1 - APRESENTAÇÃO TRAB TUTORIA

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CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER
ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA
BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
DISCIPLINA DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
ESTUDO PRÁTICO E DE MODELAGEM DE CIRCUITOS
ELÉTRICOS CONTENDO TIRISTORES - DIAC E TRIAC
RENATO ROQUE PAIXÃO
PROFa Me ELIANE SILVA CUSTÓDIO
VITÓRIA - ES
2021
Sumário
Resumo
Lista de Figuras ii
Lista de Tabelas iii
1 Introdução 1
1.1 Fundamentação Teórica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.2 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.2.1 Objetivo Geral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.2.2 Objetivo Espećıfico . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2 Metodologia 14
2.1 Desenvolvimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3 Procedimentos Experimentais 20
3.1 Prática Aplicada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4 Conclusão 31
5 Agradecimentos 32
Referências 33
i
Resumo
Este trabalho descreve a modelagem de circuitos elétricos contendo Tiristores - DIAC
e TRIAC. Para tais modelagens, serão utilizados ferramentas de simulação para com-
provação de resultados teóricos e softwares de prototipagem para construção de um mo-
delos reais e obtenção dos seus gráficos de sáıda.
Os resultados obtidos na prática serão comparados com os teóricos, afim de se obter
a confirmação do correto funcionamento do sistema e consolidar o conhecimento sobre o
assunto.
Palavras Chaves:Tiristores, DIAC e TRIAC.
Abstract
This paper describes the modeling of electrical circuits containing Thyristors - DIAC
and TRIAC. For such modeling, simulation tools will be used to prove the theoretical
results, and prototyping software will be used to build real models and obtain their output
graphs.
The results obtained in practice will be compared with the theoretical ones, in order to
obtain confirmation of the correct operation of the system and consolidate knowledge on
the subject.
Keywords:Thyristors, DIACs and TRIACs.
ii
Lista de Figuras
1 SCR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2 Simbolo do DIAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3 TRIAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4 Curva de um TRIAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
5 Quatro quadrantes de operação de um TRIAC . . . . . . . 18
6 Circuito de controle de onda completa com TRIAC . . . . 18
7 Forma de onda de tensão VR sobre a carga . . . . . . . . . 20
8 Controle de tensão em carga resistiva . . . . . . . . . . . . 20
9 Ângulo de disparo de 2◦ no Scilab . . . . . . . . . . . . . . 21
10 Ângulo de disparo de 15◦ no Scilab . . . . . . . . . . . . . 22
11 Ângulo de disparo de 30◦ no Scilab . . . . . . . . . . . . . 22
12 Ângulo de disparo de 60◦ no Scilab . . . . . . . . . . . . . 23
13 Ângulo de disparo de 90◦ no Scilab . . . . . . . . . . . . . 23
14 TRIAC MultiSim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
15 Disparo do TRIAC com ângulo de 2◦ . . . . . . . . . . . . 25
16 Disparo do TRIAC com ângulo de 15◦ . . . . . . . . . . . 26
17 Disparo do TRIAC com ângulo de 30◦ . . . . . . . . . . . 26
18 Disparo do TRIAC com ângulo de 60◦ . . . . . . . . . . . 26
19 Disparo do TRIAC com ângulo de 90◦ . . . . . . . . . . . 27
20 Dimmer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
21 Medida da tensão sobre a carga . . . . . . . . . . . . . . . 28
22 Dimmer no MultiSim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
23 Dimmer em funcionamento no MultiSim . . . . . . . . . . 29
24 Disparo do TRIAC com ângulo de 120◦ . . . . . . . . . . . 29
25 Disparo do TRIAC com ângulo de 140◦ . . . . . . . . . . . 30
26 Disparo do TRIAC com ângulo de 160◦ . . . . . . . . . . . 30
iii
Lista de Tabelas
1 Valores de Rx para disparos de diferentes ângulos . . . . . 24
1
1 Introdução
Uma breve história da eletricidade industrial e da eletrônica de potência
A eletricidade
José Antenor Pomilio
23 de julho de 2012
A eletricidade, como tema de investigação cient́ıfica remonta ao século XVIII. A
produção de eletricidade, ao longo de quase todo o século XIX provinha essencialmente
de reações eletroqúımicas, fontes de Corrente Cont́ınua (CC), graças às descobertas de
Alessandro Volta que em 1800 criou a primeira bateria pelo empilhamento de camadas al-
ternadas de zinco, papelão embebido em salmoura, e prata. Este arranjo não foi o primeiro
dispositivo para criar eletricidade, mas foi o primeiro a emitir uma corrente constante e
duradoura.
As pesquisas durante a primeira metade do século XIX resultaram nas descobertas
das leis fundamentais do eletromagnetismo.
