1236900 UNIDADE III

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PUCMINAS – Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais 
Instituto Politécnico – IPUC 
Curso: Eng. Eletrônica e de Telecomunicação 
Prof. Flávio Maurício de Souza 
 
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NOTAS DE AULAS 
 
 
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA I 
 
 
UNIDADE III – CONVERSORES CA/CC 
 CONTROLADOS 
 RETIFICADORES CONTROLADOS 
 
 
 
 
 
 
Prof. Flávio Maurício de Souza 
 21/2017
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3.1 – INTRODUÇÃO 
 
Os circuitos retificadores controlados são basicamente equivalentes aos 
retificadores não controlados substituindo os diodos por SCR – retificador 
controlado de silício. O objetivo destes retificadores é controlar a tensão média de 
saída sem variar a tensão AC de entrada. Para isto é necessário variar o ângulo 
de disparo dos SCR´s o que é obtido através de um circuito auxiliar capaz de 
gerar pulsos adequados e sincronizados com a rede AC de entrada que serão 
aplicados ao gatilho dos SCR´s do circuito retificador. Da mesma forma que os 
não controlados, podemos ter também as configurações monofásicas e polifásicas 
nas versões meia onda e onda completa. 
 
3.2 – CARACTERÍSTICAS DOS TIRISTORES – SCR, TRIAC E GTO 
 
 A) RETIFICADOR CONTROLADO DE SILÍCIO - SCR 
 
Estrutura interna e circuitos equivalentes 
 
 
 
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Considerando a analogia com transistores, podemos ter: 
 
Considerando somente S1 fechada, (Ig = 0 e VAA < VBO) 
 
Ic1 = 1 Ie1+ Icbo1 ; como Ie1 = IA  Ic1 = 1 IA + Icbo1 (1) 
 
Ic2 = 2 Ie2+ Icbo2 ; como Ie2 = IK = IA  Ic2 = 2 IA + Icbo2 (2) 
 
Como Ic1 + Ic2 = IA  IA = 1 IA + Icbo1 + 2 IA + Icbo2 
 
IA - 1 IA - 2 IA = Icbo2+ Icbo1  IA = (Icbo2+ Icbo1) / [1 – (1 + 2)] (3) 
 
 
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Como temos T1 e T2 cortados, Ic1 = Ic2 = 0 
Então IA = Icbo2+ Icbo1 dependendo somente das componentes de fuga dos dois 
transistores. Portanto, para somente S1 fechada, temos: 
 
VA = VAA e IA = 0  SCR bloqueado 
 
Observando a expressão 3, para que IA dependa somente da carga devemos 
fazer (1 + 2) tender para 1, assim IA tenderá para . 
Para atingir este objetivo, devemos aumentar Ic1 e Ic2 
Desta forma, teremos os seguintes valores: 
 
VA = 0 e IA = VAA / RL  SCR conduzindo 
 
O objetivo de qualquer método de disparo é proporcionar esta condição: (1 + 2) 
 1 
 
Métodos de disparo 
 
1) Disparo pelo gatilho 
 
Mantendo S1 fechada e fechando S2, teremos as seguintes situações: 
T2 começa a conduzir pois Ig = Ib2 (anteriormente Ib2 = 0), consequentemente 
T1 também entra em condução pois surge Ic1 e Ic2. A partir deste ponto Ib2 
fica maior porque no ponto X Ig soma-se com Ic1 e faz T2 conduzir mais pois 
aumentou o valor de Ib2. 
Deste modo a cada ciclo desse processo de realimentação teremos um 
aumento da condução de T1 e T2 com um consequentemente aumento de Ic1 
e Ic2 implicando em aumento de 1 e 2. 
Quando a condição de (1 + 2) = 1 for alcançada, teremos atingindo o disparo 
do SCR. 
Após esta situação acontecer a corrente Ig pode ser retirada que o processo 
de realimentação mantém o SCR disparado. Sendo assim a corrente Ig pode 
ser retirada ou seja pode-se abrir S2 que o SCR permanecerá no estado 
ligado. Portanto, RG, S2 e VGG podem ser substituídos por um circuito 
gerador de pulsos, cuja duração do pulso seja suficiente somente para iniciar o 
processo de realimentação. Na prática basta Ter duração suficiente para que a 
corrente Ia alcance o valor de IL corrente de latching ou de travamento. 
 
2) Disparo por sobretensão (Ig = 0) 
 
À medida que se aumenta a tensão VA, este aumento reflete-se totalmente em 
“d2” uma vez que “d1” e “d3” estão polarizados diretamente. Haverá um valor 
de tensão VA = VBO que o campo elétrico da junção reversamente polarizada, 
acelera os portadores minoritários que a cruzam, a tal ponto que um fenômeno 
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de avalanche se estabelece provocando um aumento da corrente de anodo. 
Este procedimento, nem sempre destrutivo, raramente é utilizado na prática 
devido ao elevado valor de VBO. 
 
