Eletrônica Industrial - Cledione Junqueira de Abreu

Cledione Junqueira de Abreu Eletrônica Industrial 2016 by Universidade de Uberaba Todos os direitos reservados Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida ou transmitida de qualquer modo ou por qualquer outro meio eletrônico ou mecânico incluindo fotocópia gravação ou qualquer outro tipo de sistema de armazenamento e transmissão de informação sem prévia autorização por escrito da Universidade de Uberaba Universidade de Uberaba Reitor Marcelo Palmério PróReitor de Educação a Distância Fernando César Marra e Silva Editoração Produção de Materiais Didáticos Capa Toninho Cartoon Edição Universidade de Uberaba Av Nenê Sabino 1801 Bairro Universitário Catalogação elaborada pelo Setor de Referência da Biblioteca Central UNIUBE Cledione Junqueira de Abreu Sou a professora Cledione Junqueira de Abreu graduada em 2004 em Engenharia Elétrica com ênfase em Eletrônica e Telecomuni cações pela Uniderp pósgraduada em Psicopedagogia Clínica e Institucional pela Unaes com formação em 2008 pósgraduanda em Engenharia de Segurança do Trabalho pela Unilins e Gestão Empresarial pelo Unicesumar Sobre os autores Sumário Capítulo 1 Semicondutores 9 11 Conceito de semicondutor 10 111 Rede Cristalina 11 112 Dopagem 13 113 Diodo de Junção PN 14 114 Polarização Inversa 14 115 Polarização Direta 15 116 Transformador 17 Capítulo 2 Circuitos Retificadores Trifásicos 21 21 Circuitos Retificadores 22 211 Retificador 23 212 Circuito Retificador de meia onda 23 213 Circuito Retificador de onda Completa com Derivação Central 27 214 Circuito Retificador de Onda Completa em Ponte 32 Capítulo 3 Fator de Potência e Acopladores Ópticos 39 31 Fator De Potência 41 311 Ampliando os conhecimentos 42 312 Acopladores Ópticos 53 Capítulo 4 Transistor Bipolar 55 41 Transistor Bipolar 57 411 Tensões e Correntes nos Transistores NPN e PNP 60 412 Classificação dos Transistores 61 414 Transistor como chave 67 413 Configurações dos transistores 62 415 Polarização de Transistores 69 416 Circuito de polarização com corrente de base constante 72 417 Influência da temperatura 74 418 Circuito de Polarização com corrente de Emissor constante 74 419 Circuito de Polarização com Divisor de Tensão 76 Capítulo 5 Tiristor SCR 81 51 O Tiristor 83 511 Circuitos para comando de disparo e desligamento de tiristores 91 512 Redes Amaciadoras 96 Capítulo 6 Fontes Chaveadas 101 61 Fontes Chaveadas 103 611 Fontes Lineares 105 612 Chaveadas ou Comutadas 106 Capítulo 7 Inversor de Frequência 115 71 Inversor de Frequência 116 711 Funcionamento do Inversor de Frequência 119 712 Blocos constituintes do inversor 120 713 Parametrização 123 Capítulo 8 Conversores ACDC e DCDC Choppers 129 81 Conversores DCDC CHOPPERS 130 811 Chopper stepdown buck 131 812 Chopper stepup boost 133 813 Chopper buckboost 135 Prezadoa Alunoa Estamos iniciando a disciplina de Eletrônica Industrial Este material está dividido em 8 capítulos nos quais trataremos de assuntos relacionados a procedimentos e conceitos de projetos eletrônicos industriais No capítulo I começamos os estudos de Eletrônica Industrial Conceituaremos Fundamentos de Eletrônica em que temos como componentes principais os Semicondutores assim discutiremos suas definições características e aplicações também abordaremos dicas de estudos sobre esses componentes Na sequência estudaremos o conceito de transformador e suas aplicações quanto à relação tensão elétrica corrente elétrica e quantidade de espiras no primário e no secundário do equipamento No capítulo II serão abordados os circuitos retificadores trifásicos sua aplicação e importância Classificaremos os tipos de circuitos retificadores que são circuito retificador meia onda circuito retificador de onda completa com derivação central e circuito retificador de onda completa em ponte Trataremos de identificar suas formas de ondas considerando tensão corrente e comportamento do diodo No capítulo III estudaremos o Fator de Potência situação que em uma indústria deve ser considerada como fundamental pois estando adequada boa parte dos problemas com utilização de energia estará resolvida mas se não estiver bem dimensionada pode ser considerado um grande problema e com isso atrapalhar o bom funcionamento da indústria no que se refere ao consumo de energia Outro fator é a falta de cumprimento da resolução da ANEEL n 418 de 2010 que pode Apresentação gerar multas muito altas Na segunda situação falaremos de Acopladores ópticos e suas aplicações em diodos especiais Transistor bipolar que são componentes semicondutores de grande importância no mundo da eletrônica é o assunto do capítulo IV É ele que compõe os processadores dos computadores que usamos no cotidiano ou em qualquer outra unidade de processamento No capítulo V estudaremos tiristores discutindo suas características funcionamentos e propriedades comuns para utilizar com qualidade esse componente bastante importante na Eletrônica Industrial No capítulo VI estudaremos as Fontes Chaveadas e para entender o que são não há necessidade de transformadores volumosos e pesados O uso de transformadores com núcleos de ferrite operação em frequência fixa e não isolamento da rede de parte de seu circuito limita seu uso a esse tipo de aplicação Vamos tratar dessas fontes mostrando quais são suas vantagens e onde são utilizadas Também teremos alguns projetos práticos Estudaremos no capítulo VII o Inversor de Frequência mostrando que é um dispositivo eletrônico que converte a tensão da rede alternada senoidal em tensão contínua e finalmente converte essa última em uma tensão de amplitude e frequência variáveis Com a utilização do inversor podese alimentar um MIT Motores de Indução Trifásica com tensões trifásicas e com frequências variáveis ainda que se utilize alimentação monofásica Para realizar um determinado acionamento é necessário o conhecimento dos principais parâmetros de um inversor de frequência Uma vez corretamente parametrizado o inversor de frequência está apto a entrar em operação Por fim veremos alguns cuidados na instalação escolha e dimensionamento de inversores de frequência No capítulo VIII estudaremos os conversores ACDC ou seja vamos adquirir sinal de corrente contínua a partir da corrente alternada assim como falaremos de conversores DCDC também conhecidos como chopper em que o sinal será convertido de corrente contínua variável para corrente contínua constante Cledione Junqueira de Abreu Introdução Semicondutores Capítulo 1 Estamos começando o capítulo I no qual iniciaremos os estudos de Eletrônica Industrial Lembraremos conceitos de Eletrônica analógica como Semicondutores suas definições características e aplicações Neste capítulo abordaremos os conceitos de semicondutores tipos de junções que são PN e NP dos diodos representação da rede cristalina tanto de forma plana como tridimensional Na sequência falaremos de dopagem e como sugestão um vídeo sobre esse processo É possível dizer que os diodos por terem como principal função direcionar o sentido da corrente têm polarização e é a partir daí que iremos estudar os tipos de polarização direta e reversa Para finalizar relembraremos os conceitos de transformador suas características e aplicações além da sua particularidade que é entender quando um transformador ou para os mais próximos Trafo pode ser considerado abaixador ou elevador Então vamos começar a Eletrônica Industrial relembrando semicondutores e suas particularidades Preparadoa Bons estudos 10 UNIUBE Revisar conceitos de semicondutores para aplicação na Eletrônica Industrial Definir os conceitos de diodos tipo N e tipo P dopagem e junção Aplicar as definições de semicondutores quanto as suas ligações tetravalentes Conhecer as redes cristalinas utilizar essas informações para dopagem e junção PN e NP Conceituar transformador e os transformadores abaixadores e elevadores e aplicações Rede Cristalina Dopagem Diodo de Junção PN Polarização Inversa Polarização Direta Transformador Objetivos Esquema Conceito de semicondutor 11 Materiais para a ciência e a tecnologia estão ligados às áreas de engenharia e ciência sendo elas física metalúrgica química ele tricidade e mecânica Alguns desses materiais apresentam proprie dades que não podem ser classificadas como condutores ou como isolantes Esses materiais são denominados semicondutores UNIUBE 11 Todos os elementos químicos são constituídos de átomos sendo que os que compõem os materiais semicondutores apresentam na sua camada de valência 4 elétrons átomos tetravalentes Da família desses materiais os mais comuns são Silício Si e Germânio Ge Figura 01 Materiais Semicondutores Fonte Wendling 2011 p 2 111 Rede Cristalina Átomos com 4 elétrons na última camada de valência têm a ten dência de se arranjarem formando uma estrutura ou rede crista lina com átomos vizinhos compartilhando seus elétrons o que é conhecido como ligação covalente Figura 02 Elementos Tetravalentes Fonte Wendling 2011 p 2 12 UNIUBE Figura 03 Ligação Covalente Fonte Wendling 2011 p 3 Figura 04 Representação plana de uma rede cristalina de átomos tetravalentes Fonte Wendling 2011 p 3 UNIUBE 13 Figura 05 Representação tridimensional de uma rede cristalina de átomos tetravalentes Fonte Wendling 2011 p 3 112 Dopagem Consiste em um processo químico em que átomos estranhos são introduzidos na estrutura cristalina de uma substância A dopagem é realizada em um cristal semicondutor para alterar suas proprie dades elétricas Os materiais semicondutores são divididos em 2 tipos Tipo N negativo e Tipo P positivo e sua principal caracte rística são as impurezas introduzidas na rede SAIBA MAIS O processo de dopagem é bastante simples mas para ficar mais claro o que significa a dopagem assista ao vídeo disponível em httpswwwyoutubecomwatchvO7rcD0lR9k 14 UNIUBE 113 Diodo de Junção PN É um componente eletrônico que direciona a corrente elétrica a corrente tem apenas um sentido de passagem Seu funcionamen to impede o retorno do fluxo de corrente no circuito quando há in versão da tensão Quando juntase os dois tipos de materiais semicondutores é for mada a junção conhecida como PN em especial o silício sendo que os tipos N e P que fazem a troca de elétrons enquanto um retira o outro coloca elétrons nos materiais semicondutores Cada material P ou N representa então um terminal do diodo sendo chamado de anodo e catodo respectivamente A junção e o ponto de ligação entre os materiais do tipo P e do tipo N estão represen tados na figura a seguir Figura 06 Junção PN Fonte Melo sd p 1 114 Polarização Inversa A polarização inversa acontece quando a junção PN está inverti da portanto não há corrente elétrica no circuito e o diodo funciona como um circuito aberto Teoricamente existe a chamada Corrente Reversa porém como é muito pequena é considerada desprezí vel A figura a seguir mostra um circuito contendo uma junção PN polarizada de forma reversa UNIUBE 15 Figura 07 Polarização Reversa Fonte Melo sd p 1 115 Polarização Direta Há sentido da polarização portanto há fluxo de corrente então como princípio de funcionamento o diodo funciona como uma cha ve fechada permitindo a passagem da corrente elétrica Os dio dos considerados ideais entram em condução então podemos considerálos uma chave fechada e dessa forma a diferença de potencial ddp em seus terminais será zero Porém no caso do modelo real quando um diodo entra em condução aparece uma pequena ddp em seus terminais sendo 07 V para os diodos de silício e 03 V para diodos de germânio Essa ddp é praticamente constante para qualquer valor de corrente após o diodo ter entrado em condução 16 UNIUBE Figura 08 Polarização Direta Fonte Melo sd p 2 A representação do sentido da corrente elétrica através do diodo sentido convencional e seu símbolo seta que representa o sen tido da corrente no diodo quando polarizado diretamente está na seguinte figura Figura 09 Sentido convencional da corrente Fonte Melo sd p 2 UNIUBE 17 116 Transformador O funcionamento do transformador se baseia no princípio da indu ção eletromagnética e tem as seguintes etapas 1 O enrolamento do primário N1 funciona com corrente alter nada I1 2 Há fluxo magnético variável que corta as espiras do enrola mento do secundário N2 3 Produzse uma força eletromotriz fem no secundário do transformador Figura 10 Representação do transformador Fonte Melo sd p 4 O objetivo do transformador é transferir a potência do primário para a potência do secundário portanto podemos definir que 18 UNIUBE Podendo assim escrever a seguinte relação Outra forma de demonstrar é que essa relação entre as espiras do primário e secundário estão para a relação entre as tensões no primário e no secundário do transformador ou seja A relação é chamada de relação de espiras do transformador é um abaixador pois V2 V1 e se é um transforma dor elevador pois V2 V1 PARADA OBRIGATÓRIA Ao aplicarse 220V a 500 espiras do primário de um trans formador obtevese no secundário 150V Calcule a O número de espiras do secundário b A tensão que se obteria no secundário se os mesmos 220V fossem aplicados no primário mas apenas a 400 espiras c A tensão que se obteria no secundário se os mesmos 220V fossem aplicados no primário mas agora a 600 espiras UNIUBE 19 Resolução Dados V1 220V N1 500 espiras V2 150V a N2 b V2 se N1 400 espiras c V2 se N1 600 espiras 20 UNIUBE 117 Considerações Finais Caroa alunoa Encerramos assim o estudo