Os prinćıpios básicos da indução eletromagnética foram descobertos no ińıcio de 1800
por Oersted, Gauss e Faraday. Em 1820, Hans Christian Oersted e André Marie Ampère
tinham descoberto que uma corrente elétrica produz um campo magnético.
As descobertas de Michael Faraday e Joseph Henry, de forma autônoma, em 1831,
fazendo a vinculação dos fenômenos elétricos aos magnéticos abriu as portas para outras
formas de produção de energia elétrica, em maior quantidade e, portanto, à aplicação
2
produtiva da eletricidade.
Poucos anos depois, conhecida a propriedade de campos eletromagnéticos interagi-
rem entre si, produzindo ação mecânica, começaram os desenvolvimentos dos motores
elétricos1 . Muitos pesquisadores estiveram envolvidos nessa atividade, de modo que é
dif́ıcil identificar de maneira adequada a invenção do primeiro motor CC, até porque isso
depende de como se possa definir o que venha a ser um ”motor”.
O desenvolvimento dos motores CC começa com Faraday, passando por Henry que,
em 1831 publicou artigo descrevendo um dispositivo que se movia, baseado na alternância
de alimentação de bobinas colocadas na parte móvel do aparato.
Em 1832, William Sturgeon realiza o primeiro dispositivo motor com comutador.
3
Prinćıpio de operação do motor de Sturgeon.
Seguiram-se os trabalhos realizados por Emily e Thomas Davenport, produzindo uma
patente em 18375 , levando ao aperfeiçoamento do motor CC com comutador. Não havia,
no entanto, suprimento de energia adequado para estes dispositivos.
Em 1873, Zenobe Gramme inventa o d́ınamo (gerador CC). Ao conectar duas destas
máquinas em paralelo, sendo que apenas uma era acionada mecanicamente, observou que
uma delas passara a rodar e desenvolver torque em seu eixo, ou seja, atuava como motor.
Assim, usando uma mesma estrutura construtiva de máquina elétrica, criou uma versão
próxima ao atual motor CC.
Tinha-se, assim a possibilidade de gerar eletricidade em quantidades adequadas para seu
uso industrial.
Durante a década de 80 do século XIX, impulsionado pelos trabalhos e investimentos
4
de Thomas Edison, amplia-se a produção e o aproveitamento da eletricidade em sua forma
CC.
Em 1888, Nikola Tesla inventa o motor de indução. Energia em corrente alternada
(CA) pode ser produzida pelo próprio d́ınamo, eliminando-se o estágio retificador rea-
lizado pelo comutador. As vantagens do uso de CA para transmissão e distribuição de
energia elétrica fizeram desta tecnologia a responsável pela formidável expansão da ele-
trificação a partir do final do século XIX.
5
O funcionamento dos motores CA em velocidade constante, no entanto, impediam seu
uso em aplicações que exigiam alteração na velocidade, como em véıculos (trens, bondes,
etc.) ou alguns processos industriais, como laminadoras. Nestas aplicações, o motor CC
mantinha seu predomı́nio, exigindo o fornecimento de energia em corrente cont́ınua, em
potências relativamente elevadas.
6
O ińıcio da eletrônica
No ińıcio do século XX, a partir de experimentos realizados por Edison, que introduziu
um eletrodo com potencial positivo em sua lâmpada de filamento para evitar que houvesse
deposição de material no bulbo, Ambrose Fleming 11 identificou a capacidade deste dis-
positivoatuar como retificador, ou seja, converter uma alimentação CA em CC. Uma vez
que a produção de eletricidade se faz em CA, essa invenção possibilitou o processamento
da energia elétrica de forma a se adequar às cargas CC.
Foram também desenvolvidos outros dispositivos retificadores, como as válvulas a arco
de mercúrio 12, mais adequadas a aplicações de potência elevada, devido à maior capa-
cidade de condução de corrente devido ao plasma criado pelo arco. Seu uso permitiu
substituir os grupos motores geradores para produção de corrente cont́ınua necessária aos
sistemas de tração.
Nos anos 20 do século passado surgiu a Thyratron 13, que não é um dispositivo à
vácuo, uma vez que seu interior é ocupado por algum gás, responsável por ampliar a
quantidade de ı́ons e, em consequência, a capacidade de condução de corrente. Seu com-
portamento é o de um interruptor que é acionado por um terminal de disparo.
7
Com este dispositivo foi posśıvel aprimorar os processos alimentados em CC pois se
tornou viável o ajuste do valor da tensão e/ou corrente por meio de uma retificação con-
trolada.
