Eletrônica Industrial Avançada

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Eletrônica Industrial Avançada
Os componentes eletrônicos de potência utilizados nas indústrias possuem parâmetros diferenciados de outros componentes, com maiores capacidades de trabalho.
Semicondutores industriais :
Os componentes semicondutores utilizados na eletrônica industrial podem ser divididos em cinco tipos:
- diodos de potencia;
- tiristores ;
-transistor bipolar de potência;
- transistor MOSFET de potencia;
- transistor bipolar com gate isolado
A definição de qual componente deve ser utilizado em um projeto, depende de três fatores:
- Nível de potencia;
- Frequência de operação do conversor de potencia;
- Velocidade de chaveamento do componente
Cada dispositivo apresenta uma simbologia e uma curva característica em relação tensão e corrente, os dispositivos de potencia pode ser utilizados na eletrônica industrial podem ser operados como chave, pela aplicação de sinais de controle no terminal de gate de componentes de disparo ou na base dos transistores bipolares 
 
Para o controle da potencia elétrica e necessária conversão desta potencia através das características de chaveamento dos componentes, que permite a conversão de correntes continuas em alternada ou vice versa.
Especificações dos conversores:
Os conversores industriais podem ser classificados de acordo com as seguintes especificações:
-Conversores de corrente alternada para corrente continua
-conversores de corrente alternada para corrente alternada;
-conversores de corrente continua para corrente continua;
-conversores de corrente continua para corrente alternada
Os dispositivos de potência utilizados na eletrônica industrial podem ser operados como chave, pela aplicação de sinais de controle no terminal de "gate" dos componentes de disparo ou na base dos transistores bipolares.;
Parâmetros dos Componentes Industriais
De acordo com o diagrama de blocos mostrado, podemos visualizar todas as áreas da Engenharia Elétrica envolvidas na eletrônica industrial.
A: Gerenciador= microcomputadores, microcontroladores;
B:Circuito de disparo= DIAC,UJT, TCA780, PWM
C:Circuito de Potencia= Conversores: CA/CA, CA/CA, CC/CC, CC/CA
D: Cargas= iluminação, maquinas elétricas, fornos de aquecimento, eletroquímica
E:Controle = sensores e transdutores; tensão, corrente, velocidade, posição, temperatura
Os componentes eletrônicos de potência utilizados nas indústrias possuem parâmetros diferenciados de outros componentes.
Exemplo:
 Aplicações dos Tiristores Industriais
Curvas e Analogias de um SCR:
Tanto no diodo e scr, quando a tensão e negativa ou seja polarização reversa, ocorre o bloqueio e a corrente se torna nula, para qualquer tensão aplicada
No diodo quando rompe a barreira de potencial a tensão fica positiva e entra em condução, quando o diodo e polarizado diretamente ele funciona como curto, já no scr quando a tensão e positiva ele ainda permanece bloqueado não havendo corrente circulante, ele começara conduzir quando aplicar um pulso de disparo no seu gatilho, neste momento ele passa a conduzir comportando como um curto, então depois que aplicarmos pulso no gatilho do scr ele fica igual a um diodo. A diferença e que conseguimos controlar o momento em que o scr conduzira e quando será bloqueado o que não e possível fazer com o diodo
A corrente de gatilho pode ser retirada sem que o scr pare de conduzir
Tanto no diodo quanto no SCR, quando a tensão é negativa, ou seja, quando há polarização reversa, ocorre o bloqueio e a corrente se torna nula para qualquer tensão aplicada.
Métodos de Disparo de um SCR
 -Aplicação de pulso no gatilho
- Disparo por sobretensão
- Disparo por Variação de Tensão
Utilizando o modo de sobretensão, há um aumento da tensão entre o anodo e catodo quando o SCR está polarizado diretamente, com um aumento dos portadores minoritários.
O disparo por variação de tensão que e semelhante ao funcionamento de um capacitor, quando polarizamos diretamente o SCR a junção J2 fica reversamente polarizada formando um eeito semelhante um capacitor, os ions positivo fica de um lado e os ions negativo de outro como um capacitor carregado, neste modo mesmo que não acha um pulso no gatilho ao acionar a chave CH1 a capacitância na junção J2 exercera uma corrente de gatilho circulante, essa corrente matem T1 e T2 saturados, fazendo que o SCR entre em condução, este disparo e indesejado ele pode ser evitado por um circuito de proteção snubber, este circuito e formado pelo capacitor e resistor como abaixo:
Métodos de Comutação do SCR
Comutar um SCR significa cortar a corrente que ele conduz e impedir que retorne á condução.
