Eletrônica Industrial

Eletrônica Industrial

INTRODUÇÃO

Como é do conhecimento de todos, os recursos naturais não são inesgotáveis, o que nos leva a crer que ao transformarmos estes recursos na mais nobre forma de energia a Energia Elétrica, devemos utilizá-la da maneira mais proveitosa e racional possível é com base neste conceito que a engenharia elétrica está fundamentada, de forma a aplicar os conhecimentos científicos à conversão ótima dos recursos naturais.

De forma genérica podemos subdividir toda a engenharia elétrica nas seguintes áreas:

Eletrônica - Trata os dispositivos e circuitos para o processamento das informações em formas de sinais analógicos ou digitais, que dá origem a eletrônica analógica e a eletrônica digital.

Eletrotécnica - Trata dos equipamentos rotativos e estáticos (máquinas elétricas, transformadores, linhas de transmissão) com o propósito de gerar, transmitir e distribuir a energia elétrica.

Controle Automático - Trata das técnicas de análise da estabilidade de sistemas contínuos e discretos no tempo, que originam o controle linear e controle discreto.

Podemos imaginar a Eletrônica Industrial como um elo de ligação entre estas áreas.

São vastas as aplicações da Eletrônica Industrial no nosso cotidiano e na indústria, entre estas aplicações podemos citar:

• Iluminação;

• Aparelhos eletrônicos (computadores, televisões, videocassetes, etc.);

• Aquecedores;

• Ventiladores;

• No-Breaks;

• Elevadores;

• Bombas d’água;

• Robôs;

• Máquinas de Soldas;

• Locomotivas;

• Automóveis elétricos;

• Reatores eletrônicos;

• Carregadores de bateria;

• Geração de energia (eólica, fotovoltáica, etc.);

• Suprimento de energia (aeronaves, navios, trens, satélites, etc.);

• Acionamento de motores AC e DC.

1 - CONVERSORES

Os conversores de energia elétrica ou simplesmente conversores são equipamentos empregados para o controle do fluxo de energia elétrica entre dois ou mais sistemas elétricos, realizando o tratamento eletrônico da energia elétrica através de elementos passivos (resistores, capacitores e indutores) e de elementos ativos (diodos, transistores e tiristores) associados segundo uma topologia pré-estabelecida.

Cada aplicação requer um tipo de conversor, pois uma forma de alimentação AC ou DC é necessária.

Os quatro tipos básicos de conversão de energia elétrica são:

Fig. 1- Tipos básicos de conversão de energia elétrica.

2 - O SCR

Tiristor é o nome genérico de uma família de componentes de estado sólido de quatro camadas PNPN. Face à sua grande utilização, o SCR (Retificador controlado de silício), freqüentemente é chamado de tiristor.

De todos os tiristores, o SCR é o que consegui dissipar maiores quantidades de calor. Por esse motivo é utilizado em inúmeras aplicações que envolvem elevadas correntes e/ou elevadas tensões.

Fig. 2 - Estrutura e símbolo do SCR.

O SCR é um retificador que pode ser controlado. Deste modo, a característica de um SCR deve ser semelhante à de um diodo. Esse comportamento pode ser observado nas curvas a seguir.

Fig. 3 - Gráficos da corrente em função da tensão de um diodo e um SCR.

Se fizermos uma análise idealizado do diodo podemos dizer que para VAK < 0, o diodo não conduz, sua corrente é nula e o dispositivo comporta-se como uma chave aberta. Quando a tensão VAK tende a tornar-se positiva, o diodo conduz, mantendo

VAK = 0. Nesta situação, que corresponde a uma chave fechada, a corrente do diodo somente será limitada através de alguma resistência que o conecte à fonte de alimentação.

Fazendo a mesma análise idealizada para o SCR nota-se que para um VAK < 0, o seu comportamento é semelhante ao de um diodo, impedindo a passagem de corrente. Em VAK = 0, diferente do diodo, o SCR não começa a conduzir, mantendo ainda uma impedância elevada nos seus terminais. Somente a partir do instante em que é aplicado um pulso de corrente no terminal de disparo chamado gatilho, é que o SCR passará à condução, exibindo uma resistência virtualmente nula nos seus terminais. Nesta condição, a corrente será, como no caso de um diodo, limitada por uma resistência que estiver em série com o SCR.

Analogia com dois transistores

Fig. 4 - Estrutura simplificada do SCR e analogia com dois transistores.

A Figura 4 mostra a estrutura simplificada de um SCR e a maneira como esta estrutura pode ser alterada de modo a transformá-lo em uma associação de dois transistores complementares, um PNP e outro NPN.

Esta configuração pode nos ajudar a analisar algumas possibilidades de disparo do SCR.

Métodos de disparo de um SCR

Disparo por pulso de gatilho

Esta é a forma usual de disparo. A seguir estudaremos outros métodos de disparo que na maioria das aplicação são indesejáveis. Se no circuito da figura abaixo mantivermos fixo VS em um dado valor, determinamos uma reta do carga par ao mesmo. Se aplicarmos em sinal no gate, de tal modo que o gate seja positivo em relação ao catodo, iremos disparar o SCR.

Fig. 5 - Circuito simplificado de disparo de um SCR.

Ao fecharmos a chave S, mesmo por um breve período de tempo,