8
Da eletrônica de estado sólido à Eletrônica de Potência
Em 194716, John Bardeen e Walter Brattain, que trabalhavam na Bell Telephone La-
boratories, estudavam o comportamento de elétrons na interface entre um metal e um
semicondutor. Ao fazer dois contatos muito próximos um do outro, criaram um disposi-
tivo de três terminais com capacidade de amplificação.
Bardeen e Brattain receberam o Prêmio Nobel de F́ısica de 1956, juntamente com Wil-
liam Shockley, ”por suas pesquisas em semicondutores e descoberta do efeito transistor”.
Shockley tinha desenvolvido um transistor de junção, que foi constrúıdo em camadas finas
de diferentes tipos de material semicondutor.
Esta invenção resultou um enorme esforço de pesquisa em dispositivos eletrônicos de
estado sólido.
Ao longo dos anos 50 17 os trabalhos se concentraram na substituição do Germânio
pelo Siĺıcio como elemento sobre o qual se construir os dispositivos semicondutores. As
propriedades do Siĺıcio são muito superiores às do Germânio (no que tange à realização de
tais dispositivos), permitindo obter maior capacidade de bloqueio de tensão e de condução
de corrente.
9
Os primeiros transistores tinham como principal aplicação a amplificação de sinais.
Embora muito mais eficientes do ponto de vista energético em comparação com as válvulas,
a aplicação em potências elevadas não era posśıvel.
O alto rendimento exigido no processamento da energia elétrica faz com que os disposi-
tivos atuem como interruptor quando, idealmente, não dissipam potência pois apresentam
ou tensão nula (quando conduzem) ou corrente nula (quando abertos). A transição de
um estado a outro, idealmente, deve ser instantânea.
O primeiro dispositivo de estado sólido, que marca o nascimento do campo tecnológico
a que denominamos Eletrônica de Potência é o SCR (Retificador Controlado de Siĺıcio),
denominação dada pela General Electric, em 1958 [2,3]. Tratavase de um dispositivo que
tem o mesmo comportamento biestável da thyratron. Por tal razão, a denominação que
se estabeleceu para este dispositivo componente foi Tiristor.
10
O domı́nio sobre os processos de purificação do siĺıcio, aliado ao aprofundamento dos
conhecimentos sobre os fenômenos da f́ısica do estado sólido e dos processos microe-
letrônicos permitiu, ao longo dos anos 60 e 70 o aumento na capacidade de controle de
potência dos tiristores, atingindo valores na faixa de MVA.
Não houve, nesta fase, novas aplicações, mas principalmente a substituição de outros
dispositivos pelos tiristores, com ganhos de rendimento e de desempenho, principalmente
como retificador (conversor CA-CC) no acionamento de motores CC.
Em sistemas com alimentação CC, como em trens e trólebus, o uso dos tiristores
enfrentou dificuldades, dada a incapacidade deste dispositivo ser desligado por ação do
terminal de comando (gate). Foram desenvolvidas estratégias para possibilitar tal tipo de
aplicação. São do ińıcio dos anos 60 os circuitos de comutação idealizados por William
McMurray [4] que permitiam o uso do tiristor em CC, bem como a obtenção de uma
sáıda CA a partir da entrada CC. Tais inversores permitiriam a substituição de motores
CA por motores de indução em aplicações de velocidade variável. A complexidade desses
circuitos inversores e os problemas de confiabilidade restringiram fortemente as aplicações
destes circuitos.
A primeira aplicação ferroviária de conversores eletrônicos de potência aconteceu no
Japão em 1969, com o controle do enrolamento de campo (por meio de conversor CC-CC)
11
dos motores CC de tração. No Brasil, a modernização dos transportes aconteceu a partir
dos sistemas metroviários no final dos anos 70, ainda baseados em motores CC e conver-
sores CC-CC. A primeira aplicação comercial de motor de indução em tração ferroviária
ocorreu em 1982 [3].
As técnicas de comutação forçada de tiristores cáıram em desuso nos anos 80, com o
desenvolvimento do GTO (Gate Turn-Off thyristor), que permitia tanto o disparo quando
o bloqueio controlado. Os GTOs dominaram até o final do século XX as aplicações de
tração com alimentação CC, sejam com motores CC ou motores CA.
Outro campo que se beneficiou do desenvolvimento dos tiristores foi o sistema de
transmissão de energia elétrica por meio de linhas em corrente cont́ınua de alta tensão,
envolvendo retificadores e inversores. A instalação do sistema CC para trazer energia da
parte paraguaia de Itaipu (gerada em 50 Hz) até o sudeste do Brasil (onde se converte em
60 Hz) ocorreu nos anos 80. Ainda na área do sistema elétrico, surgiram dispositivos de
compensação, como os reatores controlados a tiristor (RCT) ou o TCSC (Thyristor Con-
troled Series Compensator), instalado no ińıcio deste século na interligação dos sistemas
norte (Tucurúı) ao sistema sul [5].