 
3) Disparo por transiente de tensão (dv/dt) 
 
Em um SCR em polaraização direta, sem aplicação de um pulso de disparo, 
verifica-se que uma das junções está reversamente polarizada (“d2”), havendo 
portanto uma distribuição de cargas nas proximidades desta junção. Pode-se 
associar a esta distribuição de cargas (carga armazenada) um efeito 
capacitivo. A grosso modo diríamos que na junção existe um capacitor 
carregado (Cag). 
A relação entre a corrente e a tensão em um capacitor é ic = Cdv/dt. Isto 
significa que só teremos uma corrente Ic se ocorrer uma variação instantânea 
na tensão. Se isto ocorrer, O SCR poderá ser disparado pois esta correntes 
será injetada no gatilho. Como este transiente ocorre aleatoriamente, este 
método de disparo é indesejável e portanto deve ser evitado. Para protegê-lo, 
coloca-se um circuito RC em paralelo cujo valor do capacitor é maior do que 
Cag. Este circuito é denominado de Snubber 
 
 
4) Disparo por aumento de temperatura 
 
A corrente de fuga em dispositivos de silício, dobra a cada aumento de 10C 
na temperatura. Verifica-se observando a expressão (3) que se ocorrer um 
aumento considerável da temperatura, haverá um aumento de (Icbo2+ Icbo1), 
possibilitando o estabelecimento da ação regenerativa que faz (1 + 2) 
tender para 1, disparando o SCR. 
 
5) Disparo por luz 
 
Este tipo de disparo só ocorre para SCR’s especiais denominados de LASCR. 
A incidência de energia radiante sob a forma de fótons sobre uma “janela” 
adequadamente colocada no SCR, pode dispará-lo. 
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A justificativa para este disparo é que a radiação incidente provoca o 
aparecimento de pares elétrons-lacunas que irão aumentar a corrente de fuga 
que já circula pela junção fazendo com que (1 + 2) tenda para 1, 
estabelecendo a ação regenerativa que dispara o SCR. 
 
Os tempos de ligamento e desligamento dos SCR são relativamente elevados, o 
que produz consideráveis perdas por comutação. Por isso, a utilização de SCRs é 
restrita a aplicações de frequência não muito elevadas. 
A necessidade de circuitos de comutação forçada e a menor velocidade são as 
grandes desvantagens dos SCRs. Nos dias de hoje, devido aos avanços na 
tecnologia dos transistores de potência MOSFET e IGBT, o SCR tem sua 
utilização restrita a circuitos retificadores de linha, relés de estado sólido e 
conversores de altíssimas potências (na casa das dezenas de MVA), como 
transmissão de energia CC em alta tensão (HVDC), acionamento de grandes 
motores de vários MVA, etc. 
A tabela a seguir ilustra resumidamente as características de alguns 
dispositivos. 
 
 
Código VRRM / VDRM ITAV VT tq 
Tiristores de linha 
30TPS16 1600V 20A 1,3V 110s 
180RKI80 800V 180A 1,35V 100s 
ST1230C16 1600V 1745A 1,62V 200s 
Tiristores Rápidos 
IRFK7212 1200V 71A 2,40V 25s 
SKFH150/8 800V 150A2,45V 20s 
 
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B) GATE TURN OFF – TIRISTOR GTO 
 
O GTO é um tiristor que possui capacidade de desligamento através do 
terminal de gate. Seus símbolos mais comuns e sua característica estática v x i 
idealizada estão mostrados na Figura 2.10. 
a) GTO b) Característica Estática
A
K
G
v
AK
i
A
0
ON/OFF
A
K
G
 
 
 
Assim como o SCR, basta um pulso de corrente positiva em seu gate para 
o ligamento, o qual é mantido mesmo após retirada a corrente de gate. O GTO 
também desliga caso a corrente de anodo caia abaixo do valor mínimo de 
manutenção (IH). 
Para efetuar o desligamento do GTO, um pulso de corrente negativa deve 
ser aplicado no gate. Embora o GTO não necessite de circuitos de comutação 
forçada como os SCRs, a corrente que deve ser aplicada ao gate para efetuar o 
desligamento é grande, apenas de 2 a 5 vezes menor do que a corrente de anodo 
a ser comutada. Isto faz com que os circuitos de acionamento de gate sejam 
maiores, mais complexos e mais caros, o que é uma séria desvantagem. Além 
disso, os GTOs não toleram altas taxas de crescimento da tensão (dv/dt), o que 
traz a necessidade da utilização obrigatória de circuitos snubbers de 
desligamento. A partir de certo valor da corrente de anodo o controle do 
desligamento pelo gate é perdido, portanto cuidados devem ser tomados para que 
sobrecorrentes não estejam presentes. Em outras palavras: o GTO é capaz de 
suportar surtos de corrente mas não é capaz de corta-los através do gate. A 
capacidade de bloqueio de tensão no sentido reverso é muito pequena, isto é, o 
GTO praticamente não é capaz de bloquear tensões negativas. 
A queda de tensão direta dos GTO é ligeiramente maior do que a dos 
SCRs (de 2V a 3V), e a capacidade de controle de potência é quase tão elevada 
quanto: existem GTOs capazes de bloquear vários kilovolts e conduzir vários 
kiloamperes. Os tempos de desligamento são menores do que o dos SCRs 
(tipicamente de 5 a 25s), de maneira que os GTOs podem operar em frequências 
maiores. 
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Devido a essas características, os GTOs somente são utilizados em 
aplicações de altíssimas potências (vários MVA), como em choppers e inversores 
trifásicos para tração elétrica, por exemplo. 
. A tabela abaixo mostra resumidamente as características de alguns 
dispositivos. 
 