de semicondutores em que as pro priedades desses materiais têm o número de elétrons ou lacunas em um semicondutor e cresce com o aumento do número de áto mos de impurezas introduzidas no cristal Com o aumento do número de portadores de carga aumentase a condutividade elétrica do material Dessa forma tornase pos sível alterar de forma controlada a condutividade elétrica de um semicondutor efetuandose a dosagem adequada da quantidade de dopagem do cristal durante a etapa de fabricação Essa característica de controle externo de condutividade possibilita o uso de cristais semicondutores como matéria prima na fabricação de componentes eletrônicos como diodos transistores e circuitos integrados Falamos também sobre os estudos das junções des ses materiais tipo N e tipo P na busca de componentes eletrônicos com comportamentos distintos Finalizamos com o conceito de transformador suas aplicações e a diferença dos transformadores elevadores e abaixadores Bons estudos Cledione Junqueira de Abreu Introdução Circuitos Retificadores Trifásicos Capítulo 2 Estamos começando o capítulo II no qual estudaremos os circuitos retificadores trifásicos sua aplicação e importância Vamos começar entendendo o que são circuitos retificadores quais suas características e na sequência as aplicações de seus tipos que são I Circuito Retificador meia onda em que há a explicação de um exemplo escrito e como sugestão um vídeo com mais detalhes II Circuito Retificador de onda completa com derivação central também apresentaremos exemplo escrito e um vídeo explicativo incluindo informações sobre Center Tape CT III Circuito Retificador de onda completa em ponte com um exemplo escrito e uma sugestão de vídeo explicando a funcionalidade de circuito Não podemos deixar de identificar as formas de ondas dos circuitos retificadores considerando tensão corrente e diodo Preparado para mais este desafio Bons estudos Conceituar circuito retificador identificando suas características Identificar e analisar o circuito retificador de meia onda e interpretálo considerando tensão corrente cargas e sua representação gráfica Identificar e analisar o circuito retificador de onda completa com derivação central e interpretálo considerando tensão corrente cargas e sua representação gráfica Identificar e analisar o circuito retificador de onda completa em ponte e interpretálo considerando tensão corrente cargas e sua representação gráfica Retificador Circuito Retificador de Meia Onda Circuito Retificador de Onda Completa com Derivação Central Circuito Retificador de Onda Completa em Ponte Objetivos Esquema Circuitos Retificadores 21 Os circuitos retificadores são circuitos elétricos utilizados em sua maioria para a conversão de tensões alternadas em contínuas utilizando para isso o processo da conversão de elementos semi condutores tais como os diodos e os tiristores UNIUBE 23 211 Retificador A utilização da palavra retificador referese a todo circuito que transforma Corrente Alternada CA em Corrente Contínua CC e faz que a corrente circule em um único sentido na carga 212 Circuito Retificador de meia onda O circuito retificador de meia onda funciona apenas no semiciclo positivo pois com a utilização de um diodo a corrente percorre apenas em um semiciclo e quando estiver no semiciclo negativo a passagem de corrente corta A seguir a figura mostra um circuito retificador de meia onda Figura 11 Circuito retificador de meia onda Fonte Melo sd p 4 Já a figura seguinte mostra as formas de onda em cada elemento 24 UNIUBE Figura 12 Representação gráfica do circuito retificador de meia onda Fonte Melo sd p 6 SINTETIZANDO As técnicas avançadas para determinar as características dos dio dos são Tensão de pico no secundário Tensão eficaz no secundário Tensão de pico na carga Tensão eficaz na carga Tensão média Corrente de pico na carga UNIUBE 25 Corrente eficaz na carga Corrente média PARADA OBRIGATÓRIA Um transformador com tensão no secundário de 12V está ligado a um retificador de meia onda de 10Ω considerando 07V obtenha a Tensão média na carga b Corrente média na carga c Formas de onda Resolução Dados V2rms 12V R 10Ω VD 07V a VM 26 UNIUBE b IM IM fracVMR IM 518 IM 10 IM 0518A IM 518mA c V2 graph V1 graph VD graph UNIUBE 27 SAIBA MAIS Para entender mais a teoria de circuito retificador de meia onda assis ta ao vídeo httpswwwyoutubecomwatchvhzkLH8JAnA4 213 Circuito Retificador de onda Completa com Derivação Central O circuito retificador de onda completa com derivação central fun ciona nos semiciclos positivo e negativo pois com a utilização de dois diodos a corrente percorre ora o semiciclo positivo ora o se miciclo negativo A seguir a figura mostra um circuito retificador de onda completa com derivação central ou center tape CT Figura 13 Circuito Retificador de onda completa com derivação central Fonte Melo sd p 6 Nas figuras seguintes estão representadas as conduções de dio dos em que ON quer dizer que o diodo está conduzindo e OFF que o diodo não está conduzindo 28 UNIUBE Figura 14 Condução dos diodos ON e OFF no Circuito Retificador de onda completa com derivação central Fonte Melo sd p 6 UNIUBE 29 Figura 15 Representação gráfica do circuito retifica dor de onda completa com derivação central Fonte Melo sd p 6 30 UNIUBE SINTETIZANDO Para esse circuito podemos escrever algumas expressões impor tantes para a determinação das características do nosso diodo Muitas delas serão simplesmente apresentadas e não demons tradas pois suas demonstrações necessitam de técnicas matemá ticas mais avançadas As expressões são Tensão de pico no secundário Tensão eficaz no secundário Tensão de pico na carga Tensão eficaz na carga Tensão média Corrente de pico na carga Corrente eficaz na carga Corrente média PARADA OBRIGATÓRIA A figura mostra um transformador com derivação central e tensão total no secundário de 4Vrms ligado a um retificador de onda completa com uma carga de 10Ω Considerando o VD 07V determine a Tensão média b Corrente média c Formas de onda na carga e no diodo UNIUBE 31 Resolução Dados V2rms 4V R 10Ω VD 07V a VM b IM 32 UNIUBE c SAIBA MAIS Vamos entender melhor o circuito retificador de onda completa com derivação central Veja o vídeo disponível em httpswwwyoutu becomwatchvow69xbz1yc 214 Circuito Retificador de Onda Completa em Ponte O circuito retificador de onda completa em ponte funciona nos se miciclos positivo e negativo pois com a utilização de 4 diodos a corrente percorre ora o semiciclo positivo com 2 diodos ora o se miciclo negativo com 2 diodos A seguir a figura mostra um circuito retificador de meia onda UNIUBE 33 Figura 16 Circuito Retificador de onda completa em ponte Fonte Melo sd p 7 Na figura 17 temos a sequência de condução dos diodos Figura 17 Condução do Circuito Retificador de onda completa em ponte Fonte Melo sd p 7 34 UNIUBE Na figura a seguir há as principais formas de onda no circuito Observe que nesse circuito o diodo não possui mais como tensão reversa 2Vmax e sim a metade desse valor em alguns casos é essencial essa situação pois quanto maior a tensão reversa do diodo mais oneroso pode se tornar o circuito Figura 18 Representação gráfica do circuito retificador de onda completa em ponte Fonte Melo sd p 7 UNIUBE 35 SINTETIZANDO Para esse circuito podemos escrever algumas expressões impor tantes para a determinação das características do nosso diodo Muitas delas serão simplesmente apresentadas e não demons tradas pois suas demonstrações necessitam de técnicas matemá ticas mais avançadas As expressões são Tensão de pico no secundário Tensão eficaz no secundário Tensão de pico na carga Tensão eficaz na carga Tensão média Corrente de pico na carga Corrente eficaz na carga Corrente média PARADA OBRIGATÓRIA A figura mostra um transformador com tensão no secundário de 25Vrms ligado a um retificador de onda completa em ponte com uma carga de 10Ω Determine a Tensão média b Corrente média c Formas de onda na carga e no diodo 36 UNIUBE Resolução Dados V2rms 25V R 10Ω VD 07V a VM b IM UNIUBE 37 c SAIBA MAIS Vamos entender o circuito retificador de onda completa em pon te Assista ao vídeo disponível em httpswwwyoutubecom watchvRGZ32N9uQI0 38 UNIUBE 215 Considerações Finais Caroa alunoa Concluímos este capítulo de Circuitos Retificadores Trifásicos que foi baseado nas definições e nos conceitos de circuitos retificado res de meia onda circuitos retificadores de onda completa com derivação central center tape e circuitos retificadores de onda completa em ponte Consideraramse as representações em circuitos formas de con dução e formas de ondas em que deve existir tensão de pico ten são média corrente de pico e corrente média Como sugestão para melhor compreender esses conceitos no Sintetizando foram resolvidos exemplos e representação das for mas de ondas de cada tipo de circuito retificador como também no Saiba Mais há vídeos como sugestão de estudos de circuitos retificadores e suas características Bons estudos Cledione Junqueira de Abreu Introdução Fator de Potência e Acopladores Ópticos Capítulo 3 Estamos começando o capítulo III no qual abordaremos duas situações bastante utilizadas em Eletrônica Industrial Na primeira parte falaremos sobre Fator de Potência situação que em uma indústria deve ser considerada fundamental pois estando adequada boa parte dos problemas com a utilização de energia estará resolvida mas se não estiver bem dimensionada pode ser considerado um grande problema que precisa ser solucionado o mais rápido possível tanto para o consumo de energia quanto para a falta de cumprimento da resolução da ANEEL n 418 de 2010 que pode gerar multas muito altas Na segunda parte o assunto central são os Acopladores ópticos e suas aplicações em diodos especiais Vamos começar os estudos Preparese para conceitos novos e antigos como teorias de equipamentos eletrônicos e trigonometria Bons estudos Conhecer e analisar as potências relacionadas à Eletrônica Industrial quanto à utilização do fator de potência Descrever as potências Ativa Reativa e Aparente relacionandoas para identificar o fator de potência ideal ou próximo do ideal para obter sistema de qualidade Conhecer e analisar os acopladores ópticos e sua utilização na Eletrônica de potência FATOR DE POTÊNCIA Principais Causas do Baixo Fator Potência Como melhorar o Fator de Potência Bons resultados de um alto Fator de Potência ACOPLADORES ÓPTICOS Objetivos Esquema UNIUBE 41 Fator De Potência 31 Equipamentos como motores transformadores e demais unida des consumidoras que funcionam à base de energia elétrica na verdade utilizam duas formas de energia energia ativa e energia reativa Sendo a energia aparente a soma das duas conforme re presentado a seguir Figura 18 Relação Energia Ativa e Energia Reativa Fonte Energia sd A energia ativa medida em kWh é a energia física ou seja o que realiza trabalho efetivo e realmente existe fazendo motores e transformadores funcionarem A energia reativa medida em kVArh não realiza trabalho efetivo mas é consumida na geração do cam po eletromagnético responsável pelo funcionamento de motores transformadores e geradores A soma dessas duas energias é co nhecida como energia aparente ou energia total cuja unidade de medida é o kVA 42 UNIUBE Figura 19 Potência Aparente kVA Fonte o autor A relação entre a energia ativa e a energia aparente ou total é co nhecida como Fator de Potência A legislação Resolução ANEEL nº 4142010 determina que o Fator de Potência deva ser mantido o mais próximo possível da unidade mas permite um valor mínimo de 092 311 Ampliando os conhecimentos Art 95 O fator de potência de referência fR indutivo ou capaciti vo tem como limite mínimo permitido para as unidades consumi doras do grupo A o valor de 092 Parágrafo único Aos montantes de energia elétrica e demanda de potência reativos que excederem o limite permitido aplicamse as cobranças estabelecidas nos Arts 96 e 97 a serem adicionadas ao faturamento regular de unidades consumidoras do grupo A incluí das aquelas que optarem por faturamento com aplicação da tarifa UNIUBE 43 do grupo B nos termos do art 100 Redação dada pela Resolução Normativa ANEEL nº 569 de 23072013 Art 96 Para unidade consumidora que possua equipamento de medição apropriado incluída aquela cujo titular tenha celebrado o CUSD os valores correspondentes à energia elétrica e deman da de potência reativas excedentes são apurados conforme as se guintes equações Redação dada pela Resolução Normativa ANEEL nº 418 de 23112010 Em que ERE valor correspondente à energia elétrica reativa excedente à quantidade permitida pelo fator de potência de referência fR no período de faturamento em Reais R EEAMT montante de energia elétrica ativa medida em cada in tervalo T de 1 uma hora durante o período de faturamento em megawatthora MWh fR fator de potência de referência igual a 092 fT fator de potência da unidade consumidora calculado em cada intervalo T de 1 uma hora durante o período de faturamento observadas as definições dispostas nos incisos I e II do 1o deste artigo 44 UNIUBE VRERE valor de referência equivalente à tarifa de energia TE da bandeira verde aplicável ao subgrupo B1 em Reais por me gawatthora RMWh Redação dada pela Resolução Normativa ANEEL nº 547 de 16042013 DREp valor por posto tarifário p correspondente à demanda de potência reativa excedente à quantidade permitida pelo fator de potência de referência fR no período de faturamento