12
Ao longo dos anos 60 e 70 as aplicações eletrônicas, principalmente na área de com-
putação, cresceram vertiginosamente. O suprimento de energia para sistemas espaciais,
computadores, bem como para uso residencial e comercial, como reatores para lâmpadas
fluorescentes e televisores, exigiam soluções mais eficientes, leves e compactas. Nesta
direção, houve grande evolução dos transitores, não mais para operar como amplificador
(na região ativa) mas para funcionar como interruptor.
Diferentemente dos tiristores que, por seu modo de funcionamento se adequam à ali-
mentação CA, os transistores têm sua melhor aplicação a partir de fontes CC. Ao desen-
volvimento dos transistores bipolares de potência somou-se a evolução dos transistores de
efeito de campo, principalmente o MOSFET (Metal-Oxide Silicon Field Effect Transis-
tor), resultando, no final dos anos 80 no surgimento do IGBT (Insulated Gate Bipolar
Transistor).
O elevado ganho de rendimento obtido com os tiristores, em comparação com as
soluções anteriores não veio acompanhado de aumento na densidade de potência dos
conversores, uma vez que os dispositivos continuavam a operar em 50/60 Hz. A dispo-
nibilidade de transistores com capacidade de comutar na faixa de dezenas ou centenas
de kHz tornou posśıvel uma grande redução no volume dos transformadores, indutores
e capacitores utilizados nos conversores, minimizando o espaço requerido pelas fontes de
alimentação dos equipamentos.
Inicialmente com transistores bipolares (anos 70), passando pelos MOSFET (a partir
dos anos 80) em aplicações de baixa tensão, chegando aos IGBTs nos anos 90, em uma
faixa de tensão e frequência capaz de alimentar cargas na faixa de MVA, as fontes chavea-
das e os inversores (conversores alimentados em CC) tiveram um enorme desenvolvimento
em termos de desempenho e confiabilidade.
O sucesso dosinversores, ao permitir o controle de velocidade dos motores de indução,
a partir dos anos 90, praticamente eliminou o uso dos motores CC de escovas. É certo
que ainda existem muitas aplicações com tais motores, mas os processos de troca de
13
equipamentos sempre apresentam vantagens para o uso dos motores CA associados aos
inversores.
Outras estruturas de motores, como o motor de relutância variável, os motores de
passo, os motores CC sem escovas (DC brushless) necessitam de um conversor eletrônico
para seu funcionamento. Conjuga-se, deste modo o desenvolvimento dos sistemas de aci-
onamento ao de eletrônica de potência de maneira irreverśıvel.
O direcionamento atual da Eletrônica de Potência tem sido em busca de processos de
aproveitamento de energia mais ecologicamente adequados. Os usos de energia fotovol-
taica, eólica, do hidrogênio, carecem de um processamento eletrônico para sua adequação
às cargas.
Apesar dos imensos progressos da microeletrônica (já tendo se tornado nanoeletrônica),
do ponto de vista dos dispositivos de potência, aparentemente se está no limite da capa-
cidade do siĺıcio em termos de bloqueio de tensão e de condução de corrente. A quebra
dos atuais limites destas grandezas, que permitiria ampliar as aplicações, parece depender
do desenvolvimento de novos materiais semicondutores, como carbetos de siĺıcio, ou ni-
treto de gálio, capazes de ampliar o campo elétrico suportável, diminuir perdas, facilitar
o fluxo do calor interno, etc. [6]. Quem sabe, daqui a uns 10 anos tenhamos um novo e
importante caṕıtulo nessa história.
14
1.1 Fundamentação Teórica
Essa atividade foi desenvolvida através dos estudos dos manuais e apostilas do AVA,
dos programas MultiSim e Scilab para a realização dos cálculos propostos que foi adqui-
rido através de download gratuito na internet.
A sistemática do trabalho consiste em modelar circuitos elétricos de eletrônica de
potência contendo Tiristores: DIAC e TRIAC. Os Tiristores são responsáveis pelo au-
mento e/ou diminuição da carga elétrica. Este tipo de ligação resulta em uma chave
eletrônica bidirecional capaz de conduzir a corrente elétrica nos dois sentidos.
O DIAC é um dispositivo semicondutore eletrônico que conduz corrente apenas após
a tensão de disparo ser atingida (ou tensão de ruptura) e para de conduzir quando a
corrente elétrica cai abaixo de um valor caracteŕıstico, chamada de corrente de corte, ou a
tensão cai abaixo da tensão de ruptura. Este comportamento é o mesmo nas duas direções
de condução de corrente.
