UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA CURSO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA
Disciplina de Eletrônica de Potência – ET66B Aula 11 – Tiristor SCR (Silicon (Silicon Controlled Rectifier) Rectifier) Retificador Controlado de Silício Prof. Amauri Assef
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Eletrônica de Potência – Tiristor SCR
Definição de Tiristor:
Diodo controlado pelo Gate – SCR (Silicon Controlled Rectifier) Desenvolvido em 1957 por engenheiros da Bell Telephone Laboratory (EUA) Tiristor é o nome genérico dado à família dos componentes compostos por 4 camadas semicondutoras (PNPN) Funcionam analogamente a um diodo, porém possuem um terceiro terminal conhecido como Gatilho (Gate ou Porta)
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Eletrônica de Potência – Tiristor SCR
Gate: responsável pelo controle da condução (disparo) Para um SCR conduzir, além de polarizado adequadamente, deve receber um sinal de controle no gatilho (pulso)
Aplicações:
Controles de relés, fontes de tensão reguladas, controle de motores, choppers (variadores de tensão CC), inversores CC-CA, ciclo-conversores (conversores de frequência) carregadores de baterias, circuitos de proteção, controles de iluminação e de aquecedores, etc. Conversão de grandes quantidades de potência em sistemas CC e CA, utilizando uma pequena potência para controle Chaveamento rápido Altos valores nominais de corrente e tensão Pequeno porte
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Eletrônica de Potência – Tiristor SCR
Exemplos com diversos encapsulamentos:
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Eletrônica de Potência – Tiristor SCR
Tiristor ideal e característica estática:
1 – Polarização reversa circuito aberto 2 – Polarização direta circuito aberto (sem disparo) 3 – Polarização direta circuito fechado (disparo) UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef
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Eletrônica de Potência – Tiristor SCR
VAC < 0 ou IG = 0 Representado pelos segmentos 1 e 2 (Bloqueio de tensões positivas e negativas) VAC > 0 e IG > 0 Representado pelos segmento 3 (Condução) VAC < 0 e IG > 0 Representado pelos segmento 1 (Bloqueio das tensões negativas)
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Eletrônica de Potência – Tiristor SCR
Característica estática real dos tiristores:
Curvas 1 e 2 – sem corrente de gatilho Curvas 1 e 3 – com corrente de gatilho 1 – Polarização reversa bloqueio 2 – Polarização direta bloqueio 3 – Polarização direta curto-circuito (disparo)
Tensão reversa de ruptura
Tensão direta de ruptura
Tensões máximas de bloqueio, tanto direta como inversa, são limitadas. UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef
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Eletrônica de Potência – Tiristor SCR
Circuito equivalente para o Tiristor:
Perdas por condução:
P = V T ( TO ) I Tmed + rT I Tef UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef
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Itmed - corrente média Itef - corrente eficaz 8
Eletrônica de Potência – Tiristor SCR
Características dinâmicas dos tiristores
Entrada em condução - no instante to o interruptor S é fechado
(a) Circuito para estudo do disparo do tiristor, (b) formas de onda do gate UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef
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Eletrônica de Potência – Tiristor SCR
Formas de onda para disparo do tiristor
Onde: ton - tempo de retardo tr - tempo de descida de VAC
t on = t d + t r 1µ s < t on < 5 µ s
ton depende da amplitude da corrente de gatilho e da velocida de crescimento da corrende de gatilho
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Eletrônica de Potência – Tiristor SCR
Características dinâmicas dos tiristores
Bloqueio do tiristor – tiristor T encontra-se conduzindo e no instante to o interruptor S é fechado
tq: tempo mínimo de aplicação de tensão reversa durante o processo de bloqueio (10μs < tq < 200μs)
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Eletrônica de Potência – Tiristor SCR
Retificador Monofásico Meia Onda a Tiristor (controlado) 1) Carga Resistiva Pura
Onde: v ( ω t ) = V m sen ( ω t ) = 2V o sen ( ω t Sendo: Vo = valor eficaz da tensão de alimentação UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef
)
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Eletrônica de Potência – Tiristor SCR
Formas de onda para carga R(pura):
Instante de disparo ωt = α UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef
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Eletrônica de Potência – Tiristor SCR
Formas de onda para carga R(pura):
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Eletrônica de Potência – Tiristor SCR
Tensão média na carga: V Lmed
1 = 2π
π
∫α
V med
2V 0 sen ( ω t )d ω t
1 = T
t0 +T
∫
f ( t )dt
t0
V Lmed = 0 ,225 V 0 (1 + cos α )
Corrente média na carga: I Lmed =
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V Lmed 0 ,225 V 0 (1 + cos α ) = R R
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Eletrônica de Potência – Tiristor SCR
Corrente eficaz na carga:
I Lef =
π
2
1 2π
∫α
2V 0 R
V sen 2 ( ω t )d ω t = 0 R
I Lef =
V0 R
1 α sen 2α − + 2 2π 4π
1
π
π
2 sen ( ω t )d ω t ∫
α
Potência média na carga: V 1 α sen 2α = o − + R 2 2π 4π 2
PR = RI Lef
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Eletrônica de Potência – Cálculo térmico
Exercício:
Calcular Rda para manter Tj < Tjmáxima , dados:
v ( ω t ) = 2 . 220 sen ( ω t ) f = 60 Hz R = 10 Ω α = 30 °
R jc = 2 °C / W ; R cd = 1 ° C / W ; T j = 180 °C ( Tvj ) VT ( TO ) = 0 ,85 V ; rT = 11 m Ω ; T a = 50 °C V Lmed = 0 ,225 V 0 (1 + cos α )
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I Lef
V0 = R
1 α sen 2α − + 2 2π 4π 17