em Reais R Redação dada pela Resolução Normativa ANEEL nº 479 de 03042012 PAMT demanda de potência ativa medida no intervalo de integra lização de 1 uma hora T durante o período de faturamento em quilowatt kW PAFp demanda de potência ativa faturável em cada posto tari fário p no período de faturamento em quilowatt kW VRDRE valor de referência em Reais por quilowatt RkW equi valente às tarifas de demanda de potência para o posto tarifá rio fora de ponta das tarifas de fornecimento aplicáveis aos sub grupos do grupo A para a modalidade tarifária horária azul e das TUSDConsumidoresLivres conforme esteja em vigor o Contrato de Fornecimento ou o CUSD respectivamente MAX função que identifica o valor máximo da equação dentro dos parênteses correspondentes em cada posto tarifário p Redação dada pela Resolução Normativa ANEEL nº 479 de 03042012 T indica intervalo de 1 uma hora no período de faturamento p indica posto tarifário ponta ou fora de ponta para as modalida des tarifárias horárias ou período de faturamento para a modalida de tarifária convencional binômia UNIUBE 45 n1 número de intervalos de integralização T do período de fatu ramento para os postos tarifários ponta e fora de ponta e n2 número de intervalos de integralização T por posto tarifário p no período de faturamento Redação dada pela Resolução Normativa ANEEL nº 479 de 03042012 1o Para a apuração do ERE e DREp devese considerar I o período de 6 seis horas consecutivas compreendido a crité rio da distribuidora entre 23h 30min e 6h 30min apenas os fatores de potência fT inferiores a 092 capacitivo verificados em cada intervalo de 1 uma hora T e II o período diário complementar ao definido no inciso I apenas os fatores de potência fT inferiores a 092 indutivo verificados em cada intervalo de 1 uma hora T 2o O período de 6 seis horas definido no inciso I do 1o deve ser informado pela distribuidora aos respectivos consumidores com antecedência mínima de 1 um ciclo completo de faturamento 3o Na cobrança da demanda de potência reativa excedente quando o VRDRE for nulo a distribuidora deve utilizar valor corres pondente ao nível de tensão imediatamente inferior Redação dada pela Resolução Normativa ANEEL nº 418 de 23112010 46 UNIUBE Art 97 Para unidade consumidora que não possua equipamento de medição que permita a aplicação das equações fixadas no art 96 os valores correspondentes à energia elétrica e demanda de potência reativas excedentes são apurados conforme as seguintes equações Em que ERE valor correspondente à energia elétrica reativa excedente à quantidade permitida pelo fator de potência de referência no perí odo de faturamento em Reais R EEAM montante de energia elétrica ativa medida durante o perí odo de faturamento em megawatthora MWh fR fator de potência de referência igual a 092 fM fator de potência indutivo médio da unidade consumidora cal culado para o período de faturamento VRERE valor de referência equivalente à tarifa de energia TE da bandeira verde aplicável ao subgrupo B1 em Reais por me gawatthora RMWh Redação dada pela Resolução Normativa ANEEL nº 547 de 16042013 DRE valor correspondente à demanda de potência reativa exce dente à quantidade permitida pelo fator de potência de referência no período de faturamento em Reais R UNIUBE 47 PAM demanda de potência ativa medida durante o período de faturamento em quilowatt kW PAF demanda de potência ativa faturável no período de fatura mento em quilowatt kW e VRDRE valor de referência em Reais por quilowatt RkW equi valente às tarifas de demanda de potência para o posto horário fora de ponta das tarifas de fornecimento aplicáveis aos subgru pos do grupo A para a modalidade tarifária horária azul Redação dada pela Resolução Normativa ANEEL nº 418 de 23112010 Se o Fator de Potência estiver abaixo desse mínimo a conta de ener gia elétrica sofrerá um ajuste em reais com base no seguinte cálculo IMPORTANTE De acordo com a Copel FATOR sd as principais causas do baixo fator de potência são 1 Transformadores operando a vazio ou subcarregados durante longos períodos de tempo 2 Motores operando em regime de baixo carregamento 3 tilização de grande número de motores de pequena potência 4 Instalação de lâmpadas de descarga fluorescentes de vapor de mercúrio e de vapor de sódio 5 Capacitores ligados nas instalações das unidades consumi doras horossazonais no período da madrugada 48 UNIUBE Conforme a Resolução nº 418 quando o fator de potência é um valor muito baixo ou seja menor do que 092 é necessário tomar providências para a sua correção sendo elas 1 Aumento das perdas elétricas internas da instalação 2 Queda de tensão na instalação 3 Redução do aproveitamento da capacidade dos transformadores 4 Condutores aquecidos PARADA OBRIGATÓRIA Segundo a Copel FATOR sd o baixo Fator de Potência pode ser corrigido com a O dimensionamento correto de motores e equipamentos b Seleção utilização e operação correta de motores e equipa mentos elétricos em geral c A utilização permanente de reatores de alto Fator de Potência d A instalação de capacitores ou banco de capacitores onde for necessário de preferência próximo da carga e A instalação de motores síncronos em paralelo com a carga UNIUBE 49 PARADA PARA REFLEXÃO Para a Copel FATOR sd os bons resultados de um alto fator de potência podem ser assim definidos 1 Desaparece o acréscimo cobrado nas contas de energia elétrica 2 Melhora o aproveitamento da energia elétrica para geração de trabalho útil 3 Diminuem as variações de tensão oscilações 4 Melhora o aproveitamento dos equipamentos com menos consumo 5 Aumenta a vida útil dos equipamentos 6 Os condutores tornamse menos aquecidos diminuindo as perdas de energia elétrica na instalação 7 Devido à liberação de carga a capacidade dos transformado res alcança melhor aproveitamento SINTETIZANDO O engenheiro eletricista de uma indústria de reciclagem de plásti co foi informado que a empresa está passando por problemas no consumo de energia já que há 3 meses as faturas constam baixo fator de potência sendo que já passou por comunicado da conces sionária quanto aos problemas e se esses se mantiverem será 50 UNIUBE cobrada multa conforme Resolução da ANEEL O engenheiro que entrou há pouco tempo na empresa e tem um vasto conhecimento em correção de fator de potência foi verificar o que estava aconte cendo e logo se deparou com os seguintes dados A carga instalada da empresa é de 75kW O fator de potência na última fatura foi de 082 Por meio de sua experiência o engenheiro se preocupou com as informações pois conforme a Resolução da ANEEL para que se tenha um bom funcionamento no consumo de energia elétrica é necessário que o fator de potência seja de 092 Vamos entender quais os cálculos que o engenheiro fez para corri gir o fator de potência e a indústria não precisar pagar multa Resolução Sabemos que E que Então UNIUBE 51 Para determinarmos a energia reativa devemos considerar Portanto Porém desejase um fator de potência de 092 e portanto é ne cessária a injeção de um determinado valor de potência reativa capacitiva negativa O novo triângulo de potência pode ser obtido da seguinte forma 52 UNIUBE E Então Para determinarmos a energia reativa devemos considerar Portanto É importante observar que a potência ativa P fica constante igual a 75kW A potência total do capacitor a ser instalador para a UNIUBE 53 compensação desejada será de 312 Acopladores Ópticos De acordo com Silva sd os acopladores ópticos também são conhecidos como fotoacopladores funcionam com o objetivo de isolar pulsos de disparo por meio de um led infravermelho e um fotodetector este podendo ser um transistor ou um tiristor SCR ou TRIAC O led e o fotodetector podem estar arranjados em um mesmo invólucro Na figura a seguir podese entender melhor o funcionamento Figura 20 a Transistor como Fotodetector b SCR como Fotodetector Fonte Silva sd A desvantagem de usar fotoacopladores com transistor é a neces sidade de uma fonte extra para polarizar o circuito coletor e for necer a corrente de disparo gate A seguir temos uma figura re presentando um fotoacoplador da Motorola MOC3011 para acionar uma carga resistiva via um TRIAC 54 UNIUBE Figura 21 Circuito Resistivo Fonte Silva sd O princípio de funcionamento é simples aciona o TRIAC Q1 assim o sistema digital deve fornecer nível lógico 1 à entrada de controle da porta NAND O pino 2 do MOC3011 vai para nível lógico 0 e o LED D2 fica polarizado diretamente disparando o fotodetector Q2 e como consequência o TRIAC Q1 313 Considerações Finais Caroa alunoa A Eletrônica Industrial abrange uma área muito importante e que deve ser sempre levada em consideração O dimensionamento do fator de potência além de equilibrar um valor para evitar multa é considerado para se ter equipamentos com qualidade sempre Na sequência em que falamos de acopladores ópticos foram apresen tados definição e modelos de sua utilização na eletrônica Bons estudos Cledione Junqueira de Abreu Introdução Transistor Bipolar Capítulo 4 Estamos começando o capítulo de transistor bipolar que são componentes semicondutores de grande importância no mundo da eletrônica São eles que compõem os processadores dos computadores que usamos no cotidiano ou em qualquer outra unidade de processamento Foi o componente que mais revolucionou a eletrônica e que permitiu um enorme salto evolutivo das nossas tecnologias como a substituição das válvulas pelos transistores sendo a primeira utilizada pera adequar os primeiros computadores mas com pouca velocidade Abordaremos o transístor bipolar um tipo de transístor que se aproveita dos elétrons livres e das lacunas existentes nas junções A palavra bipolar exprime exatamente duas polaridades Serão identificadas as principais características de um transístor e as suas correntes e tensões referenciando as diferenças entre cada uma delas Encerramos o capítulo com sugestão de um vídeo que explica com bastante clareza a junção de transistores PNP e NPN e suas particularidades Preparado para conhecer essa tecnologia muito comum em eletrônica e ao mesmo tempo muito moderna Identificar e analisar as características dos transistores bipolares quanto a sua junção NPN e PNP Conhecer os tipos de junções dos transistores e suas aplicações Apresentar suas características e particularidades Analisar os gráficos Ponto de Operação e Reta de Carga para entender qual a importância das polarizações base coletor e emissor e suas características TRANSISTOR BIPOLAR Características Construtivas Funcionamento Tensões e Correntes nos Transistores NPN e PNP Classificação dos Transistores Configurações dos Transistores Configuração BC Configuração CC Configuração EC Limites dos Transistores Transistor como chave Polarização dos transistores Circuito de Polarização com corrente de base constante Influência da temperatura Circuito de Polarização com corrente de emissor constante Circuito de polarização com divisor de tensão Objetivos Esquema UNIUBE 57 Transistor Bipolar 41 O transistor é montado em uma estrutura hermeticamente fechada em um encapsulamento plástico ou metálico de cristais semicondu tores constituído de duas camadas de cristais do mesmo material intercalando camadas de cristal opostas nas quais se controla a passagem de corrente entre as outras duas Cada camada recebe um nome em relação à sua função na operação do transistor NPN ou PNP as extremidades são chamadas de emissor e coletor e a camada central recebe o nome de base O principal objetivo do transistor é poder controlar a corrente A seguir representaremos duas possibilidades de implementação de transistores mostrando os aspectos construtivos simplificados e seus símbolos elétricos Figura 22 Transistor NPN Fonte Transistor sd p 2 58 UNIUBE Figura 23 Transistor PNP Fonte Transistor sd p 2 PARADA PARA REFLEXÃO Características Construtivas Emissor emite portadores de cargas dopado com um grande número de portadores de carga Base uma fina camada sua dopagem é considerada média e não consegue absorver todos os portadores do emissor Coletor coleta portadores de carga maior do que o coletor e o emissor e tem uma dopagem leve é responsável pela coleta de todos os portadores vindos do emissor IMPORTANTE Funcionamento Polarizando diretamente a junção baseemissor e inversamente a junção basecoletor a corrente de coletor IC passa a ser controla da pela corrente de base IB UNIUBE 59 Figura 24 Polarização de um transistor Fonte Transistor sd p 2 A corrente IC provoca o aumento da corrente IB e viceversa A rela ção entre a corrente do coletor e a corrente da base denominase ganho de corrente representado pelo símbolo β AMPLIANDO OS CONHECIMENTOS O início do conceito de dispositivos semicondutores vem desde 1948 na Bell Telephone quando um grupo de pesquisadores lide rado por Shockley apresentou um experimento que representava um dispositivo de material semicondutor com duas junções o qual ficou conhecido como Transistor As vantagens dos transistores sobre as substituídas válvulas são 1 O transistor é menor que a válvula 60 UNIUBE 2 Considerado mais leva 3 Não há necessidade de filamento 4 Resistividade maior 5 Dissipa menos potência portanto melhor qualidade 6 Não precisa aquecer para funcionar 7 As tensões de alimentação podem ser menores 411 Tensões e Correntes nos Transistores NPN e PNP Figura 25 Transistor NPN Fonte Transistor sd p 3 UNIUBE 61 Figura 26 Transistor PNP Fonte Transistor sd p 3 Aplicando