Os TRIACs são dé um componente eletrônico semelhante a dois retificadores controla-
dos de siĺıcio (SCR/tiristores) ligados em antiparalelo, porém com construção que permite
operação com um único terminal de disparo (”gate”).
1.2 Objetivos
Essa atividade tem como intuito colocar em prática todos os conceitos abordados na
disciplina de eletrônica de potência, aplicando uma atividade prática usando tiristores.
1.2.1 Objetivo Geral
Realizar a análise de dois circuitos de Tiristores contendo DIAC e TRIAC, aplicado
a análise de malha e equacionamentos necessários, com a ajuda do software gratuitos
MultiSim e Scilab, executando os procedimentos experimentais sugeridos para alcançar
os resultados esperados através dos cálculos.
1.2.2 Objetivo Espećıfico
Desenvolver os cálculos e simulações propostos na atividade, analisar os resultados
atingidos e descrever todos os passos no relatório.
2 Metodologia
Para a realização dos experimentos será utilizado o simulador online de circuitos Mul-
tiSIM Live, cujo acesso deverá ocorrer através do site: www.multisim.com.
15
Com intuito de aprendizagem, recomendo que acessem ao site https://www.tinkercad.com/
e utilizem o Thinkercad para simular os circuitos utilizando uma protoboard e entender
o funcionamento da mesma.
2.1 Desenvolvimento
A atividade prática é baseada no uso dos tiristores, componentes amplamente usados
na indústria na área de eletrônica de potência.
O nome tiristor engloba uma famı́lia de dispositivos semicondutores que operam em
regime chaveado, tendo em comum uma estrutura de 4 camadas semicondutoras numa
sequência p-n-p-n, apresentando um funcionamento biestável. O tiristor de uso mais di-
fundido é o SCR (Retificador Controlado de Siĺıcio), usualmente chamado simplesmente
de tiristor. Outros componentes, no entanto, possuem basicamente a mesma estrutura:
LASCR (SCR ativado por luz), TRIAC (tiristor triodo bidirecional), DIAC (tiristor diodo
bidirecional), GTO (tiristor comutável pela porta), MCT (Tiristor controlado por MOS),
IGCT (Tiristor controlado com gate isolado).
O dispositivo SCR (Sillicon Controlled Rectifier ou Retificador Controlado de Siĺıcio)
é um diodo controlado de siĺıcio. Este componente faz parte da famı́lia dos tiristores.
Os tiristores são uma famı́lia de componentes que possuem em comum a caracteŕıstica
do disparo, que será explicada mais a diante. O SCR é constrúıdo por quatro camadas
de material semicondutor: PNPN ou NPNP. Ele possui três terminais, chamados anodo,
cátodo e gatilho. A Figura 1 mostra o śımbolo usado para representá-lo.
Figura 1: SCR
O DIAC, ou Diode for Alternating Current, é um gatilho bidirecional, ou diodo que
conduz corrente apenas após a tensão de disparo ser atingida, e para de conduzir quando
a corrente elétrica cai abaixo de um valor caracteŕıstico, chamada de corrente de corte.
Este comportamento é o mesmo nas duas direções de condução de corrente. A tensão de
disparo é por volta dos 30 volts para a maioria destes dispositivos. Este comportamento
é de certa forma similar, porém mais precisamente controlado e ocorrendo em menor
16
valor, ao comportamento de uma lâmpada de neon. Na Figura 2 temos o śımbolo desse
componente
Figura 2: Simbolo do DIAC
O DIAC é normalmente usado para disparar TRIACs e SCRs.
O TRIAC funciona como um interruptor controlado e apresenta as mesmas carac-
teŕısticas funcionais de um SCR. No entanto, ele possui a vantagem de poder conduzir
nos dois sentidos de polarização. A Figura 3 mostra sua simbologia.
Figura 3: TRIAC
A Figura 4 mostra a curva caracteŕıstica real de um TRIAC.
17
Figura 4: Curva de um TRIAC
O TRIAC entra em condução de modo análogo ao SCR, ou seja:
1. Disparo por gatilho, ou seja, quando for aplicada uma corrente de gatilho;
2. Disparo por sobretensão, ou seja, quando VAK ultrapassa a tensão de breakover
sem pulso no gatilho;
3. Disparo por variação de tensão;
4. Disparo por aumento de temperatura.
Em condução, a queda de tensão entre os terminais MT1 e MT2 geralmente está entre
1 e 2 V. O TRIAC pode ser disparado tanto por pulso positivo, quanto por pulso negativo.
Isso não consegue ser explicado pela analogia a dois SCRs em anti-paralelo, já que o SCR
só é disparado por pulso positivo em relação ao seu cátodo.