Comutação Natural
Reduzimos a corrente dde anodo para um valor abaixo da corrente de manutenção, também conhecida por “hoding current” (Ih).
Na comutação natural, reduzimos a corrente de anodo para um valor abaixo da corrente de manutenção, também conhecida por "Hoding current" (IH).
Quando trabalhamos com corrente continua não tem semi siclos não havendo um ponto de zero Volts, neste caso tendo que fazer uma comutação forçada 
Características Gerais de um TRIAC
O TRIAC pode conduzir nos dois sentidos da corrente de polarização, entrando em condução de modo semelhante ao SCR
Quando analisamos a curva característica do TRIAC, podemos perceber que existe um pulso de gatilho tanto negativo quanto positivo.
Como o triac e bidirecional as definições anodo e catodo ficam sem sentido por isso utiliza :
 
Anodo1(MT1)
Anodo2(MT2)
Gatilho(G)
Modos de Disparo do TRIAC
O TRIAC opera em quatro quadrantes, ou seja, em cada variação que ocorre nos semiciclos da corrente alternada 
TRIAC Operando em Corrente Alternada
A sensibilidade ao disparo varia conforme o quadrante em virtude das diferenças nos ganhos de amplificação de corrente de cada situação 
O valor do resistor Rs deve ser projetado para garantir que o capacitor Cs seja completamente descarregado em cada ciclo de comutação, em um tempo reduzido quando comparado com o tempo de condução do TRIAC.
R2 e C1 circuito de proteção Snubber, proteção contra disparos acidentais 
Componentes Especiais de Disparo
 Ângulo de Disparo Defasado
O ângulo de disparo é definido como diferença entre o instante de cruzamento pelo zero e o instante de disparo do tiristor.
O ângulo de disparo deve ser maior que 90 graus em relação á tensão da rede.
No gráfico podemos visualizar a tensão de disparo, onde nota-se que o sinal está defasado em relação à tensão da rede elétrica.
Neste circuito o capacitor e responsável de atrasar a tensão da rede, o valor dessa defasagem depende da constante de tempo a qual e calculada:
t=(R1+R2)
Quando ajustamos o valor de R2 e possível variar o ângulo de defasagem da rede defasadora e com isso o ângulo de disparo do SCR .
A função do diodo D1 e garantir que acha corrente de gatilho apenas no semi ciclo positivo da rede, evitando perda desnecessária no gatilho SCR quando ele estiver bloqueado.
A função do diodo D2 e carregar o capacitor C1 com tensão negativa com isso a cada semi ciclo positivo o capacitor estará carregando a parti de uma tensão fixa o que manterá a regularidade do disparo.
Diodo "Shockley" de Quatro Camadas
Podemos dizer que o diodo "Shockley", que é um diodo de quatro camadas, é um SCR sem gatilho, projetado para disparar de acordo com uma determinada tensão.
Podemos dizer que o diodo "Shockley pode ser representado por dois transistores interligados um a outro
Um dispositivo especial para o disparo de tiristores.
Chave Unilateral de Silício (SUS)
E uma versão melhorada do diodo de quatro camadas 
A chave unilateral de silício é um circuito integrado, constituído internamente de transistores, diodos e resistores.
Chave Bilateral de Silício (SBS)
E a associação antiparalela de duas SUS. O seu disparo é feito em ambos os Semic ciclos, o que permite o disparo de componentes como o TRIAC
O valor do resistor Rs deve ser projetado para garantir que o capacitor Cs seja completamente descarregado em cada ciclo de comutação, em um tempo reduzido quando comparadocom o tempo de condução do TRIAC. 
Acopladores Ópticos
São circuito integrado capazes de isolar pulso de disparo, em sua constituição um acoplador optico possui um diodo emissor de luz infra vermelho e um foto detector, para o foto detector e utilizado transistor ou memo SCR ou Triac, veja na ilustração possibilidades de acopladores opticos: 
Para que o triac possa ser disparado o sistema digital deve fornecer nível logico 1 em uma das entradas. 
O valor do resistor Rs deve ser projetado para garantir que o capacitor Cs seja completamente descarregado em cada ciclo de comutação, em um tempo reduzido quando comparado com o tempo de condução do TRIAC. 
Sensores Especiais Utilizados na Indústria
Neste módulo veremos os sensores especiais utilizados na indústria. Mostraremos como funcionam os sensores de posição e movimento, os sensores de força e torque, os sensores de fumaça e gases, e os sensores de som e luz.