as leis de Kirchhoff obtemos NPN PNP 412 Classificação dos Transistores Os primeiros transistores eram bem mais simples com a função de operar com correntes de baixa intensidade mas com o passar do tempo eles foram aperfeiçoados para atuarem também com correntes elevadas o mesmo acontecendo com as tensões e in clusive com a velocidade TRANSISTORES sd 62 UNIUBE DICAS Os transistores são classificados em grupos com características semelhantes que podem ser I Uso Geral pequenos sinais baixas frequências correntes IC en tre 20 e 500mA tensão máxima entre 10 e 80V frequência de tran sição entre 1Hz e 200Hz II Potência correntes elevadas baixas frequências correntes IC inferior a 15A tensão máxima entre 10 e 80V frequência de transi ção entre 100kHz e 40MHz uso de radiadores de calor III RF pequenos sinais correntes IC inferior a 200mA tensão má xima entre 10 e 30V frequência de transição em 15GHz 413 Configurações dos transistores Há três tipos de configurações básicas de transistores BC Base comum EC Emissor comum CC Coletor comum A palavra comum significa que a entrada e a saída do circuito têm terminais comuns UNIUBE 63 CONFIGURAÇÃO BC CC EC Ganho de Tensão Elevado Menor que 1 Elevado Ganho de corrente Menor que 1 Elevado Elevado Ganho de potência Intermediário Intermediário Elevado Impedância de Entrada Baixa Alta Baixa Impedância de saída Alta Baixa Alta Ocorre inversão de fase Não Não Sim Relação de ganho Não Figura 27 Configuração dos transistores Fonte Transistor sd p 5 64 UNIUBE Os circuitos transistorizados apresentam a configuração mais uti lizada pois assim podemos relacionar o valor constante de VCE e o valor de VBE consequentemente obter a corrente IB conforme o gráfico a seguir Figura 28 Configuração de entrada Fonte Transistor sd p 6 Controlase a corrente IB pela variação da tensão entre a base e o emissor obtendo assim uma corrente IB constante que varia a tensão VCE e que resulta na corrente IC UNIUBE 65 Figura 29 Configuração de saída Fonte Transistor sd p 6 Analisando a curva podemos considerar Corte Saturação e Dativa conforme estes resultados CORTE IC 0 SATURAÇÃO VCE 0 ATIVA região entre o corte e a saturação Para a configuração EC a relação entre a corrente de saída e a corrente de entrada determina o ganho de corrente denominado β ou hFE razão de transferência direta de corrente O ganho de corrente b não é constante valores típicos são de 50 a 900 66 UNIUBE IMPORTANTE Limites dos Transistores Os transistores têm suas limitações valores máximos de alguns parâmetros que devem ser respeitadas para evitar que eles se danifiquem Os manuais técnicos fornecem pelo menos quatro parâmetros que possuem valores máximos Tensão máxima de coletor VCEMAX Corrente máxima de coletor ICMAX Potência máxima de coletor PCMAX Tensão de ruptura das junções Na configuração EC PCMAX VCEMAXICMAX Exemplos de parâmetros de transistores comuns TIPO POLARIDADE VCEMAX V ICMAX A β BC 548 NPN 45 100 125 a 900 2N2222 NPN 30 800 100 a 300 TIP31A NPN 60 3000 20 a 50 2N3055 NPN 80 15000 20 a 50 BC559 PNP 30 200 125 a 900 BFX29 PNP 60 600 50 a 125 Fonte Transistor sd p 8 UNIUBE 67 414 Transistor como chave É o transistor nos seus estados de SATURAÇÃO e CORTE ele conduz totalmente as correntes entre emissor e coletor quando liga ou desliga sem conduzir corrente alguma A seguir está representado o circuito que descreve a seguinte fun ção ligando a chave S1 e fazendo circular uma corrente pela base do transistor ele satura e acende a lâmpada A resistência ligada à base é dimensionada de forma que a corrente multiplicada pelo ganho dê um valor maior que o necessário ao circuito do coletor no caso a lâmpada a b Figura 30 a Circuito utilizando um transistor b Circuito controlando um relé Fonte Transistor sd p 8 68 UNIUBE a b Figura 31 a Visão de um relé b Visão de um transistor Fonte Transistor sd p 8 É possível identificar duas tensões 1 A tensão positiva em um transistor NPN para que ele sature 2 A tensão negativa para o caso de transistores PNP Figura 32 Chave transistorizada com transistor PNP Fonte Transistor sd p 9 UNIUBE 69 415 Polarização de Transistores A Ponto de Operação Quiescente Os transistores são utilizados como elementos de controle ONOFF portanto o transistor deve estar polarizado corretamente Para a Polarização de um transistor é necessário fixálo em um ponto de operação em corrente contínua dentro de suas curvas característi cas Os pontos QA QB e QC caracterizam as três regiões QA Região ativa QB Região de saturação QC Região de corte IC IC MAX QB QA QC VCE MAX IB 0 IB MAX VCC Limite de Potência Máxima Figura 33 Ponto de Operação Quiescente Fonte Transistor sd p 10 B Reta de carga É a representação geométrica de todos os pontos de operação possíveis para uma determinada polarização 70 UNIUBE IC IC MAX IC CORTE Reta de Carga VCE CORTE VCE MAX VCE Figura 34 Representação da Reta de Carga Fonte Transistor sd p 10 C Circuitos de Polarização EC A junção baseemissor é polarizada diretamente e a junção base coletor reversamente Portanto é necessário utilizar duas bate rias e duas resistências para limitar as correntes e fixar o ponto de operação Figura 35 Polarização do Transistor Fonte Transistor sd p 10 UNIUBE 71 Análise da malha de entrada RBIB VBE VBB Logo IB é dado por SINTETIZANDO No circuito a seguir considere RB 200kΩ RC 3kΩ 100 e VBE 07V VBB 5V e VCC 10V Determine as correntes de base IB e de coletor IC e a tensão coletoremissor VCE 72 UNIUBE 416 Circuito de polarização com corrente de base constante Podese eliminar a fonte de alimentação da base VBB utilizando apenas a fonte VCC Figura 35 Circuito de polarização de transistores Fonte Transistor sd p 13 Para identificar as tensões e concluir que estão corretas para o funcionamento do transistor RB deve ser maior que RC Equações Nessa condição VCC e RB são valores constantes e VBE praticamen te não varia Por isso esse circuito é chamado polarização EC como corrente de base constante UNIUBE 73 SINTETIZANDO Dado um transistor com β 200 e uma fonte de 12V determinar as resistências de polarização valores comerciais para o ponto de operação ICQ 15mA e VBEQ 07V na figura a seguir Solução 74 UNIUBE 417 Influência da temperatura A temperatura influencia o funcionamento dos transistores com re lação aos parâmetros β VBE e a corrente de fuga A variação de VBE é desprezível mas a corrente de fuga e o ganho β podem variar provocando valores na corrente de coletor sem que haja variações na corrente de base e deixando o circuito instável 418 Circuito de Polarização com corrente de Emissor constante Nesse circuito de polarização a resistência RE é necessária entre o emissor e a fonte de alimentação Figura 36 Circuito de polarização com resistência de emissor Fonte Transistor sd p 14 O objetivo é compensar as variações de ganho por causa das mu danças de temperatura Quando houver um aumento de ganho haverá também aumento de IC assim aumenta VRC e VRE e diminui VCE Com o aumento de VRE a corrente de base diminui induzindo IC a uma estabilização A variação de ganho levaria a um aumento de IC e a uma diminuição de VCE tirando o transistor de seu ponto UNIUBE 75 de operação original A resposta dada por RE para o aumento de IC chamase realimentação negativa e garante a estabilidade do ponto de operação SINTETIZANDO Dado um transistor com β 250 e uma fonte de 20V determinar as resistências de polarização valores comerciais para o ponto de operação VCEQ VCC 2 ICQ 100mA e VBEQ 07V Solução 76 UNIUBE 419 Circuito de Polarização com Divisor de Tensão Para solucionar o problema de instabilidade no funcionamento com temperatura podese utilizar o circuito polarizado representado a seguir Figura 37 Circuito de polarização com divisor de tensão Fonte Transistor sd p 16 Determinação do Ponto de Operação a Partir dos Valores das Resistências Pode ser feita a análise do circuito a partir das resistências deter minando o ponto de operação analítica ou por meio do Teorema de Thévenin reduzindo à seguinte forma UNIUBE 77 Figura 38 Circuito de Operação a partir dos Valores das Resistências Fonte Transistor sd p 16 Em que Se 78 UNIUBE SINTETIZANDO Determinar IC e VCE para o circuito a seguir VBE 07V Solução Dados VTH 385V RTH RB1RB2 087kΩ 870Ω Supondose um β 100 UNIUBE 79 SAIBA MAIS Vamos conhecer um pouco mais esse componente muito comum da eletrônica industrial Assista ao vídeo disponível em https wwwyoutubecomwatchvkoYahjuYZe8 4110 Considerações Finais Caroa alunoa O estudo de transistores bipolar tem como principal função sua aplicação Esses transistores funcionam como amplificadores de corrente ou de tensão como controle ONOFF chaves do tipo liga desliga e só funcionam quando estiverem polarizados A tensão aplicada nesses componentes eletrônicos como em to dos os demais não pode sofrer variações bruscas por isso opera em corrente contínua Outro ponto é que os transistores fazem par te de circuitos tanto analógicos quanto digitais desempenhando o seu papel Assim concluímos o capítulo de Transistor Bipolar e suas particularidades Bons estudos Cledione Junqueira de Abreu Introdução Tiristor SCR Capítulo 5 Estamos começando o capítulo de tiristores no qual discutiremos as características a polarização e o regime de chaveamento deles em que a sequência PNPN é a estrutura das camadas semicondutoras apresentando funcionamento biestável Abordaremos também as propriedades comuns quanto aos disparos pelo Gatilho forma brasileira de definirmos o Gate Assim podemos utilizar com qualidade esse componente que em algumas bibliografias também é chamado de dispositivos e que é bastante importante na Eletrônica Industrial Para encerrar este capítulo apresentaremos duas sugestões de vídeos que explicam com bastante detalhes o funcionamento de um tiristor SCR o mais comum da família dos componentes Preparado para conhecer essa família de componentes bastante utilizada na Eletrônica Industrial Definir tiristores e suas características Apresentar a formação do tiristor quanto a sua junção e demais características Identificar e diferenciar as propriedades dos tiristores citando e comentandoas bem como suas aplicações O TIRISTOR Princípio de Funcionamento Maneiras de disparar um tiristor Parâmetros básicos de tiristores Circuitos para comando de disparo e desligamento de tiristores Redes Amaciadoras Circuitos de disparos Objetivos Esquema UNIUBE 83 O Tiristor 51 Faz parte da família de dispositivos semicondutores que operam em regime chaveado tendo em comum uma estrutura de 4 cama das semicondutoras em uma sequência PNPN apresentando um funcionamento biestável Esse dispositivo tem características que o classifica como SCR Retificador Controlado de Silício LASCR SCR ativado por luz TRIAC tiristor triodo bidirecional DIAC tiristor diodo bidirecional GTO tiristor comutável pela por ta MCT tiristor controlado por MOS PARADA OBRIGATÓRIA Princípio de funcionamento O tiristor possui 3 terminais anodo catodo e a porta ou gate A figura a seguir ilustra uma estrutura simplificada do dispositivo Figura 39 Funcionamento Básico do Tiristor Fonte Componentes sd 84 UNIUBE Quando houver uma tensão Vgk positiva pode circular uma corren te através de J3 com portadores negativos indo do catodo para a porta Na constituição a camada P ligada à porta é estreita para que apenas parte dos elétrons que cruzam J3 possua energia ciné tica suficiente para vencer a barreira de potencial existente em J2 sendo então atraídos pelo anodo Isso faz que a junção reversamente polarizada tenha sua diferença de potencial diminuída estabelecendo uma corrente entre anodo e catodo que poderá persistir mesmo na ausência da corrente de porta Quando a tensão Vak for negativa J1 e J3 estarão reversamente polarizadas enquanto J2 estará diretamente polarizada Assim o tiristor bloqueará o fluxo de portadores enquanto não for superada a tensão de ruptura das duas junções É comum fazerse uma ana logia entre o funcionamento do tiristor e o de uma associação de dois transistores conforme mostrado na figura a seguir Figura 40 Analogia entre Tiristor e Transistores Fonte Componentes sd UNIUBE 85 Quando uma corrente Ig positiva é aplicada Ic2 e Ik crescerão Como Ic2 Ib1 T1 conduzirá e teremos Ib2Ic1 Ig que aumen tará Ic2 e assim o dispositivo evoluirá até a saturação mesmo que Ig seja retirada Tal efeito cumulativo ocorre se os ganhos dos transistores forem maior que 1 O componente se manterá em con dução desde que após o processo dinâmico de entrada em condu ção a corrente de ânodo tenha atingido um valor superior ao limite IL chamado corrente de latching Para que o tiristor deixe de conduzir é necessário que a corrente que passa por ele caia abaixo do valor mínimo de manutenção IH permitindo que se restabeleça a barreira de potencial em J2 Para a comutação do dispositivo não basta pois a aplicação de uma tensão negativa entre ânodo e catodo Tal tensão reversa apressa o processo de desligamento por deslo car nos sentidos adequados os portadores na estrutura cristalina mas não garante sozinha o desligamento Devido a características construtivas do dispositivo a aplicação de uma polarização reversa do terminal de gate não permite a comu tação do SCR Esse será um comportamento dos GTOs como se verá adiante Figura 41 Característica Estática do Tiristor Fonte Componentes sd 86 UNIUBE Maneiras de disparar um tiristor Há cinco maneiras distintas de fazer um tiristor entrar