Tabela 2.4 
Código VDRM ITAV VT tq dv/dt(cr) 
FG1000BV-90BA 4500V 400A 4V 20s 1000V/s 
FG6000AU-120D 6000V 1500A 6V 30s 1000V/s 
 
 
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3.3 - RETIFICADORES MONOFÁSICOS CONTROLADOS 
 
 
 
A) RETIFICADOR MONOFÁSICO DE MEIA-ONDA (carga R+L+E) 
 
 
 
 
 
VOMED = (1/2) [ E dt + VMAX Sent dt + E dt] 
 
 VOMED = VMAX / 2 [ (Cosd – Cos e) + a(d +2 -e)] 
 
onde a = E/ VMAX 
 
OBS.: 
 
 1 < d < 2  polarização direta do SCR 
 1 = ArcSen a 
 2 = 180 - 1 
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DESENVOLVIMENTO DO ÁBACO DE PUSCHLOWSKI 
 
Considerando o retificador monofásico controlado de meia onda, abaixo: 
 
Teremos durante a condução do SCR 
𝑣𝑠 = 𝑉𝑚𝑎𝑥 𝑆𝑒𝑛𝜔𝑡 = 𝑅𝑖𝑜 + 𝐿
𝑑𝑖𝑜
𝑑𝑡
+ 𝐸 
 
Esta é uma equação diferencial cuja solução é da forma: 
𝑖𝑜 =
𝑉𝑚𝑎𝑥
𝑍
 𝑆𝑒𝑛(𝜔𝑡 − 𝜑) −
𝐸
𝑅
+ 𝐴 𝑒−
𝑅𝑡 
𝐿 
 
𝑉𝑚𝑎𝑥
𝑍
 𝑆𝑒𝑛(𝜔𝑡 − 𝜑)  Componente alternada defasada de  
𝐸
𝑅
  Componente contínua 
𝐴 𝑒−
𝑅𝑡 
𝐿  Componente exponencial decrescente 
 
As condições de contorno estabelecem o valor da constante A. 
 
Assim, a forma final de io, incluindo d (o ângulo de disparo) será: 
𝑖𝑜 =
𝑉𝑚𝑎𝑥
𝑍
[ 𝐶𝑜𝑠𝜑. 𝑆𝑒𝑛(𝜔𝑡 − 𝜑) −
𝐸
𝑉𝑚𝑎𝑥
] + 
𝑉𝑚𝑎𝑥
𝑍
[
𝐸
𝑉𝑚𝑎𝑥
− 𝐶𝑜𝑠𝜑. 𝑆𝑒𝑛(𝜃𝑑 − 𝜑)]𝑒
𝜔𝑡−𝜃𝑑
𝑡𝑔𝜑 ] 
 
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O ângulo de corte  será encontrado para t =  onde io = 0 e 𝑎 = 
𝐸
𝑉𝑚𝑎𝑥
 
Assim: 
[ 𝐶𝑜𝑠𝜑. 𝑆𝑒𝑛( − 𝜑) − 𝑎] + [𝑎 − 𝐶𝑜𝑠𝜑. 𝑆𝑒𝑛(𝜃𝑑 − 𝜑)]𝑒
−𝜃𝑑
𝑡𝑔𝜑 ] = 0 
 
Equação transcendental do tipo: 
 
f( d,, Cos,a) = 0  Solução numérica ou ábaco de Puschlowski. 
 
