como as complementares.

O pino 13 pode ser usado para estender os pulsos das saídas Q1\ e Q2\ para um pulso completo cujo comprimento é a diferença entre 180 graus e o ângulo de disparo.

Os circuitos práticos que fornecemos a seguir foram desenvolvidos pela própria Siemens constando do folheto de dados do TCA785. Controle de Triac para correntes de disparo (comporta) até 50 mA.

Na figura temos um circuito de controle de fase que atua diretamente sobre a comporta de um Triac e que pode ser ajustado continuamente na faixa de 0 a 180 graus, por meio de um potenciômetro comum de 10 k.

Este circuito pode ser usado, por exemplo, para controlar a temperatura linearmente de um chuveiro elétrico, aquecedor de ambiente ou para controlar o brilho de um sistema de lâmpadas incandescentes de alta potência (dimmer).

Uma característica interessante deste projeto é que mesmo durante o semiciclo negativo da alimentação, o triac recebe um pulso de disparo positivo pelo pino 14, o que permite ao controle ter o funcionamento em onda completa mesmo sem um sistema retificador para isso que atue sobre o controle. A largura dos pulsos de disparo é de aproximadamente 100 us.

Aula 37 - Chave Controlada de Silício

A Chave Controlada de Silício ( SCS de Switch Silicon-Controlled) é uma semicondutor similar ao circuito de um SCR onde é adicionado outro terminal externo, ligado à base do transistor doe topo e o colector do transistor inferior, temos um dispositivo conhecido como um interruptor de silício controlado, ou SCS.

Este terminal extra permite um controle para desligar o dispositivo, quando a corrente principal através do dispositivo não tenha ainda descido abaixo do valor corrente de retenção. O Gate Ânodo é o terminal usado para desligar Chave Controlada de Silício. O Gate Cathodo é o terminal usado para ligar Chave Controlada de Silício.  Por conseguinte, o motor não pode estar em série com o ânodo.

Quando o botão "on" é atuado, a voltagem aplicada entre o Gate Catodo polariza a junção base-emissor, e o SCS irá ligar. O transistor de topo do SCS está pronto para conduzir, após ter sido fornecido com um caminho para fluir corrente a partir do seu terminal emissor (terminal anodo do SCS) através da resistência R2 para o polo positivo da fonte de alimentação. Tal como no caso do SCR, ambos os transistores ligam e mantém no modo ligado (auto polarização). Quando o transistor inferior liga, ele conduz uma corrente de carga do motor, e o motor começa a girar. 

O motor poderá ser parado através da interrupção do fornecimento de energia, como acontece com um SCR, e isto chama-se a comutação natural. No entanto, a SCS nos fornece outra forma de desligar: comutação forçada por curto-circuito no terminal anodo para o catodo. Isto é feito acionando o botão "off". O transistor superior dentro dos SCS irá perder a sua corrente de emissor, assim, travar a corrente através da base do transistor inferior. Quando o menor transistor desliga, ele quebra o circuito de base de corrente através do transistor superior e o motor para. Os SCS permanecerá na condição desligado até ao momento em que o botão "on" é acionado novamente.

A Chave Controlada de Silício, ou SCS, é essencialmente um SCR com um terminal de porta suplementar.

Tipicamente, a corrente de carga através de um servidor SCS é transportado pelos terminais Gate Anodo e Cátodo, o terminal Gate Cátodo e Ânodo são terminais de controle com baixa corrente. O SCS é ligado através da aplicação de uma tensão positiva entre o Gate cátodo e o terminal de Cátodo. Ela pode ser desligado (comutação forçada) pela aplicação de uma voltagem negativa entre o ânodo e o cátodo ou, simplesmente, por curto-circuito os dois terminais em conjunto. O terminal do ânodo deve ser mantido positivo em relação ao Cátodo, a fim de o SCS manter a condução.








© Direitos de autor. 2014: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/08/2014

Aula 36 - Triac Óptico

O Triac Óptico é construído em um circuito integrado onde a parte do disparo ocorre em corrente contínua através de um led que controla um Triac que dispara através da luz. Os materiais utilizados no fabricação de SCRs e Triacs, como qualquer outro dispositivo semicondutor, são sensíveis à luz.

Sua condução é alterada pela presença de luz, é por isso que eles são normalmente encapsulados em plástico preto. No entanto, se um LED é incluída no interior do encapsulamento, é possível ligar o dispositivo de saída de alta tensão, em resposta a uma entrada de sinal elétrico muito pequena através do LED.

Este é o princípio usado na Opto-Triacs e Opto-SCRs, que estão disponíveis em circuito integrado (IC) a construção do circuito torna muito mais simples. Basta fornecer um pequeno impulso, na hora certa para poder disparar o Triac. A principal vantagem destes dispositivos opticamente ativados é a excelente isolamento entre o circuito de baixa potência e alta potência, (tipicamente vários milhares de volts). Isto proporciona isolamento seguro entre a entrada de baixa tensão e a saída de alta tensão.



© Direitos de autor. 2014: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/12/2014