em condução COMPONENTES sd a Tensão quando polarizado diretamente no estado desliga do a tensão de polarização é aplicada sobre a junção J2 O aumento da tensão Vak leva a uma expansão da região de transição tanto para o interior da camada do gate quanto para a camada N adjacente Mesmo na ausência de corrente de gate por efeito térmico sempre existirão cargas livres que penetram na região de transição no caso elétrons as quais são aceleradas pelo campo elétrico presente em J2 Para valores elevados de tensão e consequentemente de cam po elétrico é possível iniciar um processo de avalanche no qual as cargas aceleradas ao chocaremse com átomos vizi nhos provoquem a expulsão de novos portadores os quais reproduzem o processo Tal fenômeno do ponto de vista do comportamento do fluxo de cargas pela junção J2 tem efeito similar ao de uma injeção de corrente pelo gate de modo que se ao se iniciar a passagem de corrente for atingido o limiar de IL o dispositivo se manterá em condução b Taxa de crescimento da tensão direta quando reversamente polarizada a área de transição de uma junção comportase de maneira similar a um capacitor devido ao campo criado pela carga espacial Considerando que praticamente toda a tensão está aplicada sobre a junção J2 quando o SCR esti ver desligado e polarizado diretamente a corrente que atra vessa tal junção é dada por UNIUBE 87 Em que Cj é a capacitância da junção Quando Vak cresce a capacitância diminui uma vez que a região de transição aumenta de largura Entretanto se a taxa de variação da tensão for suficientemente elevada a corrente que atravessará a junção pode ser suficiente para levar o tiristor à condução Uma vez que a capacitância cresce com o aumento da área do semicondutor os componentes para correntes mais elevadas ten dem a ter um limite de dvdt menor Observe que a limitação diz respeito apenas ao crescimento da tensão direta Vak 0 A taxa de crescimento da tensão reversa não é importante haja vista que as correntes que circulam pelas junções J1 e J3 em tal situação não têm a capacidade de levar o tiristor a um estado de condução Como se verá adiante utilizamse circuitos RC em paralelo com os tiristores com o objetivo de limitar a velocidade de crescimento da tensão direta sobre eles c Temperatura em altas temperaturas a corrente de fuga em uma junção pn reversamente polarizada dobra aproximada mente com o aumento de 8o C Assim a elevação da tempe ratura pode levar a uma corrente através de J2 suficiente para levar o tiristor à condução d Ação da corrente positiva de porta é o método usual de dis paro do SCR já tendo sido descrito anteriormente Sendo o disparo através da corrente de porta a maneira mais usual de ser ligado o tiristor é importante o conhecimento dos limites máximos e mínimos para a tensão Vgk e a corrente Ig como mostrados na figura a seguir 88 UNIUBE Figura 42 Condições para disparo de tiristor através de controle pela porta Fonte UNICAMP 2002 O valor Vgm indica a mínima tensão de gate que garante a condu ção de todos os componentes de um dado tipo na mínima tempe ratura especificada O valor Vgo é a máxima tensão de gate que garante que nenhum componente de um dado tipo entrará em con dução na máxima temperatura de operação A corrente Igm é a mínima corrente necessária para garantir a entrada em condução de qualquer dispositivo de certo tipo na mínima temperatura Para garantir a operação correta do componente a reta de carga do circuito de acionamento deve garantir a passagem além dos limi tes Vgm e Igm sem exceder os demais limites tensão corrente e potência máximas e Energia radiante dentro da banda espectral do silício incidin do e penetrando no cristal produz considerável quantidade de pares elétronslacunas aumentando a corrente de fuga reversa UNIUBE 89 possibilitando a condução do tiristor Esse tipo de acionamento é o utilizado nos LASCR cuja aplicação principal é em sistemas que operam em elevado potencial em que a isolação necessária só é obtida por meio de acoplamentos óticos DICAS Parâmetros básicos de tiristores Apresentaremos a seguir alguns parâmetros típicos de tiristores e que caracterizam condições limites para sua operação Alguns já foram apresentados e comentados anteriormente e serão pois apenas citados aqui a Tensão direta de ruptura VBO b Máxima tensão reversa VBR c Máxima corrente de ânodo Ia max pode ser dada como va lor RMS médio de pico eou instantâneo d Máxima temperatura de operação Tj max temperatura aci ma da qual pode haver destruição do cristal e Resistência térmica Rth é a diferença de temperatura en tre 2 pontos especificados ou regiões dividido pela potência dissipada sob condições de equilíbrio térmico É uma medida das condições de fluxo de calor do cristal para o meio externo f Característica I2t é o resultado da integral do quadrado da corrente de ânodo em um determinado intervalo de tempo 90 UNIUBE sendo uma medida da máxima potência dissipável pelo dispo sitivo É dado básico para o projeto dos circuitos de proteção g Máxima taxa de crescimento da tensão direta Vak dvdt h Máxima taxa de crescimento da corrente de ânodo didt Figura 43 Expansão da área de condução do SCR a par tir das vizinhanças da região de gate Fonte Componentes sd i Corrente de manutenção de condução Ih a mínima corrente de ânodo necessária para manter o tiristor em condução j Corrente de disparo IL mínima corrente de ânodo requeri da para manter o SCR ligado imediatamente após ocorrer a passagem do estado desligado para o ligado e ser removida a corrente de porta k Tempo de disparo ton é o tempo necessário para o tiristor sair do estado desligado e atingir a plena condução l Tempo de desligamento toff é o tempo necessário para a transi ção entre o estado de condução e o de bloqueio É devido a fenô menos de recombinação de portadores no material semicondutor UNIUBE 91 m Corrente de recombinação reversa Irqm valor de pico da corrente reversa que ocorre durante o intervalo de recombi nação dos portadores na junção A figura a seguir mostra algumas dessas características Figura 44 Características do Tiristor Fonte UNICAMP 2002 511 Circuitos para comando de disparo e desligamento de tiristores a Disparo para um dispositivo que deve conduzir 100 A um acionador que forneça uma tensão Vgk de 6V com impedân cia de saída 12Ω é adequado A duração do sinal de disparo deve ser tal que permita à corrente atingir IL quando então pode ser retirada b Desligamento juntamente com a aplicação de uma tensão re versa o bloqueio se dará mais rapidamente Não existe uma maneira de se desligar o tiristor através de seu terminal de controle sendo necessário algum arranjo ao nível do circuito de ânodo para reduzir a corrente principal 92 UNIUBE b1 Comutação Natural é utilizada em sistemas de CA nos quais em função do caráter ondulatório da tensão de en trada em algum instante a corrente tenderá a se inverter e terá assim seu valor diminuído abaixo de IH desligando o tiristor Isso ocorrerá desde que em um intervalo inferior a toff não cresça a tensão direta Vak o que poderia leválo novamente à condução A figura a seguir mostra um circuito de um controlador de tensão CA alimentando uma carga RL bem como as respectivas formas de onda Observe que quando a corrente se anula a tensão sobre a carga se torna zero indicando que nenhum dos SCRs está em condução Figura 45 Controlador de tensão CA com carga RL Fonte Componentes sd Figura 46 Formas de Ondas Típicas Fonte Componentes sd UNIUBE 93 b2 Comutação por ressonância da carga em algumas aplicações específicas é possível que a carga pela sua di nâmica própria faça que a corrente tenda a se inverter fa zendo o tiristor desligar Isso ocorre por exemplo quando existem capacitâncias na carga as quais ressoando com as indutâncias do circuito produzem um aumento na ten são ao mesmo tempo em que reduzem a corrente Caso a corrente se torne menor que a corrente de manutenção e o tiristor permaneçam reversamente polarizados pelo tempo suficiente haverá o seu desligamento A tensão de entra da pode ser tanto CA quanto CC A figura a seguir mostra tal comportamento em um circuito com entrada e saídas unidirecionais Observe que enquanto o tiristor conduz a tensão de saída vot é igual à tensão de entrada Quando a corrente se anula e S1 desliga o que se observa é a ten são imposta pela carga ressonante Figura 47 Circuito de comutação por ressonância da carga Fonte Componentes sd 94 UNIUBE Figura 48 Formas de Ondas de comutação por ressonância da carga Fonte Componentes sd b3 Comutação forçada antes do surgimento dos GTOs essa comutação foi um assunto muito discutido buscando se topologias eficientes Com o advento dos dispositivos com comutação pelo gate os SCRs tiveram sua aplicação concentrada nas aplicações nas quais ocorre comutação natural ou pela carga Atualmente esse é um tema prati camente obsoleto Ela é utilizada em circuitos com alimen tação CC nos quais não ocorre reversão no sentido da corrente de ânodo A ideia básica desse tipo de comutação é oferecer à corrente de carga um caminho alternativo ao tiristor enquanto se aplica uma tensão reversa sobre ele desligandoo A figura 49 mostra um circuito para comuta ção forçada de SCR e as formas de onda típicas As figuras 49 e 50 mostram detalhes de operação do circuito auxiliar de comutação Em um tempo anterior a to a corrente da carga suposta quase constante devido à elevada cons tante de tempo do circuito RL passa pelo diodo de circu lação Df A tensão sobre o capacitor é negativa com valor UNIUBE 95 igual ao da tensão de entrada Em t1 o tiristor principal Sp é disparado conectando a fonte à carga levando o diodo Df ao desligamento Ao mesmo tempo surge uma malha formada por Sp Cr D1 e Lr a qual permite a ocorrência de uma ressonância entre Cr e Lr levando à inversão na pola ridade da tensão do capacitor Em t1 a tensão atinge seu máximo e o diodo D1 desliga pois a corrente se anula O capacitor está preparado para realizar a comutação de Sp Quando o tiristor auxiliar Sa é disparado em t2 a cor rente da carga passa a ser fornecida através do caminho formado por Lr Sa e Cr levando a corrente por Sp a zero ao mesmo tempo em que se aplica uma tensão reversa sobre ele de modo a desligálo Continua a existir corrente por Cr a qual em t3 se torna igual à corrente da carga fazendo que a variação de sua tensão assuma uma forma linear Essa tensão cresce no sentido negativo até levar o diodo de circulação à condução em t4 Como ainda existe corrente pelo indutor Lr ocorre uma pequena oscilação na malha Lr Sa Cr e D2 e quando a corrente por Sa se anu la o capacitor se descarrega até a tensão VCC na malha formada por Cr D1 Lr fonte e Df Figura 49 Topologia com comutação forçada de SCR e formas de onda típicas Fonte Componentes sd 96 UNIUBE Figura 50 Detalhes das formas de onda durante comutação Fonte Componentes sd 512 Redes Amaciadoras Seu objetivo é evitar problemas advindos de excessivos valores para dvdt e didt conforme descrito anteriormente a O problema didt uma primeira medida capaz de limitar pos síveis danos causados pelo crescimento excessivamente rá pido da corrente de ânodo é construir um circuito acionador de gate adequado que tenha alta derivada de corrente de disparo para que seja também rápida a expansão da área condutora Um reator saturável em série com o tiristor tam bém limitará o crescimento da corrente de ânodo durante a entrada em condução do dispositivo Além desse fato temse outra vantagem adicional que é a redução da potência dis sipada no chaveamento pois quando a corrente de ânodo UNIUBE 97 crescer a tensão Vak será reduzida pela queda sobre a in dutância O atraso no crescimento da corrente de ânodo pode levar à necessidade de um pulso mais longo de disparo ou ainda a uma sequência de pulsos para que seja assegurada a condução do tiristor b O problema do dvdt a limitação do crescimento da tensão direta Vak usualmente é feita pelo uso de circuitos RC RCD RLCD em paralelo com o dispositivo como mostrado na figu ra a seguir Figura 51 Circuitos amaciadores para dvdt Fonte Componentes sd Circuito de disparo É utilizado o sinal de disparo quanto à necessidade de isolamento elétrico entre o circuito de comando e o de potência O sinal de disparo deve ser isolado por meio de dispositivos transformadores de pulso ou acopladores óticos a Transformador de pulso os transformadores são capazes de responder apenas em alta frequência mas possibilitam a 98 UNIUBE transferência de pulsos de curta duração até centenas de mi crossegundos após o que o transformador satura Se houver necessidade de um pulso mais largo ele poderá ser obtido por meio de um trem de pulsos colocandose um filtro pas sabaixas no lado de saída Esses dispositivos devem prever algum tipo de limitação de tensão no secundário onde está conectado o gate a fim de evitar sobretensões Quando se usar transformador de pulso é preciso garantir que ele su porte pelo menos a tensão de pico da alimentação Como as condições de disparo podem diferir consideravelmente en tre os tiristores é comum inserir uma impedância em série com a porta para evitar que um tiristor com menor impedância de porta drene o sinal de disparo impedindo que os demais dispositivos entrem em condução Essa impedância em série pode ser um resistor ou um capacitor que tornaria mais rápi do o crescimento do pulso de corrente b Acoplamento luminoso também podendo ser chamado de