O ábaco permite encontrar quaisquer variáveis conhecendo-se as outras três. 
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1º EXERCÍCIO 
 
a) Utilizando o ábaco de Puschlowski, preencha a tabela abaixo: 
 
d e a Cos 1 2 
120 0 0 
 190 0,4 0,4 
100 160 0,6 
70 230 0,6 
 240 0,2 0,2 
 
b) Sendo dados, E = 35,92 Volts, Vs = 127v/60 Hz, R = 5, d = 60, qual 
deverá ser o valor de L que provoque o bloqueio do SCR em 214 em um 
RM1/2 onda? 
 
c) Faça o esboço dos gráficos de Vo e Io, sendo dados Vs = 127v/60 Hz, E = 
107,76V, R = 12  , L = 23,87mH e d = 70 para um RM1/2 onda. 
 
d) Considerando o retificador monofásico de meia onda no qual R = 15, L = 
91,16 mH, E = 107,76 V alimentado pela rede de 127 V/60 Hz e o SCR 
disparando em 100, pede-se: 
 os valores de 1 e 2 
 o valor de e 
 o valor de VOMED 
 o valor de IOMED 
 
 
 
B) RETIFICADOR MONOFÁSICO DE ONDA COMPLETA (carga R+L+E) 
 
 
 
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VOMED = 2x (1/2) [ VMAX Sent dt + E dt] 
 
 VOMED = VMAX /  [ (Cosd – Cos e) + a(d + -e)] 
 
 
 
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Regimes de condução de corrente na carga: 
 
 Descontínuo  a corrente na carga se anula durante um intervalo (exemplo 
acima) 
(d +) > e 
 O SCR corta quando a corrente de carga se anula 
 
 Contínuo  a corrente na carga nunca se anula 
 (d +) < e 
 O SCR corta com o disparo do outro 
 
 Crítico  a corrente na carga se anula exatamente quando um SCR é 
disparado cortando aquele que estava conduzindo. A corrente na carga só se 
anula por um instante. 
 (d +) = e 
 
 
Portanto, somente para condução contínua ou crítica de corrente na carga, 
teremos: 
 
 Mesma forma de onda de tensão na carga  (d +) = e 
 
 VOMED = VMAX /  [Cosd – Cos (d +)] 
 = VMAX /  [(2 Cosd)] 
 
VOMED = 2VMAX / (Cosd)PUCMINAS – Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais 
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2º EXERCÍCIO 
 
a) Considere o circuito e os dados abaixo. Pede-se : 
 o regime de condução de corrente na carga 
 a forma de onda de tensão na carga 
 o valor de Vomed 
 alterar o regime de condução de corrente sem alteração da carga 
 a forma de onda de tensão na carga e sobre um dos SCR para o caso 
anterior 
 
DADOS 
Vs = 127 V/60 Hz 
d = 90 
R = 10 ; L= 60mH; E=36 Volts 
 
 
 
 
 
 
 
 
b) Simule o circuito acima e comprove os resultados encontrados 
 
 
 
 
 
 
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3.4- RETIFICADORES POLIFÁSICOS CONTROLADOS 
 
A) RETIFICADOR TRIFÁSICO DE MEIA-ONDA – (carga R+L+E) 
 
Funcionamento 
 
O circuito acima é um conversor bidirecional em tensão e unidirecional em 
corrente, podendo funcionar como retificador (Vmed>0) e como inversor não 
autônomo (Vmed<0). 
 
O valor médio da tensão, corrente e potência de saída varia segundo o ângulo de 
disparo dos scr’s. 
 
O circuito de comando deve ser tal que permita deslocar os pulsos de disparo em 
relação ao sistema trifásico de referência (rede). 
 
Este circuito deve enviar 3 pulsos defasados entre si de 120°, podendo-se 
deslocar cada um desses pulsos de 0° a 180° de uma maneira contínua. 
 
Considerando a carga com características R+L+E, podemos ter três regimes de 
funcionamento do conversor: 
 Condução contínua  a corrente io se mantém devido a indutância da 
carga, durante todo o período num valor não nulo. 
 Condução descontínua  a corrente se anula e permanece nula por um 
intervalo do período 
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 Condução crítica  a corrente na carga se anula exatamente quando um 
SCR é disparado cortando aquele que estava conduzindo. A corrente na 
carga só se anula por um instante. 
 
O funcionamento em um dos três regimes depende do ângulo de disparo e das 
características da carga. 
 
Exemplo de forma de onda de tensão na carga para um regime de condução 
DESCONTÍNUO de corrente na carga 
 
d = 90 e e = 195 
 
 
Determinação da expressão de VOMED 
 
VOMED = 3x (1/2)[ VMAXFN Sent dt + E dt] 
 
VOMED = 0,477 VMAXFN [ (Cosd – Cos e) + a(d +120-e)] 
 
 
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De um modo geral, procura-se diminuir a ondulação da corrente e da tensão na 
carga e consequentemente este regime é sempre que possível evitado. 
Entretanto, a condução descontínua poderá ocorre no controle de velocidade de 
motores cc e em alguns casos particulares notadamente quando o valor de E é 
elevado ou o ângulo de disparo é elevado ou ainda quando o valor de L é 
pequeno. 
 