Existem quatro modos diferentes para disparo de um TRIAC, operando em quatro
quadrantes. Tomando-se MT1 como referência, os quatro quadrantes são definidos pela
polaridade de MT2 e o gatilho (G) em relação a MT1. A seguir são detalhados estes
quatro modos de disparo.
a) Disparo no 1° quadrante – os terminais MT2 e gatilho (G) estão positivos em relação
a MT1.
b) Disparo no 2° quadrante – o terminal MT2 está positivo e o terminal G está nega-
tivo, ambos em relação a MT1.
18
c) Disparo no 3° quadrante – o terminal MT2 está negativo e o terminal G está nega-
tivo, ambos em relação a MT1.
d) Disparo no 4° quadrante – o terminal MT2 está negativo e o terminal G está
positivo, ambos em relação a MT1. Logo, a corrente entra em G. A Figura 5 apresenta
os quatro quadrantes de operação de um TRIAC.
Figura 5: Quatro quadrantes de operação de um TRIAC
No 1° e 3° quadrantes, obtêm-se maior sensibilidade de disparo para o TRIAC em
relação às outras possibilidades. No 4°quadrante, a sensibilidade é pequena; e no 2°
quadrante, é ainda mais reduzida, devendo ser utilizada somente em TRIACs concebidos
especialmente para este fim. Portanto, o disparo de um TRIAC não é simétrico, ou seja,
não dispara nas mesmas condições para os quatro quadrantes.
A Figura 6 mostra um circuito de controle de onda completa utilizando TRIAC.
Figura 6: Circuito de controle de onda completa com TRIAC
Considerando que este TRIAC possui módulos iguais de corrente de disparo (IGT =
50mA) para o 1° e o 3° quadrantes, podemos calcular em quais ângulos serão efetuados
19
os disparos. Para isso, vamos considerar que a queda de tensão t́ıpica de disparo entre G
e MT1 é VGT = 1, 2V .
IGT =
VREDE − VGT
R1
(1)
Sendo
VREDE = Vp.senα (2)
Substituindo (2) em (1)
IGT =
Vp.senα− VGT
R1
(3)
Organizando a equação (3), temos:
IGT .R1 = Vp.senα− VGT
IGT .R1 + VGT = Vp.senα
senα =
IGT .R1 + VGT
Vp
α = sen−1(
IGT .R1 + VGT
Vp
) (4)
Aplicando os valores das variáveis em (4), obtemos o valor do ângulo desejado
α = sen−1(
47.50.10−3 + 1, 2
127
√
2
) = 1, 132558253 ≈ 1, 13◦
Portanto, o TRIAC irá disparar em 1,13° (1° quadrante) e em 181,13° (3° quadrante).
É importante lembrar que o TRIAC bloqueia quando o sinal de corrente entre os terminais
MT1 e MT2 passa pelo zero da senoide. No caso deste circuito, como a carga (lâmpada
incandescente) é puramente resistiva, a tensão passa por zero no mesmo instante da
corrente, ou seja, a tensão e a corrente estão em fase. Neste circuito a lâmpada receberá
praticamente todo o ciclo de onda, de acordo com a Figura 7.
20
Figura 7: Forma de onda de tensão VR sobre a carga
3 Procedimentos Experimentais
3.1 Prática Aplicada
TRIAC controlando fase de uma carga resistiva.
Observe o circuito a seguir da Figura 8:
Figura 8: Controle de tensão em carga resistiva
Dados IGT = 50 mA (1º e 3º quadrantes) VGT = 2,0 V (1º e 3º quadrantes)
a) Calcule os valores do resistor fixo R1 e da resistência variável (potenciômetro) R2
para disparo do TRIAC em 2°, 15°, 30°, 60° e 90° em relação à tensão da rede.
Exemplo: Disparo em 2°.
Pela segunda lei de Kirchhoff, temos:
21
VREDE −Rx.IGT − VGT = 0 (5)
Organizando a equação (5) em função de Rx
VREDE − VGT = Rx.IGT
Rx =
VREDE − VGT
IGT
(6)
Sendo VREDE = Vrms
√
2senα, fazendo a sua substituição em (6), vem
Rx =
Vrms
√
2senα− VGT
IGT
(7)
Substituindo os valores dados em (7) encontra-se o valor de Rx para o disparo em 2
◦
Rx =
127.
√
2.sen(2)− 2
0, 05
= 85, 36256755 ≈ 85, 4Ω
Simulação do disparo no Scilab com ângulo de 2◦
Figura 9: Ângulo de disparo de 2◦ no Scilab
De forma análoga, utilizando a equação (7), podemos calcular os valores dos disparos
para os demais ângulos, segue
Disparo em 15°:
Rx =
127.
√
2.sen(15)− 2
0, 05
= 889, 7045256 ≈ 889, 7Ω
22
Simulação do disparo no Scilab com ângulo de 15◦
Figura 10: Ângulo de disparo de 15◦ no Scilab
Disparo em 30°:
Rx =
127.
