ATIVIDADE PRÁTICA E PRÍNCIPIOS DE FÍSICA MODERNA

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CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER
ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA
BACHARELADO EM ENGENHARIA elétrica
disciplina eletrônica de potência 
Atividade Prática de Eletrônica de potência
aluno: Lucas Botelho Ferreira
Profa. Ma. Eliane Silva Custódio
lucas do rio verde/mt
2022 
SUMÁRIO
RESUMO	i
1	INTRODUCAO	1
 1.1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA....................................................................................1
1.2	OBJETIVOS	4
1.2.1	Objetivo geral	6
1.2.2	Objetivos específicos	7
2	METODOLOGIA	15
3	resultados e discussões	16
4	CONCLUSÕES	16
5	AGRADECIMENTOS	16
6	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	17
RESUMO
Essa atividade tem como intuito colocar em prática todos os conceitos abordados na disciplina de eletrônica de potência, aplicando uma atividade prática usando tiristores.
Palavras-chave: Tiristor, SCR, DIAC, TRIAC.
Abstract: Tiristor, SCR, DIAC, TRIAC.
i
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1. INTRODUCAO
Essa atividade tem como intuito colocar em prática todos os conceitos abordados na disciplina de eletrônica de potência, aplicando uma atividade prática usando tiristores, realizando os cálculos para descobrir em quais ângulos serão efetuados os disparos, analisando com osciloscópio os gráficos no simulador online de circuitos MultiSIM.
0. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
O nome tiristor engloba uma família 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 difundido é o SCR (Retificador Controlado de Silício), 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 Silício) é um diodo controlado de silício. Este componente faz parte da família dos tiristores. Os tiristores são uma família de componentes que possuem em comum a característica do disparo, que será explicada mais a diante. O SCR é construído por quatro camadas de material semicondutor: PNPN ou NPNP. Ele possui três terminais, chamados anodo, cátodo e gatilho. A Figura 1 mostra o símbolo usado para representá-lo.
 
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 característico, 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 valor, ao comportamento de uma lâmpada de neon. Na Figura 2 temos o símbolo desse componente
 
O DIAC é normalmente usado para disparar TRIACs e SCRs 
O TRIAC funciona como um interruptor controlado e apresenta as mesmas características funcionais de um SCR. No entanto, ele possui a vantagem de poder conduzir nos dois sentidos de polarização. A Figura 3 mostra sua simbologia.
 
A Figura 4 mostra a curva característica real de um TRIAC.
 
O TRIAC entra em condução de modo análogo ao SCR, ou seja: - Disparo por gatilho, ou seja, quando for aplicada uma corrente de gatilho; - Disparo por sobretensão, ou seja, quando VAK ultrapassa a tensão de breakover sem pulso no gatilho; - Disparo por variação de tensão; - 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 negativo, ambos em relação a MT1. c) Disparo no 3° quadrante – o terminal MT2 está negativo e o terminal G está negativo, 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.
 
OBJETIVOS
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.. 
Considerando que este TRIAC possui módulos iguais de corrente de disparo (IGT= 50 mA) para o 1° e o 3° quadrantes, podemos calcular em quais ângulos serão efetuados os disparos. Para isso, vamos considerar que a queda de tensão típica de disparo entre G e MT1 é VGT = 1,2 V.
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.
Objetivo geral
Prática aplicada TRIAC controlando fase de uma carga resistiva. Observe o circuito a seguir da Figura 8:
Dados Verificado no datasheet do TRIAC temos IGT = 10 mA e VGT = 2,0 V
a) Calcule os valores do resistor fixo R1 para disparo do TRIAC em 10°, 20°, 30°, 60° e 90° em relação à tensão da rede.
Exemplo: Disparo em 10° Eq. (1)
 
Equação exemplo (1)
 