Análise para condução contínua ou crítica 
 
Condição: e ≥ d +120 
 
VOMED = 0,477 VMAXFN {[ Cosd – Cos (d +120) + a(d +120-d +120)]} 
 
VOMED = 0,477 VMAXFN [Cosd – Cos (d +120) ] 
 
 
Observação: 
 
Para facilitar os cálculos quando se deseja encontrar d, chama-se d = d’+30 
onde d’ tem sua origem no cruzamento das fases (30). 
 
Assim 
 
VOMED = 0,827 VMAXFN [ Cos(d’+30) – Cos (d’ +150)] 
 
Aplicando a relação: Cos (a+b) = Cos a Cos b – Sen a Sen b 
 
Obtém-se: 
 
VOMED = 0,827 VMAXFN Cos d’ 
 
 
Análise: 
 
- Para 0 < d’ < 90  VOMED >0 
- Para d’ = 90  VOMED = 0 
- Para 90 < d’ < 180  VOMED <0 
 
 
 
 
 
 
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3º EXERCÍCIO 
 
Para o circuito retificador trifásico controlado de meia-onda, determine 
a) Os valores de: E, 1 e 2 
b) O valor de e 
c) A forma de onda de tensão na carga 
d) O valor de VOMED 
e) O novo valor de d a partir do qual teremos mudança no regime de condução 
de corrente na carga (sem alteração nos outros valores) 
f) O valor de VOMED para o item e 
g) a forma de onda de tensão sobre um dos SCR’s considerando o item e. 
Dados; VFN = 127V/60Hz, d =90, a=0,4 e Cos  = 0,8 
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B) RETIFICADOR TRIFÁSICO DE ONDA COMPLETA – PONTE MISTA – 
 RTSCOC 
 
 
 
Funcionamento 
 
O circuito acima recebe o nome de retificador trifásico semicontrolado de onda 
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completa. 
 
Semicontrolado porque, pela posição dos componentes, o semiciclo positivo de 
cada uma das fases de entrada é retificado e controlado e o negativo é somente 
retificado. 
 
Por ser um circuito misto, é um conversor unidirecional em tensão e corrente, pois 
a cada ciclo, um diodo e um scr do mesmo ramo, funcionam como diodo de roda-
livre evitando o aparecimento de tensão instântanea negativa na carga. 
 
O circuito de comando deve ser tal que permita deslocar os pulsos de disparo em 
relação ao sistema trifásico de referência (rede). 
 
Este circuito deve enviar 3 pulsos defasados entre si de 120°, podendo-se 
deslocar cada um desses pulsos de 0° a 180° de uma maneira contínua. 
 
Podemos ter também os três regimes de condução de corrente na carga, 
contínuo, crítico e descontínuo, em função da carga e do ângulo de disparo. 
 
O princípio de funcionamento do circuito é o seguinte: 
 O circuito de comando aplica pulso de disparo ao scr que está diretamente 
polarizado. Este conduzirá com o diodo mais diretamente polarizado (fase mais 
negativa no caso do desenho). A tensão resultante na carga será sempre fase-
fase. 
 
Devido ao efeito de roda-livre “natural”, este circuito não funciona como INA. 
 
Determinação da expressão de VOMED 
 
VOMED = (3/2)[ VMAX Sent dt + E dt ] 
 
VOMED = (3/2) [VMAX (-Cos 180 + Cos d’) + E(d’ + 120 - e’)] 
 
Então: 
 
 VOMED =( 3/2)[ VMAXFF (1 + Cos d’) + E( d’ +120°- e)] 
 
 
onde: d’ = d – 30 
 e’ = e – 30 
 VMAXFF = valor máximo da tensão fase-fase 
 
 
 
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Para condução contínua ou crítica  e’ = d’+ 120 
 
Então: 
 
VOMED =( 3/2)[ VMAXFF (1 + Cos d’)] 
 
Para d’ = 0  d =30 
 
VOMED = 0,9554 VMAXFF (mesmo valor para um retificador não controlado) 
 
 
 
 
 
 
 
 
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C) RETIFICADOR TRIFÁSICO DE ONDA COMPLETA TOTALMENTE 
 CONTROLADO – PONTE DE GRAETZ 
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Funcionamento 
 
O circuito acima é birecional em tensãoe unidirecional em corretne, podendo, 
portanto funcionar como retificador e imversor não-autônomo (INA). 
 
Os scr’s pares retificam e controlam os semiciclos positivos da cada fase de 
entrada e os ímpares, os negativos. 
 
Temos sempre dois scr’s conduzindo em série: um do grupo positivo e outro do 
grupo negativo. A tensão na carga será sempre fase-fase. 
 
O circuito de comando deverá aplicar pulsos aos scr’s com 60 de duração e 
repetir este pulso 60 após aplicação, para cada scr. Este procedimento garante o 
início de funcionamento do circuito. 
 
