Circuito de Comando com TCA785 Nikolas Libert
Aula 8 Manutenção de Sistemas Eletrônicos Industriais ET54A Tecnologia em Automação Industrial
Circuito de Comando – Dente de Serra
Circuito de Comando com Tensão de Referência Dente de Serra Para ajuste da tesão média na saída do retificador controlado o ângulo de disparo deve ser controlado com precisão.
+ vE -
Necessidade de sincronismo com a rede elétrica. + iG
R
–
vE
vS
vS -
α A tensão de entrada deve ser monitorada para controle de α. DAELT ● Nikolas Libert ●
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Circuito de Comando – Dente de Serra Circuito de Comando com Dente de Serra –
Utilizados para controle de disparo de tiristores.
–
Ajuste preciso do ângulo de disparo.
–
Necessidade de sincronismo com a rede elétrica.
–
Uso de onda de referência dente de serra. vS
-
+ iG
R
+ vE
vS -
vM
vT
vC
iG α
DAELT ● Nikolas Libert ●
π
2π
3π 3
Circuito de comando – Dente de Serra vp + v(ωt) iG
R
+ ωt
vS
-
●
●
●
●
É gerada uma onda triangular VT que é sincronizada com o ponto de cruzamento por zero da rede elétrica.
vS
A onda VT é comparada com uma tensão de referência VC. Se VT for maior que VC, o SCR é disparado.
vM
vT
vC ωt
iG
O ângulo de disparo será dado por: vC α=π vM DAELT ● Nikolas Libert ●
α
π
2π
3π
ωt
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Circuito de Comando – Dente de Serra Tensão de referência Dente de Serra x Cossenoidal Dente de Serra
vS
vM
vT α
π
vS
vC 2π
vM
vT 3π
Relação linear entre VC e o ângulo de disparo. –
Cossenoidal
α
π
vC 2π
3π
Relação linear entre VC e a tensão média na saída.
Embora o uso da tensão de referência cossenoidal seja vantajoso, dificilmente ele ocorre na prática devido à complexidade. DAELT ● Nikolas Libert ●
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Organização de Um Circuito de Comando Organização de Um Circuito de Comando
3
v(ωt)
vT
1
2
vα
4
vG
R
vTP
5
iG
vC 1)Sincronismo e geração do dente de serra vT. 2)Comparador. 3)Oscilador. Gera o trem de pulsos vTP. 4)Porta Lógica “E”. 5)Amplificação, isolamento e disparo (circuito de ataque). DAELT ● Nikolas Libert ●
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Organização de Um Circuito de Comando vp ωt
v(ωt)
3
vTP
vC
vα
vG
vT
1
2
4 vα
vM
vT
5
iG
α
π
vC 2π
3π
ωt
ωt
vTP ωt
1)Sincronismo e geração do dente de serra vT. 2)Comparador. 3)Oscilador. Gera o trem de pulsos vTP. 4)Porta Lógica “E”. 5)Amplificação, isolamento e disparo (circuito de ataque).
vG ωt
iG ωt
vR
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ωt 7
Circuito de Ataque Características Desejadas do Circuito de Ataque –
Amplificar o sinal do circuito de comando.
–
Isolar as etapas de comando e de potência.
–
Fornecer a corrente necessária para disparo do tiristor. (disparo dos tiristores é determinado por corrente e não tensão)
–
Impedir tensões negativas na junção gatilho-catodo do tiristor.
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Circuito de Disparo A vCC G
R3 D1
D3
DZ
D2
TP Isolação
R1
●
R2
vG
●
Amplificação
K
●
●
●
Proteção
TP: Transformador de pulsos. Isolação deve ser de 2 kV para aplicações com tensões inferiores a 600 V. D1 e DZ: Desmagnetização do transformador quando a chave abre. R3: Define a corrente que entrará na porta do SCR. D3: Impede que correntes fluam do anodo para a porta. D2: Impede tensões negativas entre porta e catodo na desmagnetização do transformador.
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Duração dos Pulsos de Gatilho Duração dos Pulso de Gatilho –
Para cargas muito indutivas, o atraso no aumento da corrente exige pulsos de gatilho com grande duração.
–
A corrente de gatilho IL não pode ser removida enquanto a corrente de retenção não for atingida. + v(ωt) iG
E
-
R
Δ t=
L⋅I L
+ vR -
–
O transformador de pulsos limita a largura máxima da corrente de gatilho.
–
É necessário o disparo com trem de pulsos. DAELT ● Nikolas Libert ●
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Módulo de Comando Integrado TCA785 Módulo de Comando Integrado TCA785 Circuito Integrado da Siemens com: –
Detector de zero.
–
Fonte interna de corrente para disparo do Tiristor.
–
Gerador de dente de serra.
–
Comparador.
–
Pulsos de gatilho com largura controlada.
–
Correntes de gatilho de até 250 mA.
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Módulo de Comando Integrado TCA785 Sincronismo com a rede. –
O TCA785 possui um detector de zero interno para sincronismo com a rede.