Sensores de Posição e Movimento 
Na indústria, alguns transdutores usam dispositivos sensores de posição para converter a temperatura, ou mesmo a pressão, em unidades elétricas, de forma a serem mensuradas.
Diante dos diversos processos que são utilizados na indústria, os sensores de posição e movimento estão presentes em equipamentos robóticos, operações de usinagem, laminadores, entre outros. 
Sensores de Força e Torque
A força é um termo que relaciona a massa de um objeto com a sua aceleração e atua através de seu centro de massa. Uma força é definida em termos de módulo, direção e sentido.
Uma força e definida em termos de modulo, direção e sentido, podendo ser expressa da seguinte forma:
Força(F)= massa(m) x aceleração (a)
O torque ocorre quando uma força que atua sobre um corpo tende a provocar sua rotação.
O torque é, por vez, denominado momento da força, podendo ser expresso pela seguinte formula:
Torque(t) = F x d
A força e o peso podem ser medidos por comparação, como em uma balança do tipo alavanca.
Uma balança de modulo de mola ou célula de carga pode ser usada para gerar um sinal elétrico, como é necessário na maioria das aplicações industriais.
Na indústria, dispositivos hidráulicos e pneumáticos podem ser utilizados para medir força, através de um circuito de monitoramento da pressão.
Os dispositivos piezoelétricos são elementos adequados para utilização como sensor de força, por produzirem uma carga elétrica entre as faces opostas de um cristal quando ele é deformado por uma força.
Sensores de Fumaça e Gases:
O monitoramento de fumaça, radiação e substâncias químicas é muito importante para o controle de processo, pois permite detectar a presença, a ausência ou o nível de impurezas, permitindo o controle das reações químicas.
Uma câmara de ionização é um detector de partículas ionizadas, que identifica a corrente de fuga entre duas placas, havendo uma tensão aplicada entre elas.
O sensor Taguchi é composto por uma camada de oxido de estanho que, ao combinar com os gases como hidrocarbonetos, fornece uma mudança na resistência elétrica.
O sensor tipo Taguchi é um dos mais utilizados para mensurar gases, embora no mercado exista uma grande variedade de sensores para essa aplicação .
Sensores de Som e Luz:
Como as ondas sonoras são ondas de pressão que se propagam através do ar, sólidos, líquidos e gases, elas podem ser utilizadas para medir diversos itens na indústria.
Microfones – convertem os sinais de sons em sinais elétricos.
Fotocélulas – convertem a intensidade da luz em sinais elétricos.
LEDS,”laser” – emitem luz.
Reguladores:
No processo industrial, o controle de certos gases é de suma importância para as tarefas que serão realizadas. Os gases utilizados nos processos industriais, na maioria das vezes, ficam armazenados nas plantas, em tanques de alta pressão.
Os reguladores são dispositivos que conseguem controlar a vazão destes gases, permitindo sua distribuição com segurança no ponto de utilização.
Tipos de reguladores:
-controlados por mola;
-controlados por peso
-controlados por pressão;
Válvulas de Segurança:
As válvulas podem ser controladas de forma elétrica, pneumática ou hidráulica, e existem dois tipos de atuadores utilizados no controle de vazão, que são as válvulas globo e borboleta.
Estas válvulas possuem uma mola em seu interior, a qual permite regular o nível de pressão e, quando o nível, é excedido, a válvula se move para cima, permitindo o escape do excesso de vapor.
O tipo de tampão utilizado na válvula é selecionado de acordo com a operação que será realizada.
Se as variações de carga são lineares, um tampão linear deve ser utilizado.
Porem, se as mudanças de carga não são lineares, um tampão com características não lineares deve ser empregado.
Reguladores de Nível:
Os reguladores de nível podem ser constituídos por um arranjo simples de uma boia e uma válvula, onde sensores capacitivos são empregados para que haja o controle remoto.
A leitura dos fluidos pode ser feita por sensores capacitivos que coletam o nível do material analisado
Dispositivos Magnéticos de Controle:
Geralmente, a energia para alimentação de atuadores é gerada próxima ao ponto de utilização, evitando perdas nos terminais de conexão e impedindo que altas corretes das conexões de retorno com o terra circulem no circuito controlador , minimizando assim os níveis de “offset” e ruido.
Os contatores são projetados para comutação de correntes e tensões elevadas, para aplicações de controle de motores
Em virtude do isolamento fornecido pelo relé entre os circuitos de acionamento e o motor, a fonte de alimentação para o motor pode ser de corrente contínua ou alternada.
Exemplo Prático - Entendendo o Funcionamento do TRIAC	
A utilização dos TRIACs substituem com grandes vantagens os relés na maior parte dos casos.