O exemplo acima é para um d = 120°, condução descontínua de corrente na 
carga. 
 
Determinação da expressão de VOMED 
 
VOMED = (6/2) [ VMAX Sent dt + E dt] 
 
VMAX  fase-fase 
 
dx = d + 30 
ex = e + 30 
 
d, e  fase-neutro 
dx, ex  fase-fase 
 
Portanto, 
 
VOMED = (3/) [VMAX( Cosdx - Cosex) + E(dx + 60° - ex)] 
 
 
Para condução contínua ou crítica (mesma forma de onda de tensão na carga) 
 
ex = dx + 60 
 
Então: 
 
VOMED = (3/) {VMAX[Cosdx - Cos (dx + 60)]} 
 
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 26 
Como dx = d + 30 e lembrando que d’ = d – 30  dx = d’ + 60 
 
 
VOMED = (3/) { VMAX [Cos (d’ + 60) – Cos (d’ + 120)]} 
 
Aplicando: Cos (a+b) = Cos a Cosb – Sena Senb 
 
VOMED = (3/) VMAX Cos d’ 
 
 
VOMED = 0,9554 VMAX Cos d’ 
 
 
4º EXERCÍCIO 
 
a) Considerando o circuito RTTCOC e dos dados abaixo, pede-se: 
 o tipo de regime de condução 
 o valor de Vmed 
 o efeito de um diodo funcionando com “ roda-livre” 
 o que deve ser feito para alterar o regime de condução 
 
DADOS 
 
Cos  = 0,2, E = 72 Volts, Vff = 220 v e d = 105° 
 
b) Considerando os resultados do exercício anterior, pede-se: 
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 a forma de onda de tensão sobre a carga 
 a forma de onda de tensão sobre o SCR2 
 
 
3.5 – CIRCUITO DE COMANDO 
 
A) INTRODUÇÃO 
 
O funcionamento adequado de um conversor estático está diretamente 
relacionado com o projeto e o bom funcionamento do seu circuito de comando (ou 
circuito de disparo). Está parte do conversor é tão importante que atualmente 
existem circuitos integrados dedicados a executar esta função como é o caso do 
TCA 785, do CA 3059 e do LM 3524. Pode-se, entretanto projetar circuitos de 
comando utilizando componentes discretos com transistores de unijunção (UJT e 
PUT) , CI 555 e também com transistores bipolares. 
 
Neste estudo serão tratados somente os circuitos de comando para conversores 
CA/CC. 
 
O circuito de comando de um conversor CA/CC estático tem a função de enviar 
aos gatilhos dos SCR’s os sinais de disparo com valores e formas adequadas. 
 
Ao projetar um circuito de comando, deve-se observar as seguintes condições 
básicas: 
 Os sinais aplicados ao gatilho devem ser capazes de produzirem o 
disparo sem risco de danificação; 
 Os sinais devem obedecer a uma organização seqüencial em função de 
critérios impostos pelo tipo de conversor. 
 
Em alguns casos, o circuito de comando deve executar outras funções não 
básicas como supressão do sinal após o disparo, deslocamento de fase, repetição 
de pulsos, etc. 
 
Na implementação de circuitos de comando, além da perfeita adequação do sinal 
de disparo ao tipo de SCR utilizado, deve-se garantir imunidade a ruídos. Isto 
pode ser conseguido trançando os fios que ligam o sinal de gatilho e distanciando-
os dos cabos de potência. 
 
A forma ideal do sinal de comando é o pulso por causa das seguintes 
características: 
 Proporciona menor dissipação na junção gate-catodo; 
 Permite maior precisão e segurança com relação ao instante de disparo. 
 
 
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B) CARACTERÍSTICAS DO GATE 
 
Comparando a junção gate-catodo de um SCR com uma junção PN comum, 
obtém-se as seguintes características: 
 Queda de tensão direta mais elevada; 
 Corrente reversa maior; 
 Maior limitação às tensões de bloqueio inverso; 
 Maior dispersão nas características para um mesmo tipo de elemento. 
 
 
Esta última característica aliada às limitações de dissipação de potência da 
junção, define três regiões de operação conforme a figura a seguir. 
 As regiões de operação são: 
Região 1 – disparo impossível 
Região 2 – disparo incerto 
Região 3 – disparo certo 
 
O ponto de operação da junção deve se situar na região 3. 
 
VGFM  Máxima tensão direta que pode ser aplicada ao gatilho 
IGM  Máxima corrente direta que pode ser aplicada ao gatilho 
Rg  Resistência dinâmica da junção gate-catodo 
PGM  Limite de potência máxima que o sinal aplicada ao gate não deve exceder 
VGTmin  ë o mínimo valor de tensão para a mais baixa temperatura de junção 
a ser considerada, que aplicada sobre o gate do SCR garante o seu disparo 
IGTmin  equivalente para a corrente 
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VGTnm  Abaixo deste valor, garantidamente nenhum SCR irá disparar 
 
 
 
C) ACIONAMENTO DO GATILHO 
 
No acionamento do gatilho de um SCR é de primordial importância a redução da 
dissipação de potência na junção gate-catodo. Uma maneira de alcançar este 
objetivo é aplicar pulsos para o disparo. 
 