–
Exemplo de ligação do detector de zero. 220k
Pino 5
5
127 V 60 Hz
TCA785
1
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0,7 V -0,7 V
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Módulo de Comando Integrado TCA785 Gerador de Rampa. Definição de corrente: I + vC -
Δ Q Q f −Q i I= = Δt t f −t i
Considerando que o capacitor inicia descarregado:
Qf Q Qi=0 e t i=0 ⇒ I = = ⇒ Q=I⋅t tf t
A tensão no capacitor é proporcional à carga:
I Q=C⋅v C ⇒ v C (t)= ⋅t C vC
Quanto maior a corrente ou menor a capacitância mais alta a taxa de subida da tensão t DAELT ● Nikolas Libert ●
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Módulo de Comando Integrado TCA785 Gerador de Onda Triangular –
O TCA785 possui uma fonte de corrente para geração do sinal de rampa.
–
O resistor RR controla a corrente I da fonte.
I
1,1 v Ref I= RR
8
RR
10
9
TCA785 v Ref
O capacitor CR controla a taxa de subida da rampa.
CR
RR deve estar entre 3 kΩ e 300 kΩ. CR deve estar entre 500 pF e 1 μF. A máxima tensão possível no pino 10 será 2 V abaixo da tensão de alimentação.
, onde vRef é uma tensão de referência interna, de 3,1 V, gerada pelo CI.
O circuito de sincronismo interno descarrega o capacitor quando a tensão da rede cruza por 0 V. DAELT ● Nikolas Libert ●
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Módulo de Comando Integrado TCA785 Circuito comparador –
O TCA785 possui um comparador interno de tensão.
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O usuário deve aplicar uma tensão de controle vC no pino 11. Normalmente a tensão é gerada por um potenciômetro.
TCA785
vT
vS
vC vT
vS
α
vC π
2π
3π
Lógica invertida !
–
O pulso de gatilho é gerado quando a tensão de controle injetada for maior que a tensão do sinal dente de serra gerado. DAELT ● Nikolas Libert ●
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Módulo de Comando Integrado TCA785 Saídas defasadas. –
O TCA785 possui duas saídas. Uma (Q2) é disparada no semiciclo positivo e outra (Q1) no negativo.
–
A duração do pulso de gatilho pode ser controlada por um capacitor ligado ao pino 12. Para ligação em curto, o pulso tem duração máxima.
vp
vp
vT
vT
vC
Q2
Q2
Q1
Q1 Pino 12 aterrado.
vC
Pino 12 com capacitor. DAELT ● Nikolas Libert ●
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Módulo de Comando Integrado TCA785 Saídas defasadas. –
As duas saídas podem ser juntadas por meio de dois diodos.
–
O TCA785 não é capaz de gerar saídas com trem de pulsos.
–
Para disparo de tiristores isolados por transformador de pulsos a saída deve passar por uma porta E externa. A outra entrada da porta E deve ser ligada a um gerador de onda quadrada na frequência desejada.
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Módulo de Comando Integrado TCA785
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DAELT ● Nikolas Libert ●
VSYNC(5): Sinal da rede para sincronismo com zero. VS(16) E GND(1): Alimentação R9 (9): Resistor que determina corrente de carga do capacitor, que sairá pelo pino 10. C10 (10): Capacitor ligado a uma fonte de corrente. Gera o sinal dente de serra. V11(11): Tensão de controle, que será comparada com o sinal dente de serra. Quando o dente de serrá é maior, ocorre o disparo dos tiristores.
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Módulo de Comando Integrado TCA785 ●
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DAELT ● Nikolas Libert ●
Inhibit(6): Desabilita saídas. Q1(14), Q1(4): Saída de disparo para semiciclo negativo da rede e seu complemento. Q2(15), Q2(2): Saída de disparo para semiciclo positivo da rede e seu complemento. QU(3):Onda quadrada sincronizada com ângulo de disparo α. Para sincronismo com circuitos externos. QZ(7): Sinal correspondente à operação NÃO OU entre Q1 e Q2. C12(12): Capacitor para controle de largura dos pulsos de disparo. Pino 13: Estende as saídas negadas até próximo zero da rede. 19
Módulo de Comando Integrado TCA785
DAELT ● Nikolas Libert ●
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Módulo de Comando Integrado TCA785 Exemplo de Circuito com TCA785 (Ivo Barbi) 220V +15V 1M5 16 6
5K
11 8
13
5
Carga BAY61
15
TCA785 9 47K
10
14
180R
A2 A1
8nF
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Módulo de Comando Integrado TCA785 Exemplo (datasheet)
Tensão de alimentação gerada por diodo zener.
DAELT ● Nikolas Libert ●
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Referências BARBI, Ivo. Eletrônica de Potência, 6ª Edição, Ed. do Autor, Florianópolis, 2006. de ALMEIDA, J. L. A. Dispositivos Semicondutores: Tiristores Controle de Potência em CC e CA, 12ª Edição, Érica, São Paulo, 2010
DAELT ● Nikolas Libert ●
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