acoplamento ótico apresenta como vantagem a imunidade a interferências eletromagnéticas além da alta isolação de po tencial Dois tipos básicos de acopladores são usados os op toacopladores dispositivo em que o emissor e o receptor es tão integrados apresentando uma isolação típica de 2500V e as fibras óticas o isolamento pode ser de centenas de kV A potência necessária para o disparo é provida por duas fontes uma para alimentar o emissor em geral a própria fonte do circuito de controle e uma outra para o lado do receptor UNIUBE 99 Figura 52 Rede de equalização e circuitos de acionamento de pulso Fonte Componentes sd SAIBA MAIS Algo ficou sem entender Então assista aos vídeos para entender melhor o funcionamento do tiristor e suas propriedades Aula 1 httpswwwyoutubecomwatchvdkuPVs3C2zg Aula 2 httpswwwyoutubecomwatchvqaSdHyd0Jo 513 Considerações Finais Caroa alunoa Encerramos o capítulo sobre tiristores e suas propriedades Então todas as vezes que ouvir alguém falar em SCR ou tiristor fique atento estão falando do mesmo componente Mesmo que tenham outros tiristores o mais comum é o SCR baseado nele existem os tiristores específicos como o DIAC TRIAC dentre outros mencio nados no capítulo Bons estudos Cledione Junqueira de Abreu Introdução Fontes Chaveadas Capítulo 6 Estamos começando o capítulo de Fontes Chaveadas e para entender o que são não há necessidade de transformadores volumosos e pesados O uso de transformadores com núcleos de ferrite operação em frequência fixa e não isolamento da rede de parte de seu circuito limita seu uso a esse tipo de aplicação Trataremos dessas fontes mostrando quais são suas vantagens e onde são utilizadas Também teremos alguns projetos práticos Como sugestão encerramos o capítulo com indicação de um vídeo que explica sobre o funcionamento de ciclo da fonte chaveada PWM SMPS de uma forma de simples Caroa alunoa vamos entender o funcionamento de fontes chaveadas e sua utilização para serem comparadas com as fontes digitais Definir regulador de tensão e apresentar suas aplicações como fontes Conhecer o regulador de tensão e estabelecer a analogia entre ele e a fonte chaveada Conhecer as fontes chaveadas e suas aplicações Analisar as fontes lineares e as chaveadas ou comutadoras e suas aplicações nos circuitos FONTES CHAVEADAS FONTES LINEARES CHAVEADAS OU COMUTADAS Como funcionam Objetivos Esquema UNIUBE 103 Fontes Chaveadas 61 Também conhecida como regulação linear as fontes chaveadas con seguem ajustar a corrente elétrica por regulação Depois da retifica ção da corrente alternada a condutividade e a tensão de saída são adequadas pelo transistor que faz a função de um potenciômetro Por operar em sua região linear o transistor apresenta uma dis sipação de potência elevada e é o maior responsável pelo baixo rendimento nesse tipo de regulador com isso é necessário usar dissipadores de calor volumosos e pesados Apesar das aparentes desvantagens da regulação linear é possível obterse tensão de saída extremamente estável e a resposta a transitórios é excelen te O funcionamento do transistor em região linear faz com que o circuito não emita qualquer tipo de interferência eletromagnética de alta frequência Em face disso os reguladores lineares apesar de serem a princípio indicados somente em baixas potências encon tram também aplicações em sistemas de telecomunicações onde há problemas de ruído Outra maneira de se obter a regulação da tensão de saída de uma fonte de tensão contínua é através do cha veamento de um dispositivo semicondutor em frequência elevada Figura 53 Diagrama de Blocos mostrando o mecanis mo de regulação de tensão de uma fonte chaveada Fonte Mehl sd 104 UNIUBE IMPORTANTE O regulador de tensão de uma fonte chaveada tem as seguintes funções Filtro de linha evita a passagem do ruído elétrico produzido pelo conversor para a rede elétrica Retificador e Filtro de Entrada as fontes chaveadas fazem a função da retificação direta da tensão disponível na rede elétrica que elimina a necessidade de um transformador no circuito de entrada que é volumoso e pesado Interruptor Eletrônico é um transistor operando em condi ção de corte e saturação Transformador de Alta Frequência o chaveamento do in terruptor eletrônico produz uma tensão pulsada que por meio de um transformador especialmente projetado para operar em alta frequência é abaixada ou elevada para o nível dese jado na saída Retificador e Filtro de Alta Frequência a tensão pulsante disponível na saída do transformador é retificada e filtrada Controle de Alta Frequência é responsável pelo controle do tempo de condução do interruptor eletrônico Circuitos de Comando e Proteção as fontes chaveadas in corporam circuitos de proteção contra curto circuitos e outras condições anormais de funcionamento que podem ser imple mentadas por meio de controles adicionais sobre o interruptor eletrônico UNIUBE 105 611 Fontes Lineares São usadas há muito tempo em equipamentos eletrônicos como televisores antigos por exemplo estão representadas no circuito da figura a seguir que mostra as etapas de retificação filtragem e circuito regulador linear com os seus respectivos componentes Figura 54 Fonte linear ou analógica típica Fonte Como funcionam sd O circuito sensor com as variações de tensão da saída transmite sinais pulsos que comunicam ao regulador quando e como a re sistência aumenta ou diminui mantendo a tensão do circuito da carga adequada para o uso Com rendimento baixo há grandes perdas no circuito sendo ne cessárias altas correntes o eu gera custo na montagem Uma so lução é a utilização de equipamentos com consumo de potências altas em que a fonte de alimentação é mais eficiente Dessa forma a tensão no circuito de carga pode ser mantida com boa precisão e dividida entre o elemento regulador normalmente um transistor de potência e a carga Isso quer dizer que o transistor 106 UNIUBE regulador percorrerá por uma corrente intensa e submetida a uma tensão que varia dissipando a potência na forma de calor Efeito Joule 612 Chaveadas ou Comutadas Conhecidas em inglês como SMPS Switched Mode Power Supply são fontes que controlam a tensão em uma carga abrindo e fe chando um circuito comutador de modo a manter pelo tempo de abertura e fechamento desse circuito a tensão desejada PARADA OBRIGATÓRIA Para entender o funcionamento das fontes chaveadas partimos do diagrama de blocos da figura a seguir Figura 55 Fonte chaveada ou comutada em blocos Fonte Como funcionam sd UNIUBE 107 No circuito temos um transistor com a função de uma chave que controla e tensão no circuito de carga que por sua vez é ligado a um oscilador que gera um sinal retangular e uma largura de pul so controlada por circuito sensor Como resultado se o tempo de condução do transistor for igual ao tempo em que ele permanece desligado operar com um ciclo ativo de 50 a tensão aplicada na carga será de 50 da tensão dos pulsos conforme mostra a figura a seguir Figura 56 Tensão média depende do ciclo ativo Fonte Como funcionam sd Se houver queda de tensão na carga devido ao aumento de consu mo o circuito sensor percebe atua sobre o oscilador e aumenta o ciclo ativo Com isso a tensão aplicada aumenta para compensar a queda Assim controlamos a tensão da carga variando a largura de pulso que comanda o transistor comutador 108 UNIUBE Momentos em que a dissipação de calor é maior Fonte Como funcionam sd Durante o tempo em que a corrente demora a ir de zero até o má ximo e viceversa o transistor passa por um estado intermediário em que a energia é transformada em calor Isso significa que as fontes comutadas geram calor mas ele é menor que as fontes co muns lineares Em equipamentos de consumo como televisores e monitores de vídeo as fontes comutadas podem ser usadas como transistores bipolares de potência como Power FETs e até mesmo SCRs Essas fontes se caracterizam pelo seu alto rendimento não necessitando de grandes dissipadores de calor e podendo fornecer toda energia que os circuitos de um monitor precisam para o fun cionamento normal UNIUBE 109 PARADA PARA REFLEXÃO Como Funcionam Representação do princípio de funcionamento de fontes chaveadas em diagrama de blocos Figura 57 Diagrama de blocos para análise do funcionamento Fonte Como funcionam sd A fonte de alimentação do circuito é comum e representa compo nentes básicos mas se utilizar fontes sofisticadas devemse con siderar outros componentes para adequar o seu funcionamento No circuito a seguir está representado o filtro que é um circuito retificador composto de bobinas e capacitores cuja função é tornar a tensão praticamente contínua Figura 58 Filtro de entrada Fonte Como funcionam sd 110 UNIUBE O chaveamento corresponde a uma carga que drena um sinal qua drado da rede de energia gerando uma enorme quantidade de har mônicas que podem causar interferências em aparelhos próximos Essas interferências que consistem em componentes de frequên cias vão desde a própria frequência da rede até frequências maio res em megahertz e devem ser evitadas RELEMBRANDO As fontes chaveadas em sua grande maioria têm retificação ou seja circuitos retificadores como a figura a seguir que representa um circuito retificador de onda completa em ponte constituído por 4 diodos Figura 59 Retificador de entrada Fonte Como funcionam sd Equipamentos como computadores e monitores são alimentados por tensões de circuitos retificadores diretos da rede elétrica e não utilizam transformadores UNIUBE 111 Figura 60 Configuração básica de fonte Fonte Como funcionam sd A entrada funciona a partir do acionamento do sensor fazendo a tensão de saída permanecer constante Figura 61 Chaveamento da etapa de potência Fonte Como funcionam sd A carga do transistor é do enrolamento primário do transformador em que a tensão retificada e filtrada da fonte de energia faça fun cionar o circuito de chaveamento com transistores de alta potência que geram altas correntes e tensões que podem chegar a 400V de pico A desvantagem é que o transistor chaveador trabalhando em condições limites facilmente queima 112 UNIUBE Figura 62 Etapa de chaveamento com SCR Fonte Como funcionam sd A tensão de saída é regulada pelo chaveamento O secundário do transformador constituído de fios grossos que suportam correntes na casa das dezenas é constituído em seu núcleo ferrite Se hou ver mais tensões pode haver mais de um secundário Figura 63 Secundários de baixa tensão de uma fonte chaveada Fonte Como funcionam sd UNIUBE 113 O transistor é o componente mais simples para se fazer a regula gem direta de tensão do circuito Figura 64 Circuito regulador de tensão direto Fonte Como funcionam sd Outra solução é utilizar o acoplador óptico ou fotoacoplador Figura 65 Controle de tensão usando acoplador óptico Fonte Como funcionam sd 114 UNIUBE O funcionamento do circuito é simples o led do acoplador óptico emite um sinal conforme a tensão de saída que aciona o fototran sistor do acoplador Porém essa emissão deve ser bem dimensio nada pois qualquer alteração faz a tensão de saída não produzir condução do transistor e consequentemente o circuito se torna inapropriado SAIBA MAIS Assista ao vídeo e entenda como medir a tensão de fonte chavea da httpswwwyoutubecomwatchvnQZate4rDrk 613 Considerações Finais Caroa alunoa Estamos encerrando este capítulo sobre Fontes Chaveadas e suas aplicações em circuitos elétricos em que são necessárias corrente alternada e corrente contínua para o seu funcionamento além de componentes bastante importantes como transformador circuitos retificadores em ponte e outros que vimos neste capítulo Bons estudos Cledione Junqueira de Abreu Introdução Inversor de Frequência Capítulo 7 Estamos começando o capítulo sobre Inversor de Frequência mostrando que é um dispositivo eletrônico que converte a tensão da rede alternada senoidal em tensão contínua e finalmente converte essa última em uma tensão de amplitude e frequência variáveis Com a utilização do inversor podese alimentar um MIT Motores de Indução Trifásica com tensões trifásicas e com frequências variáveis ainda que se utilize alimentação monofásica Para realizar um determinado acionamento é necessário o conhecimento dos principais parâmetros de um inversor de frequência Uma vez corretamente parametrizado o inversor de frequência está apto a entrar em operação Veremos também alguns cuidados na instalação escolha e dimensionamento de inversores de frequência Finalizamos o capítulo com sugestão de um vídeo que explica a função e a configuração do inversor de frequência há outros vídeos que podem ser assistidos para conhecer melhor as finalidades do inversor de frequência Vamos começar Conhecer e analisar o inversor de frequência conhecer suas particularidades o que permite compreender suas aplicações Identificar e compreender os parâmetros do inversor de frequência Interpretar o funcionamento do inversor de frequência INVERSOR DE FREQUÊNCIA FUNCIONAMENTO DO INVERSOR DE FREQUÊNCIA Blocos constituintes do inversor PARAMETRIZAÇÃO CUIDADOS NA INSTALAÇÃO ESCOLHA E DIMENSIONAMENTO DE INVERSORES Objetivos Esquema Inversor de Frequência 71 É um dispositivo eletrônico que tem 2 etapas converte a tensão da rede Corrente Alternada em tensão linear Corrente Contínua na sequência converte a tensão linear em tensão de amplitude e frequências variáveis No motor de rotação a frequência da rede de alimentação depende da velocidade de rotação quanto maior a frequência maior