Preencha a tabela com os outros valores calculado através da fórmula dada:
	Ângulos de Disparo (α)
	R1 (Ω)
	10°
	5203
	20°
	10441
	30°
	15365
	60°
	26744
	90°
	30912
Tabela 01 – Cálculo dos ângulos de disparo do TRIAC 
B) Simule o circuito da letra A para cada ângulo (10°, 20°,30°, 60° e 90°) e disponibilize a forma de onda medida.
O valor entre os cursores foi de 505,42µ que equivale mais ou menos aos 10º calculados.
Figura 9 - Disparo em 10°
O valor entre os cursores foi de 888,89µ que equivale mais ou menos aos 20º calculados.
Figura 10 - Disparo em 20°
O valor entre os cursores foi de 1.3662m que equivale mais ou menos aos 30º calculados.
Figura 11 - Disparo em 30°
O valor entre os cursores foi de 2.1481m que equivale mais ou menos aos 60º calculados.
Figura 12 - Disparo em 60° 
O valor entre os cursores foi de 2.8012m que equivale mais ou menos aos 90º calculados.
Figura 13 - Disparo em 90°
C) Um DIAC é um diodo de corrente alternada. Geralmente ele é utilizado como dispositivo 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. Geralmente 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 acordocom o circuito dimmer da Figura 14. Neste contexto analise o circuito a seguir:
Figura 14 – 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 possível 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 14)
Acesse o seguinte circuito no multisim online:
https://www.multisim.com/content/apFtGGBH6iZoibCz99VVWk/diac-triac/open/
Ajuste o potenciômetro para conseguir disparos maiores que 90°, salve a tela do osciloscópio do Multisim e copie no seu relatório. Colocar pelos menos 3 formas de ondas de disparos maiores que 90° no relatório. Na figura deve estar claro o valor medido com os cursores:
Figura 15 - Disparo em 97°
Figura 16 – Potenciômetro ajustado em 51%
Figura 17 - Disparo em 100°
Figura 18 – Potenciômetro ajustado em 55%
 
Figura 19 - Disparo em 111°
Figura 20 – Potenciômetro ajustado em 65.5%
Objetivos específicos
· Calcular e desenvolver corretamente as condições propostas, analisar e comparar os resultados obtidos.
· Avaliar as curvas e ângulos de disparo dos TRIAC contido nos circuitos, e visualizar em qual momento a porta do TRIAC é acionada, se condiz com os valores calculados através de fórmulas exemplo e explicada na disciplina. 
METODOLOGIA
Para a realização dos experimentos com osciloscópio será utilizado o simulador online de circuitos MultiSIM Live, cujo acesso deverá ocorrer através do site: www.multisim.com.
Para usar o multisim on-line foram utilizados os circuitos links seguinte com os valores obtidos nos cálculos e disparo por rede defasadora o TRIAC com ângulos maiores que 90° e 270°, variação percentual do potenciômetro: 
https://www.multisim.com/content/g3AZA4pnr53yxFfNvyPALb/triac1/open/
https://www.multisim.com/cotent/apFtGGBH6iZoibCz99VVWk/diac-triac/open/
equações 
Cálculo dos ângulos disparo dos TRIAC:
Disparo em 20° Eq. (2)
RX = = 
RX = 10441 Ω
Disparo em 30° Eq. (3)
RX = = 
RX = 15365 Ω
Disparo em 60° Eq. (4)
RX = = 
RX = 26744 Ω
Disparo em 90° Eq. (5)
RX = = 
RX = 30912 Ω
resultados E discussão
Através de cálculos, como os desenvolvidos e apresentado neste experimento, os tiristores são utilizados cada vez mais e requisitados em sistemas eletrônicos de potência. Fazendo com que a sua aplicação facilite os controles de equipamentos de alta complexidade e torna um diferencial na aplicação da vida profissional. 
CONCLUSÕES
Nesta atividade prática foram realizados os experimentos com o programa Multisim, aproximando a teoria com a prática experimental. Foram realizadas as simulações propostas com os comandos no Multisim, e acompanhado os resultados através de gráficos, melhorando assim o nosso aprendizado na teoria com a prática durante as atividades realizadas. Visto que este desafio foi crucial para podermos estarmos adquirindo mais conhecimento acadêmico e profissional, todo aprendizado aqui será aplicado na vida profissional.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente agradeço a Deus pela minha saúde e persistência, agradeço a Professora: Eliane Silva Custódio, pelo ensino de qualidade, aula ao vivo que facilitou o desenvolvimento desta atividade prática, pela resposta via tutoria e material compartilhado. Por último e importante, a minha família pela motivação e acreditar em mim.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
AHMED, A. Eletrônica de potência. São Paulo: Pearson, 2000.
Exemplo para disparo do TRIAC em 10°. Disponível em: https://www.multisim.com/content/g3AZA4pnr53yxFfNvyPALb/triac1/open/ Acesso em: 30 out. 2022.
Exemplo ajuste do potenciômetro para conseguir disparos o TRIAC maiores que 90°. Disponível em: https://www.multisim.com/content/apFtGGBH6iZoibCz99VVWk/diac-triac/open/ Acesso em: 30 out. 2022.
RASHID, M. H. Eletrônica de potência. Dispositivos, circuitos e aplicações. 4ª Ed. São Paulo: Pearson, 2014.
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