O fabricante fornece os valores de potência máxima admissível no gate para o 
comando por pulsos. Neste tipo de comando consegue-se redução na dissipação 
de potência embora se utilize uma potência de pico elevada. 
 
Análise do comando por pulsos: 
 
PGav = PG x  ( potência média para sinais retangulares) 
 onde PG = VG x IG (potência na junção) 
  = t/T 
 
VG = IG x Rg = [ Es/ (Rs + Rg)] x Rg 
 
PG = [ Es/ (Rs + Rg)] x Rg x [ Es/ (Rs + Rg)] 
 
PG = [ Es/ (Rs + Rg)]2 x Rg 
 
Portanto : PGAV = [ Es/ (Rs + Rg)]2 x Rg x  
 
 
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Da expressão PGAV = PG x , obtém-se as diversas potências da junção, 
variando-se . O fabricante fornece PGAV e PGM. Geralmente PGM corresponde 
a  = 0,1. Quanto menor , menor dissipação média na junção. 
 
5º EXERCÍCIO 
 
Um SCR tem as seguintes características de gate: 
VGFM = 10 V; IGM = 5 A; PGAV = 1 W. 
 
a) calcule PGM para o disparo por pulsos 
b) calcule  para PG = 2 W 
 
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D) MODOS DE COMANDO 
 
Geralmente, o instante da produção do pulso que dispara o SCR é o resultado da 
comparação de duas tensões denominadas de tensão de comando Vc e tensão 
de referência Vr. A maneira de efetuar a comparação entre Vc e Vr é que 
determina os modos de comandos. 
 
 Comando horizontal 
 
É aquele no qual a tensão de comando Vc, geralmente senoidal, é defasada 
progressivamente da tensão de referência Vr que é a imagem da tensão senoidal 
de entrada do conversor (aquela que se deseja converter em CC). O instante do 
disparo é dado pela passagem por zero da tensão Vc em relação a origem de Vr. 
O defasamento é obtido atravésde malha RC. 
 
Exemplo: Circuito de controle de iluminação – Dimmer 
 
 
 Comando vertical 
 
O instante de disparo é determinado pela comparação de Vr (geralmente uma 
tensão em rampa – linear com o tempo)) e uma tensão de controle Vc 
(geralmente uma tensão contínua). O instante de disparo é definido pela 
interseção das duas tensões. 
 
 
 
Este comando é o mais utilizado porque é de fácil implementação e possui uma 
relação linear entre o ângulo de disparo (d) e a tensão de controle Vc. Quando é 
utilizado em conversores CA/CC a rampa é sincronizada com a tensão alternada 
de tal forma a produzir pulsos sincronizados. 
Os CI’s dedicados TCA 780 e TCA 785 utilizam o modo vertical para geração de 
pulsos. 
 
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E) ORGANIZAÇÃO BÁSICA DE UM CIRCUITO DE COMANDO 
 
Diagrama em blocos 
 
 
Legenda 
 
Bloco 1: Bloco adaptador 
 
Funções: filtragem, adaptação do nível de tensão, isolamento e geração da rampa 
no comando vertical 
Vs é a tensão alternada de entrada ou uma amostra dela 
 
 Exemplo 
 
 
 
 
 
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 33 
 
 
 
 
Bloco 2: Bloco comparador 
 
Funções: Compara Vc e Vr determinando o instante do pulso (d) 
 
 
 
 
Bloco 3: Bloco gerador de pulsos 
 
Funções: determina a forma e duração dos pulsos de saída. Pode gerar um “trem 
de pulsos” se Vf for um gerador de onda quadrada trabalhando em alta 
frequência. 
 
 
 
 
 
 
 
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Bloco 4 – Circuito de ataque 
 
Funções: Isolamento entre os circuitos de potência e comando e em alguns casos 
funciona como amplificador de corrente para acionar SCR de potência elevada. 
F) ESTUDO DO CIRCUITO INTEGRADO - TCA 785 
 
O CI TCA 785 é um circuito integrado analógico desenvolvido exclusivamente 
para gerar pulsos e controlar o ângulo de disparo de tiristores (SCR e TRIAC) 
continuamente entre 0 e 180 em aplicações para controle de tensão de saída 
em retificadores controlados e controladores de fase. Sua estrutura interna e a 
possibilidade externa de seleção do ponto de chaveamento, permitem um grande 
número de opções de funcionamento, evitando um circuito externo volumoso. 
 