a rota ção quanto menor a frequência menor a rotação Ou seja se um motor é alimentado por um inversor de frequência podese contro lar a sua velocidade conforme a frequência determinada UNIUBE 117 PARADA OBRIGATÓRIA Os inversores de frequência são constituídos por 1 entrada monofásica ou trifásica 1 saída ligada a um dispositivo que precisa de alimentação Figura 66 Ligação entre o inversor de frequência e o motor de indução Fonte Segundo e Rodrigues 2015 p 46 Os inversores de frequência controlam parâmetros referentes ao motor elétrico como o torque pois se houver alteração na veloci dade ou na frequência o torque automaticamente altera também Dentre alguns exemplos temos elevadores máquinasferramen ta bombas tração mecânica Como afirmam Segundo e Rodrigues 2015 a relação tensãofre quência ou VF é constante quando o torque também for constante Os inversores de frequência usados em sistemas e acionamento são instalados em motores elétricos de indução trifásico substituin do os antigos sistemas de variação de velocidade mecânicos por exemplo polias e variadores hidráulicos 118 UNIUBE DICAS As vantagens do inversor de frequência a Redução dos custos de instalação b Otimização do processo c Possibilidade de controlar as partidas e frenagens dos motores d Menor manutenção aumentando a vida útil do sistema e Possibilidade de minimizar o consumo de energia quando se utiliza rotações menores f Redução do ruído g Manutenção da capacidade de conjugado h Melhoria do fator de potência i Possibilidade de se implantar um controle em malha fechada De acordo com Segundo e Rodrigues 2015 os inversores va riam a velocidade dos motores conforme a vazão mais ou menos vazão a depender da necessidade mas se quiser economizar energia basta diminuir a velocidade UNIUBE 119 AMPLIANDO OS CONHECIMENTOS 711 Funcionamento do Inversor de Frequência Segundo e Rodrigues 2015 p 48 apresentam que o inversor fun ciona da seguinte maneira ele é ligado à rede podendo ser mo nofásica ou trifásica e em sua saída há uma carga geralmente um motor que necessita de uma frequência variável Para tanto o inversor tem como primeiro estágio um circuito retificador respon sável por transformar a tensão alternada em contínua um segundo estágio composto de um banco de capacitores eletrolíticos e cir cuitos de filtragem de alta frequência finalmente um terceiro está gio composto de transistores IGBT capaz de realizar a operação inversa do retificador ou seja de transformar a tensão contínua do barramento de corrente contínua CC para alternada e com a frequência desejada pela carga A figura a seguir apresenta um diagrama resumido de um inversor Nessa figura a seção em azul é o retificador e em vermelho é o circuito inversor responsável por transformar a tensão contínua para alternada A seção intermediária em verde é denominada de barramento CC e utilizada para filtrar a tensão contínua proveniente da seção retificadora Figura 66 Diagrama resumido de um inversor de frequência Fonte Segundo e Rodrigues 2015 p 48 120 UNIUBE Os inversores de frequência apresentam características de funcio namentos conforme os fabricantes estipulam que variam conforme a faixa de atuação tanto da potência quanto da frequência 712 Blocos constituintes do inversor Figura 67 Blocos constituintes de um inversor de frequência Fonte Segundo e Rodrigues 2015 p 49 7121 Bloco Unidade Central de Processamento CPU Função armazenar dados e parâmetros que correspondem aos equipamentos como também gerar pulsos de disparos pela lógica de controle para IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor Constituição microprocessador ou microcontrolador na CPU UNIUBE 121 7122 Bloco Interface Homem Máquina IHM Função visualizar as grandezas do motor tensão corrente frequ ência barramento CC alarmes como também visualizar e alterar o sentido de giro do motor Figura 68 IHM padrão do inversor CFW08 da WEG Fonte Segundo e Rodrigues 2015 p 50 7123 Bloco interfaces Função configurar as entradas que podem ser tanto analógicas quanto digitais O digrama de conexões do inversor CFW08 representado na figu ra a seguir apresentam pinagem descrição e especificação das 4 entradas digitais DI1 DI2 DI3 DI4 as 2 entradas analógica AI1 122 UNIUBE AI2 a saída analógica AO e a saída digital contatos normalmen te fechados NF normalmente abertos NA e comum Figura 69 Diagrama de conexões do inversor CFW08 Plus da WEG Fonte Segundo e Rodrigues 2015 p 51 UNIUBE 123 7124 Bloco etapa de potência Função alimentar o circuito de saída do inversor IGBT pelo IGBT Construção circuito retificador IMPORTANTE 713 Parametrização Para o bom funcionamento do inversor como afirmam Segundo e Rodrigues 2015 além de instalálo corretamente é preciso infor mar a ele em que condições de trabalho irá operar tarefa de para metrização do inversor quanto maior o número de recursos que o inversor oferece maior será o número de parâmetros disponíveis Os parâmetros são agrupados de acordo com as suas característi cas e particularidades conforme apresentado em seguida Parâmetros de leitura variáveis que podem ser visualizadas no display Parâmetros de regulação são os valores ajustáveis a serem utilizados pelas funções do inversor de frequência Parâmetros de configuração definem as características do inversor de frequência as funções a serem executadas bem como as entradas e saídas Parâmetros do motor indicam as características nominais do motor 124 UNIUBE Parâmetros especiais alguns modelos de inversores dispo nibilizam a função de controle PID Proporcional Integral e Derivativo que pode ser usada para fazer o controle de um processo em malha fechada Por meio desses parâmetros podese por exemplo definir os ganhos do controlador bem como o tipo de ação direta ou reversa SAIBA MAIS Os principais parâmetros encontrados nos inversores são a Parâmetro de acesso leituraescrita é um parâmetro de proteção b Tensão nominal do motor serve para informar ao inversor qual a tensão nominal em que o motor operará c Corrente nominal do motor determina o valor de corrente que será utilizado nos cálculos que serão feitos pelo inversor d Frequência mínima de saída determina a velocidade mínima do motor e Frequência máxima de saída determina a velocidade máxi ma do motor f Frequência de JOG impulso é um recurso que faz o motor girar com velocidade bem baixa g Tempo de partida rampa de aceleração indica em quanto tempo desejase que o motor chegue à velocidade programa da estando ele parado UNIUBE 125 h Tempo de parada rampa de desaceleração o inversor pode produzir uma parada gradativa do motor i Seleção da fonte localremoto define como é feita a seleção entre a situação local e a situação remota j Seleção do setpoint de frequência trabalha com frequências fixas por meio de combinação das entradas digitais multis peed multivelocidades k Funções das entradas digitais define a função de cada uma das entradas digitais utilizadas l Tipo de controle informa o tipo de controle utilizado escalar cuja relação Vf e constante ou vetorial m Frequência de chaveamento PWM determina a frequência de PWM do inversor frequência de chaveamento REFLEXÃO Cuidados na instalação escolha e dimensionamento de inversores Para Segundo e Rodrigues 2015 a instalação dos inversores de frequência para a sua utilização deve ser bastante cuidadosa pois o mau uso pode provocar interferências eletromagnéticas EMI que são distúrbios no funcionamento de inversores e componen tes próximos que podem ser sensores eletrônicos controladores programáveis transdutores equipamentos de rádio Para minimi zar esse problema existente nos inversores são utilizados filtros 126 UNIUBE capacitivos para evitar interferência na grande maioria dos casos No entanto em algumas situações pode existir a necessidade do uso de filtros supressores principalmente em aplicações em am bientes residenciais Esses filtros podem ser instalados interna mente alguns modelos ou externamente aos inversores Quando a interferência eletromagnética gerada pelo inversor for um problema para outros equipamentos os seguintes cuidados apresentados por Segundo e Rodrigues 2015 p 55 fazemse necessários Utilizar filtros supressores Utilizar fiação blindada ou fiação protegida por conduíte metá lico para a conexão entre a saída do inversor e o motor Aterrar o inversor e o motor bem como conectar a blindagem em cada extremidade ao ponto de aterramento do inversor e a carcaça do motor Separar os cabos do motor dos demais cabos Prever conduítes ou calhas independentes para a separação física dos condutores de sinal controle e potência No que diz respeito à escolha e dimensionamento dos inversores é comum a pergunta como posso saber qual modelo tipo e potên cia do inversor adequado para a minha aplicação Essa pergunta pode ser respondida a partir das três etapas a seguir SEGUNDO RODRIGUES 2015 p 5556 UNIUBE 127 a Potência do inversor para definirmos a potência do inversor temos de saber qual a corrente do motor e qual carga ele acionará Normalmente escolhese um inversor com uma ca pacidade de corrente igual ou um pouco superior à corrente nominal do motor A tensão tanto do inversor quanto do mo tor deve ser igual a da rede de alimentação b Tipo de inversor existem dois tipos de inversores escalar e vetorial A maioria dos inversores utilizados é do tipo escalar Só utilizamos o tipo vetorial em duas ocasiões extrema pre cisão de rotação torque elevado para rotação baixa ou zero ex guindastes pontes rolantes elevadores etc c Modelo e fabricante para escolher o modelo basta consultar os catálogos dos fabricantes e procurar um que atenda às características mínimas necessárias Quanto ao fabricante o preço e a qualidade desejada devem determinar a escolha Apenas como referência ao leitor os mais encontrados na in dústria são Siemens Weg Yaskawa Allen Bradley e ABB SAIBA MAIS Que tal entender como faz a instalação de um inversor de frequên cia e sua utilização Assista ao vídeo disponível em httpswww youtubecomwatchvaomFURSZ5eo 128 UNIUBE 714 Considerações Finais Caroa alunoa Encerramos este capítulo no qual o objetivo foi compreender o princípio de funcionamento de um inversor de frequência Esse dispositivo é amplamente utilizado no acionamento de Motores de Indução Trifásicos MIT pois permite o controle da velocidade e do conjugado do motor em uma ampla faixa de operação Para re alizar um determinado acionamento é necessário o conhecimento dos principais parâmetros de um inversor de frequência Uma vez corretamente parametrizado o inversor de frequência está apto a entrar em operação Concluímos o capítulo com alguns cuidados na instalação escolha e dimensionamento de inversores de frequência Bons estudos autor1 autor2 autor3 Introdução Conversores ACDC e DC DC Choppers Capítulo 8 Estamos começando o capítulo sobre conversores ACDC que adquire sinal de corrente contínua a partir da corrente alternada Falaremos também em conversores DCDC conhecidos como chopper em que o sinal será convertido de corrente contínua variável para corrente contínua constante Encerramos com um vídeo que apresenta uma tese de mestrado sobre os conversores DCDC e uma aplicação simples e com benefícios principalmente econômicos para a indústria Preparadoa para os estudos Identificar e analisar os conversores DCDC e suas aplicações Interpretar os circuitos em que se encontram os conversores DCDC e aplicar suas definições Identificar e analisar os conversores ACDC e suas aplicações Interpretar os circuitos em que se encontram os conversores ACDC e aplicar suas definições Objetivos 11 nivel1 CONVERSORES DCDC CHOPPERS Chopper stepdown buck Chopper stepup boost Chopper buckboost CONVERSORES DCAC INVERSORES Funcionamento de Inversores Monofásicos Esquema Conversores DCDC CHOPPERS 81 A palavra conversor por definição significa converter ou transfor mar uma coisa em outra e para a Eletrônica Industrial não é muito diferente É o caso como afirma Silva sd p 28 do conversor DCDC ou em inglês chopper que é usado para obter uma tensão DC variável a partir de uma fonte de tensão DC constante O valor médio da tensão de saída varia quando se altera a proporção do tempo no qual a saída fica ligada à entrada Essa conversão pode ser obtida pela combinação de um indutor ou capacitor e um dis positivo de estado sólido que opere no modo de chaveamento em alta frequência A técnica de chaveamento usada em choppers é denominada de PWM pulsewidth modulation modulação por largura de pulso Método em que a largura do pulso alto TON varia enquanto o pe ríodo de chaveamento total T é constante A figura a seguir mostra como as formas de onda de saída variam à medida que o ciclo de trabalho tempo de duração de TON aumenta e por consequência o valor médio Vaverage da tensão também aumenta UNIUBE 131 Figura 70 Forma de onda da saída do circuito DC Fonte Silva sd p 29 Há dois tipos básicos de choppers stepdown ou buck e stepup ou boost 811 Chopper stepdown buck A característica do chopper stepdown buck segundo Silva sd p 29 é tensão média de saída VO ser menor que a tensão de entrada VI A configuração básica desse tipo de chopper é mostrada a seguir Figura 71 Circuito chopper stepdown Fonte Silva sd p 29 132 UNIUBE Enquanto a chave S que pode ser qualquer elemento chaveador como SCR transistor bipolar MOSFET operando em PWM estiver fechada o diodo ficará polarizado reversamente e o indutor arma zenando energia em forma de