√
2.sen(30)− 2
0, 05
= 1.756, 051224 ≈ 1.756, 1Ω
Simulação do disparo no Scilab com ângulo de 30◦.
Figura 11: Ângulo de disparo de 30◦no Scilab
Disparo em 60°:
Rx =
127.
√
2.sen(60)− 2
0, 05
= 3.070, 851973 ≈ 3.070, 9Ω
23
Simulação do disparo no Scilab com ângulo de 60◦.
Figura 12: Ângulo de disparo de 60◦ no Scilab
Disparo em 90°:
Rx =
127.
√
2.sen(90)− 2
0, 05
= 3.552, 102448 ≈ 3.552, 1Ω
Simulação do disparo no Scilab com ângulo de 90◦.
Figura 13: Ângulo de disparo de 90◦ no Scilab
A tabela 1 apresenta os dados obtidos utilizado a equação (7)
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Tabela 1: Valores de Rx para disparos de diferentes ângulos
Ângulo de
Disparo
Rx (Ω) R1(Ω) R2(Ω)
2º 85,4 50 35,4
15º 889,7 50 839,7
30º 1.756,1 50 1.706,1
60º 3.070,9 50 3,020,9
90º 3.552,1 50 3.502,1
A tabela 1 mostra que os valores de R1 são fixos para todo e qualquer ângulo de dis-
paro do TRIAC. Sendo os valores de R2 encontrados ao calcular Rx −R1.
De acordo com a Tabela 1 podemos esboçar o gráfico da variação de Rx em relação ao
ângulo de disparo.
0 20 40 60 80
0
1
2
3
Ângulo de disparo
R
x
/1
00
0
b) Desenhe as formas de Onda da tensão sobre a carga para cada ângulo: 2°, 15°, 30°,
60° e 90.
Para realização da simulação no MultiSim é necessário a montagem do circuito indi-
cado na figura 8.
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Figura 14: TRIAC MultiSim
Após montagem no circuito mostrado na figura 14, é realizada a sua devida pro-
gramação referente aos valores dos ângulos em V1 e sua correspondente percentual em R2.
Em seguida, é colocado as pontas de prova e dado ińıcio a plotagem gráfica referente a
cada valor solicitado, segue os valores aproximados
Exemplo: Disparo em 2°
Figura 15: Disparo do TRIAC com ângulo de 2◦
Disparo em 15◦ com 60% no MultiSim
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Figura 16: Disparo do TRIAC com ângulo de 15◦
Disparo em 30◦ com 40% no MultiSim
Figura 17: Disparo do TRIAC com ângulo de 30◦
Disparo em 60◦ com 20% no MultiSim
Figura 18: Disparo do TRIAC com ângulo de 60◦
Disparo em 90◦ com 0% no MultiSim
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Figura 19: Disparo do TRIAC com ângulo de 90◦
Com a plotagem dos gráficos fica indicado que o movimento da curva gráfica é uma
senoide com oscilação no ângulo de disparo - tipo salto - quanto maior for a angulação do
disparo, menor será a porcentagem de sua inclinação no gráfico, sendo melhor percebido
nas figuras 18 e 19.
c) Um DIAC é um diodo de corrente alternada. Geralmente ele é utilizado como dispo-
sitivo de disparo do TRIAC. Basicamente, trata-se de um TRIAC sem gatilho. Portanto,
ele só dispara quando a tensão aplicada sobre ele atinge as tensões de disparo VD. Ge-
ralmente este valor se encontra entre 20 e 40 volts. Trata-se de um dispositivo simétrico,
ou seja, ele possui as mesmas condições de disparo tanto para o 1°, quanto para o 3°
quadrantes. Portanto, ele corrige o problema de antissimétria de disparo do TRIAC, de
acordo com o circuito dimmer da Figura 9. Neste contexto analise o circuito a seguir:
Figura 20: Dimmer
O capacitor C1 atrasa a tensão aplicada sobre o DIAC. Então, é comum dizer que se
trata de disparo por rede defasadora. Portanto, torna-se posśıvel disparar o TRIAC com
ângulos maiores que 90° e 270°, pois a tensão sobre o capacitor, atrasada em relação à
tensão da rede, é quem vai disparar o DIAC e, consequentemente, o TRIAC (Figura 10).
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A medida deve ser realizada sobre a carga, conforme Figura 11:
Figura 21: Medida da tensão sobre a carga
Colocar pelos menos 3 formas de ondas de disparos maiores que 90◦ no relatório.
Inicia-se com a montagem do circuito da figura 20 no MultiSim, como visto na figura
22. Após a montagem do circuito é colocado as pontas de provas (ponteiras do osci-
loscópio) conforme figura 21 e, em seguida, deve-se programar o MultiSim para realização
de simulações com ângulos obtusos.