 Principais características 
 
- Faixa de alimentação de 8 a 18 volts; 
- Consumo interno de corrente de 5 mA; 
- Duas saídas independentes com corrente de até 250 mA; 
- Duas saídas adicionais complementares; 
- Possibilidade de inibição dos pulsos de saída; 
- Duração dos pulsos de disparo determinado por capacitores externo. 
 
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 Pinagem 
 
1. terra 
2. saída de pulsos (saída 15 invertida) 
3. saída de pulsos 
4. saída de pulsos (saída 14 invertida) 
5. entrada do detetor de zero (sincronização) 
6. inibição dos pulsos de saída (ativa em nível zero) 
7. saída - soma lógica NOR das saídas 14 e 15 
8. saída de tensão regulada de 3,1 volts 
9. ajuste da corrente de carga do capacitor 
10. entrada não inversora do comparador monitor de descarga 
11. entrada da tensão de controle – Vc 
12. ajuste da duração dos pulsos de saída ( saídas 14 e 15) 
13. ajuste da duração dos pulsos de saída ( saídas 2 e 4) 
14. saída de pulsos sincronizada com ciclo negativo 
15. saída de pulsos sincronizada com ciclo positivo 
16. alimentação 
 
 
 
 
 
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 Descrição 
 
Os circuitos internos são alimentados pela fonte de tensão interna regulada em 3,1 
volts, assegurando independência dos parâmetros essenciais das variações na 
tensão de alimentação. 
 
O consumo de corrente, cerca de 5 mA, é aproximadamente constante para toda 
faixa de valores da tensão de alimentação. 
 
A tensão regulada de 3,1 volts é transportada ao pino 8 através de uma 
resistência interna possibilitando nos circuitos trifásicos iguais condições para 
controle de todas as três fases, através da ligação paralela dos circuitos 
integrados. Para melhorar a supressão de RF, um capacitor pode ser colocado 
entre o pino 8 e o terra. 
 
A sincronização é obtida através de um detetor de zero altamente sensível 
conectado a um registrador de sincronismo. 
O gerador de rampa consiste essencialmente de uma fonte controlada de corrente 
constante que carrega linearmente um capacitor externo (C) conectado ao pino 
10. A corrente desta fonte é determinada por uma resistência externa (R) ligada ao 
pino 9. O tempo de subida da rampa é determinado pela combinação RC. 
 
O comparador de controle compara a tensão de rampa com a do controle aplicada 
ao pino 11 e provoca a saída de pulsos de disparo via unidade lógica. Pulsos 
positivos de aproximadamente 30 s aparecem nas saídas A1( pino 14) e A2 (pino 
15). A duração deste pulsos pode ser alterada através de capacitores ligados ao 
pino 12. Se o pino 12 for aterrado, a largura do pulso pode atingir 180. A saída A1 
é sincronizada com o semiciclo negativo e A2 com o positivo. Estas duas saídas 
estão na configuração de seguidor de emissor e podem fornecer corrente de até 
200 mA. 
 
As saídas invertidas de A1 e A2, pinos 2 e 4, estão configuradas em coletor aberto 
com corrente máxima de 1,5 mA e cuja duração dos pulsos pode ser alterada 
através do pino 13 com introdução de capacitores. 
 
Todas as saídas podem ser inibidas através do pino 6 conectado ao terra. 
 
A duração dos pulsos podem ser alteradas mediante capacitor ligado ao pino 12, 
segundo a tabela abaixo. 
 
C12 (pF) 100 220 330 680 1000 
Duração (s) 80 130 200 370 550 
 
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Obs. importante: A resistência interna do pino 11 é de 15 K em relação ao 
terra. 
 
 Determinação da expressão de Vc(t) 
 
ic = C dVc/dt 
Como a carga do capacitor é a corrente constante, ic = I  I = C dVc/dt 
Aplicando integral em ambos os lados: Idt = CdVc  Vc = (I/C) t  
carga a corrente constante Vc é linear com o tempo (rampa) 
 Determinação da expressão de Vcmax 
 
Como a rampa está sincronizada com a rede, o seu período T define Vcmax 
Para f = 60 Hz  T = 16,6 ms 
 
Vcmax = (I/C) (T/2) = 8,33 ms x I/C 
 
 Determinação da expressão de I 
 
I = V9/R9  I = 3,1/R9 
 
 Relação entre d e V11 (tensão de controle – Vc) 
 
(Vcmax / ) = (V11/d)  d =  (V11/ Vcmax)  Relação linear 
 
 
 
 
 
 
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Exemplos de utilização do CI TCA 785 
 
 
1) Retificador monofásico controlado de meia onda 
 
 
 
 
2) Retificador monofásico controlado de onda completa 
 
 
 
 
 
 
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3) Retificador trifásicocontrolado de meia-onda