campo magnético Nessa situação temos que VoVi Quando a chave abrir a tensão VL tornase negativa impondo que o diodo D fique em condução até que a energia do indutor se des carregue ou que a chave S volte a fechar Nessa situação temos que VoVi pois a parcela relativa a VL diminui a soma VoVLVR A figura seguinte ilustra esses comportamentos a b Figura 72 a Circuito aberto b Circuito fechado Fonte Silva sd p 30 As formas de ondas de correntes e tensões UNIUBE 133 Figura 73 Formas de onda de corrente e tensão Fonte Silva sd p 30 812 Chopper stepup boost Silva sd p 30 afirma que no circuito stepup ou boost a tensão de saída pode variar desde a fonte de tensão até diversas vezes a fonte de tensão O circuito básico desse chopper é mostrado na figura a seguir Figura 74 Chopper stepup Fonte Silva sd p 31 134 UNIUBE Quando a chave S passar para o estado de condução o indutor ficará conectado à alimentação A tensão no indutor VL pulará no mesmo instante para a fonte de tensão Vi mas a corrente no indu tor Ii aumentará de maneira linear e armazenará energia no campo magnético Quando a chave for aberta a corrente cairá de forma violenta e a energia armazenada no indutor será transferida para o capacitor através do diodo D A tensão induzida no indutor VL mudará de polaridade somandose à fonte de tensão para aumen tar a tensão de saída VO mesma tensão do capacitor Portanto a energia armazenada no indutor será liberada para a carga Quando S for fechada D se tornará inversamente polarizado a energia do capacitor fornecerá a tensão na carga e o ciclo se repetirá a b Figura 75 a Circuito aberto b Circuito fechado Fonte Silva sd p 31 As formas de ondas de correntes e tensões são UNIUBE 135 Quando a chave S passar para o estado de condução o indutor ficará conectado à alimentação A tensão no indutor VL pulará no mesmo instante para a fonte de tensão Vi mas a corrente no indu tor Ii aumentará de maneira linear e armazenará energia no campo magnético Quando a chave for aberta a corrente cairá de forma violenta e a energia armazenada no indutor será transferida para o capacitor através do diodo D A tensão induzida no indutor VL mudará de polaridade somandose à fonte de tensão para aumen tar a tensão de saída VO mesma tensão do capacitor Portanto a energia armazenada no indutor será liberada para a carga Quando S for fechada D se tornará inversamente polarizado a energia do capacitor fornecerá a tensão na carga e o ciclo se repetirá a b Figura 75 a Circuito aberto b Circuito fechado Fonte Silva sd p 31 As formas de ondas de correntes e tensões são Figura 76 Formas de onda de correntes e tensões Fonte Silva sd p 32 813 Chopper buckboost O circuito chopper buckboost como apresentado por Silva sd p 32 são os circuitos buck e boost em um só Não há uma condição para os valores das tensões de entrada e saída como também pode ocorrer uma inversão de polaridade na tensão A chave pode ser qualquer dispositivo de chaveamento controlado tal como um TJB ou IGBT Vemos na figura a seguir a a configuração do chopper buckboost Quando a chave S estiver ligada o diodo D ficará inver samente polarizado e iD será nula O circuito pode ser simplificado 136 UNIUBE como mostra a figura 77 b A tensão no indutor é igual à tensão de entrada e a corrente no indutor iL aumenta de modo linear com o tempo Quando S estiver desligada a fonte será desconectada A corrente no indutor não poderá variar de imediato logo polarizará o diodo diretamente e fornecerá um caminho para a corrente na carga A tensão de saída se tornará igual à tensão no indutor O circuito pode ser simplificado como ilustrado na figura 77 c Figura 77 a Circuito chopper buckboost b Circuito fechado cho pper buckboost c Circuito aberto chopper buckboost Fonte Silva sd p 33 UNIUBE 137 IMPORTANTE As formas de onda de tensão e de corrente são assim apresentadas Figura 78 Diagrama do circuito chopper buckboost Fonte Silva sd p 34 814 Conversores DCAC Inversores Silva sd p 34 afirma que os inversores são circuitos estáticos não têm partes móveis que convertem potência DC em potência AC com a frequência e tensão ou corrente de saída desejada A tensão de saída tem uma forma de onda periódica que mesmo 138 UNIUBE não senoidal pode chegar a ser considerada como tal Dentre os vários tipos de inversores destacamos os de fonte de tensão VSI Voltage source inverters que são utilizados nas fontes de tensão de funcionamento contínuo UPS Uninterruptible power supplies O circuito básico para gerar um sinal AC a partir de um DC mono fásico é mostrado na figura seguinte Figura 79 Circuito conversor DCAC Fonte Silva sd p 35 SINTETIZANDO As chaves S1 e S2 ligam e desligam a fonte DC à carga de modo alternado o que produz uma forma de onda retangular de tensão AC O circuito anterior é chamado de inversor de meia ponte por ter apenas dois elementos chaveadores Uma vez que as chaves têm terminais positivo e negativo a combinação das duas chaves fornece os quatro estados mostrados na tabela a seguir apresen tada por Silva sd p 35 Estado S1 S2 Tensão de saída 1 ε 2 0 3 ε 4 0 UNIUBE 139 Quando os estados 1 e 3 são repetidos de maneira alternada uma tensão de onda quadrada é gerada na carga como mostra a figu ra 80 a Se os estados 2 e 4 que fazem a tensão na carga ficar em zero são usados obtémse uma onda em degrau ou forma de onda quase quadrada como pode ser observado na figura 80 b Figura 80 a Formas de onda de tensão na carga nos estados 1 e 3 b Formas de onda de tensão na carga nos estados 2 e 4 Fonte Silva sd p 35 IMPORTANTE 815 Funcionamento de Inversores Monofásicos Como destaca Silva sd p 36 a figura a seguir mostra um in versor monofásico com carga RL que usa SCRs como chaves A tensão de saída é uma forma de onda retangular com um ciclo de trabalho de 50 A forma de onda da corrente na saída tem for ma exponencial Quando a tensão de saída for positiva a corren te crescerá exponencialmente Durante o ciclo seguinte quando a tensão de saída for negativa a corrente cairá exponencialmente A função dos diodos de retorno é fornecer um caminho de volta para a corrente de carga quando as chaves estiverem desligadas Logo após SCR 2 e SCR 3 passarem para o estado desligado em 140 UNIUBE t0 por exemplo os diodos D1 e D4 irão ligar A corrente de carga começará em um valor negativo e crescerá exponencialmente a uma taxa dada pela constante de tempo da carga f LR A fonte de corrente DC nesse período é invertida e flui de fato para a fonte DC Quando a corrente na saída chega a zero D1 e D4 passam para o estado desligado e SCR 1 e SCR 4 para o ligado A corren te continua a crescer e alcança o valor máximo em tT2 quando SCR 1 e SCR 4 passam para o estado desligado A tensão na sa ída se inverte mas a corrente na saída continua a fluir na mesma direção A corrente na saída somente pode fluir através dos diodos D2 e D3 que ligam a fonte DC à carga o que gera tensão inversa A energia armazenada no indutor retorna à fonte DC e a corrente na saída agora cai de seu valor máximo e chega a zero Logo que a corrente de carga parar SCR 2 e SCR 3 podem conduzir para fornecer potência à carga A corrente alcança seu valor máximo negativo em tT e o ciclo se repete A figura 82 apresenta as formas de onda de tensão e corrente Também mostrados nas formas de onda estão os dispositivos que conduzem durante os vários intervalos Observe na forma de onda da fonte de corrente indutor que esta fica positiva quando as cha ves conduzem e quando há potência entregue pela fonte Mas se torna negativa quando os diodos conduzem e quando há potência absorvida pela fonte UNIUBE 141 Figura 81 Inversor monofásico com carga resistiva e indutiva Fonte Silva sd p 36 Figura 82 Formas de onda de tensão e corrente Fonte Silva sd p 37 142 UNIUBE SAIBA MAIS Como sugestão segue o vídeo sobre Conversor CCCC uma tese de mestrado em que há explicações práticas de aplicações no co tidiano httpswwwyoutubecomwatchvCy1XtLMA6Zo 816 Considerações Finais Caroa alunoa Estamos encerrando este capítulo de conversores ou inversores de ACDC e DCDC também conhecidos como chopper Este capítulo foi dividido em 2 partes Na primeira abordamos os Conversores DCDC ou seja conversão de um sinal de corrente contínua mais limpo de um sinal de corrente contínua com algum tipo de ruído Esse processo também conhecido como chooper foi apresentado de três formas chopper stepdown ou buck o chopper stepup ou boost e a junção dos dois choppers o buckboost Na segunda parte abordamos os Conversores ACDC que são co mumente conhecidos como inversores pois eles têm a função de inverter ou converter um sinal de corrente alternada em um sinal de corrente contínua sendo possível estar limpo ou com algum ruído dependendo dos procedimentos a serem seguidos Bons estudos UNIUBE 143 CONCLUSÃO Caroa alunoa estamos encerramos a matéria de Eletrônica Industrial em que relacionamos os temas conforme as unidades No capítulo I vimos o estudo de semicondutores e que as proprieda des desses materiais têm o número de elétrons ou lacunas em um semicondutor esse cresce com o aumento do número de átomos de impurezas introduzidas no cristal Com o aumento do número de portadores de carga aumentase a condutividade elétrica do ma terial Dessa forma tornase possível alterar de forma controlada a condutividade elétrica de um semicondutor efetuandose a dosagem adequada da quantidade de dopagem do cristal durante a etapa de fabricação Falamos também sobre os estudos das junções desses materiais tipo N e tipo P na busca de componentes eletrônicos com comportamentos distintos e terminamos com o conceito de transfor mador suas aplicações e a diferença dos transformadores elevado res e abaixadores No capítulo II estudamos os Circuitos Retificadores Trifásicos ba seandonos nas definições e nos conceitos de circuitos retificado res de meia onda circuitos retificadores de onda completa com derivação central center tape e circuitos retificadores de onda com pleta em ponte Consideramos suas representações em circuitos formas de condução e formas de ondas em que devem existir ten são de pico tensão média corrente de pico e corrente média No capítulo III observamos que o dimensionamento do fator de po tência além de equilibrar um valor para evitar muita é considerado para se ter equipamentos com qualidade sempre Na sequência falamos de acopladores ópticos e foram apresentados definição e modelos de sua utilização na eletrônica O estudo sobre transistores bipolar foi no capítulo IV e vimos que eles têm como principal função sua aplicação e funcionam como 144 UNIUBE amplificadores de corrente ou de tensão e como controle ONOFF chaves do tipo ligadesliga e que só funcionam quando estiverem polarizados Nesses componentes eletrônicos como em todos os demais a tensão aplicada não pode sofrer variações bruscas por isso opera em corrente contínua Outro ponto é que os transistores fazem parte de circuitos tanto analógicos quanto digitais desempe nhando o seu papel No capítulo V estudamos sobre os tiristores e suas propriedades Assim podemos dizer que todas as vezes que ouvir alguém falar em SCR ou tiristor fique atento pois estão falando do mesmo com ponente Mesmo que tenham outros tiristores o mais comum é o SCR baseado nele é que existem os tiristores específicos como o DIAC TRIAC dentre outros mencionados no capítulo No capítulo VI estudamos sobre Fontes Chaveadas e suas apli cações em circuitos elétricos em que são necessários corrente alternada e corrente contínua para o seu funcionamento além de componentes bastante importantes como transformador circuitos retificadores em ponte dentre outros que vimos neste capítulo O estudo sobre inversor de frequência foi no capítulo VII no qual compreendemos seu funcionamento conhecemos seus parâme tros e dimensionamento Vimos que esse dispositivo é amplamente utilizado no acionamento de Motores de Indução Trifásicos MIT pois permite o controle da velocidade e do conjugado do motor em uma ampla faixa de operação Constatouse que para realizar um determinado acionamento é necessário o conhecimento dos prin cipais parâmetros de um inversor de frequência Uma vez correta mente parametrizado o inversor de frequência está apto a entrar em operação Para finalizar no capítulo VIII estudamos sobre os conversores ou inversores de ACDC e DCDC também conhecidos como chopper UNIUBE 145 Referências COMO FUNCIONAM as Fontes Chaveadas ART1448 sd Instituto Newton C Braga Disponível em httpwwwnewtoncbragacombrindexphpcomo funciona8397comofuncionamasfonteschaveadasart1448 Acesso em 20 abr 2016 COMPONENTES semicondutores de potência sd Unicamp Disponível em httpwwwdscefeeunicampbrantenorhtmlfileharmofpcap3cap3html Acesso em 20 abr 2016 ENERGIA ativa e reativa sd Elektro Disponível em httpwwwelektro combrseunegocioenergiaativaereativa Acesso em 19 abr 2016 FATOR de potência como transformálo em um fator de economia sd Copel Disponível em httpwwwcopelcomhpcopelrootsitearquivos2nsfarquivos fatordepotenciaFILEfatorpotenciapdf Acesso em 19 abr 2016 MELO V S de Circuitos Retificadores Instituto Federal de Educação do Espírito Santo Campus Serra Disponível em httpwwwalmhpgcomview downloadsapostilas03retificadorespdf Acesso em 22 fev 2016 SEGUNDO A K R RODRIGUES C L C Eletrônica de Potência e Acionamentos Elétricos Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia Ouro Preto 2015 Disponível em 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