Figura 22: Dimmer no MultiSim
Circuito em funcionamento
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Figura 23: Dimmer em funcionamento no MultiSim
As simulações serão referentes aos ângulos de disparos de 120◦, 140◦ e 160◦, respecti-
vamente.
Disparo em 120◦ com 60% no MultiSim
Figura 24: Disparo do TRIAC com ângulo de 120◦
Disparo em 140◦ com 40% no MultiSim
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Figura 25: Disparo do TRIAC com ângulo de 140◦
Disparo em 160◦ com 20% no MultiSim
Figura 26: Disparo do TRIAC com ângulo de 160◦
Com a simulação nota-se uma diminuição da amplitude da onda senoidal com a va-
riação do ângulo de disparo. Resultado da despolarização do TRIAC e da repolarização
do DIAC.
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4 Conclusão
Este trabalho apresentou a modelagem e construção circuitos contendo Tiristores:
DIAC e TRIAC. O sistema foi constrúıdo em malha aberta e foram analisadas as respos-
tas do sistema.
Os valores obtidos foram satisfatórios para a consolidação do conhecimento através de
atividades teóricas e da ferramenta computacional validando o experimento.
Os desafios enfrentados neste projeto, vão desde de uma topologia que apresenta um
certo grau de complexidadeaté a sua simulação nos softwares MultiSim e Scilab que apre-
sentam certas dificuldades. São várias variáveis a serem manipuladas no processo, para
uma construção que funcione de forma plena.
O ponto forte deste trabalho foi a aplicação de muitos conhecimento desenvolvidos ao
longo de vários anos, mostrando que o conhecimento adquirido na faculdade é de extrema
importância para o desenvolvimento de qualquer projeto.
As falhas cometidas foram um grande aprendizado, pois mostraram que também
através do erro que é posśıvel desenvolver o conhecimento.
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5 Agradecimentos
Desejo exprimir os meus agradecimentos a todos aqueles que, de alguma forma, per-
mitiram que esta atividade prática se concretizasse.
Em primeiro lugar quero agradecer ao Profa Me. Elaine Silva Custódio, do Centro
Universitário Internacional, por ter proposto esta atividade e, ter acreditado em mim e
nas minhas capacidades. Agradeço ainda o trato simples, correto e cient́ıfico, com que
sempre abordou as nossas tutorias de trabalho, sem nunca ter permitido que o desalento
se instalasse, mesmo quando as coisas não corriam bem. Agradeço-lhe ainda o tema do
trabalho, que sempre me aliciou, o que fez, a maioria das vezes, conseguir ultrapassar
dificuldades surgidas.
Aos meus colegas de curso, da Escola Superior Politécnica da UNINTER, quero
agradecer-lhes os momentos, por vezes, magńıficos, que passamos nos grupos do what-
sapp. Agradeço o bom conv́ıvio, as boas discussões e, a alegria que por vezes se instalava.
E, finalmente agradeço, à minha famı́lia:
- Aos meus pais, que decerto teriam ficado felizes por este momento.
A Maria, minha tia, com amor, pelo permanente incentivo e preocupação com que
sempre acompanhou este meu trabalho. Agradeço ainda a paciência e amor demonstra-
dos nos meus momentos menos bons.
A todos os meus sinceros agradecimentos
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Referências
[1] Eletrônica de Potncia. Dispositivos, Circuitos e Aplicações, author=Rashid, Muham-
mad H, journal=Tradução de L. Abramowicz, year=2014.
[2] Ashfaq Ahmed. Eletrônica de potência, ed, 2000.
[3] Devair Aparecido Arrabaça and Salvador Pinillos Gimenez. Eletrônica de potência:
conversores de energia (CA/CC): teoria, prática e simulação. Saraiva Educação SA,
2016.
[4] Ivo Barbi. Eletrônica de potência: Projeto de fontes chaveadas. Ediçao do autor, 2007.
[5] L BOYLESTAD. Nashelsky. dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos, 2013.
[6] Daniel W Hart. Eletrônica de potência: análise e projetos de circuitos. McGraw Hill
Brasil, 2016.
[7] Albert Malvino and David J Bates. Eletrônica: Diodos, Transistores e Amplificadores–
Série Tekne. AMGH Editora, 2011.
[8] Ned Mohan. Eletrônica de potência. Curso Introdutório. São Paulo: LTC, 2014.
[9] José Antenor Pomilio. https://www.yumpu.com/pt/document/view/12562570/breve-
historia-da-eletricidade-industrial-e-da-eletronica-de-dsce, 23 jul. 2012. Access date: 9
out. 2021.