AP Eletrônica de Potência - Ricardo Figueiredo

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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: RICARDO MARQUES DE FIGUEIREDO 
PROFESSORA: ME ELIANA SILVA CUSTÓDIO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
GRAVATAÍ - RS 
2020 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
RESUMO ................................................................................................................................................................ I 
1 INTRODUCAO ............................................................................................................................................ 1 
1.1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................................................ 1 
1.2 OBJETIVOS ............................................................................................................................................. 5 
2 CONCLUSÃO ............................................................................................................................................ 13 
3 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................................... 14 
 
 
 
 
i 
 
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. A ativi-
dade prática é baseada no uso dos tiristores, componentes amplamente usados na indústria na 
área de eletrônica de potência. 
 
Palavras-chave: Tiristor, SCR, DIAC, TRIAC 
 
Abstract: This activity aims to put into practice all the concepts covered in the discipline of 
power electronics, applying a practical activity using thyristors. The practical activity is based 
on the use of thyristors, components widely used in the industry in the field of power electro-
nics. 
 
Keywords: Thyristor, SCR, DIAC, TRIAC 
 
 
 
1 
 
1 INTRODUCAO 
Com a necessidade de controle de sinais com potências consideráveis, os componentes 
semicondutores com portas controladas por disparos, são projetados e desenvolvidos para ope-
rar com uma faixa de modulação e capacidade de condução capaz de suportar altas potencias e 
controles precisos de cargas elétricas de acordo com as necessidades comerciais ou industriais, 
o tiristor é um componente com essa capacidade, empregados em muitos equipamentos de con-
troles sendo um excelente dispositivo utilizado na engenharia eletrônica. 
 
1.1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
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 família de dispositivos semicondutores que operam em 
regime chaveado, tendo em comum uma estrutura de 4 camadas semicondutoras numa sequên-
cia 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 co-
mutável 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 tiris-
tores 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 mos-
tra o símbolo usado para representá-lo 
 
Figura 1 – SCR 
 
 
2 
 
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 
Figura 2 – Símbolo do DIAC 
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 
 
Figura 3 – TRIAC 
A Figura 4 mostra a curva característica real de um TRIAC. 
 
Figura 4 – Curva 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; 
 
 
3 
 
- 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 qua-
drantes. 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 qua-
drantes 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 rela-
ção 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. 
 
 
4 
 
 
Figura 6 – Circuito de controle de onda completa com 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 dispa-
ros. 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 incandes-
cente) 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. 
 
Figura 7 – Forma de onda de tensão VR sobre a carga 
 
 
 
5 
 
1.2 OBJETIVOS 
TRIAC controlando fase de uma carga resistiva. 
Observeo circuito a seguir da Figura 8: 
Analisar o experimento do circuito apresentado na figura 6 e responder as questões se-
guintes: 
 
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. 
 
Preencha a tabela 1 com os outros valores calculados: 
 
Ângulos de disparo(α) 𝑅 (Ω) 𝑅 (Ω) 𝑅 (Ω) 
2º 
15º 
30º 
60º 
90° 
Tabela 1 
b) Desenhe as formas de Onda da tensão sobre a carga para cada ângulo: 2°, 
15°, 30°, 60° e 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. Por-
tanto, 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 antissimétrica de disparo do 
TRIAC, de acordo com o circuito dimmer da Figura 9. Neste contexto analise o circuito a 
seguir: 
 
 
6 
 
 
Figura 9 – 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 rela-
ção à tensão da rede, é quem vai disparar o DIAC e, consequentemente, o TRIAC (Figura 
9) 
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. 
A medida deve ser realizada sobre a carga, conforme Figura 10: 
 
Figura 10 - Medida da tensão sobre a carga 
Colocar pelos menos 3 formas de ondas de disparos maiores que 90 no relatório. 
 
 
 
 
 
 
 
7 
 
2 RESULTADOS E DISCUSSÃO 
a) 
 Disparo em 2°: 
 
𝑉 − 𝑅 . 𝐼 − 𝑉 = 0 
 
𝑅 =
𝑉 − 𝑉
𝐼
=
𝑉 . √2. sin 𝛼 − 𝑉
𝐼
 
 
𝑅 =
127. √2. sin(2°) − 2
0,050
= 85,4Ω 
 
 
 Disparo em 15°: 
 
𝑉 − 𝑅 . 𝐼 − 𝑉 = 0 
 
𝑅 =
𝑉 − 𝑉
𝐼
=
𝑉 . √2. sin 𝛼 − 𝑉
𝐼
 
 
𝑅 =
127. √2. sin(15°) − 2
0,050
= 889,7Ω 
 
 Disparo em 30°: 
 
𝑉 − 𝑅 . 𝐼 − 𝑉 = 0 
 
𝑅 =
𝑉 − 𝑉
𝐼
=
𝑉 . √2. sin 𝛼 − 𝑉
𝐼
 
 
𝑅 =
127. √2. sin(30°) − 2
0,050
= 1756,1Ω 
 
 Disparo em 60°: 
 
𝑉 − 𝑅 . 𝐼 − 𝑉 = 0 
 
𝑅 =
𝑉 − 𝑉
𝐼
=
𝑉 . √2. sin 𝛼 − 𝑉
𝐼
 
 
𝑅 =
127. √2. sin(60°) − 2
0,050
= 3070,85Ω ≅ 3070,9Ω 
 
 
 
 
 
8 
 
 Disparo em 90°: 
 
𝑉 − 𝑅 . 𝐼 − 𝑉 = 0 
 
𝑅 =
𝑉 − 𝑉
𝐼
=
𝑉 . √2. sin 𝛼 − 𝑉
𝐼
 
 
𝑅 =
127. √2. sin(90°) − 2
0,050
= 3552,1Ω 
 
 
Ângulos de disparo(α) 𝑅 (Ω) 𝑅 (Ω) 𝑅 (Ω) 
2º 85,4 50 35,4 
15º 889,7 820 69,7 
30º 1756,1 1500 256,05 
60º 3070,9 2700 370,9 
90° 3552,1 3300 252,1 
Tabela 2 – Preenchida 
Os valores de R1 foram declarados em função de disponibilidade comercial, e a diferença 
foi acrescida no R2, o qual pode ser ajustado. 
 
b) 
 
 
Figura 11 – Formas de Onda da tensão em 2° 
 
 
9 
 
 
Figura 12 – Formas de Onda da tensão em 15° 
 
 
Figura 13 – Formas de Onda da tensão em 30° 
 
 
10 
 
 
Figura 14 – Formas de Onda da tensão em 60° 
 
 
Figura 15 – Formas de Onda da tensão em 90° 
 
 
 
 
 
 
 
 
11 
 
c) 
 
 
Figura 16 – Onda disparo 95º com potenciômetro a 17,5% 
 
Figura 17 – Onda disparo 105º com potenciômetro a 22,5% 
 
 
 
 
12 
 
 
Figura 18 – Onda disparo 120º com potenciômetro a 33% 
 
 
 
 
13 
 
3 CONCLUSÃO 
 
Ao final das análises pode-se concluir que a manipulação de circuitos controlados por Ti-
ristores tem uma importante função quando se deseja ter um controle efetivo de cargas resisti-
vas, ao necessitar que o acionamento ocorra num determinado ângulo de fase, os dois compo-
nentes (Diac e Triac). A simulação em ambiente virtual é um fator muito importante, visto que 
sem o uso deste recurso aumentaria a nossa dificuldade em chegarmos aos resultados sem mai-
ores custos para implementação dos circuitos. Enfim, a tecnologia nos proporciona avançarmos 
mais nas pesquisas de circuitos e testes funcionais, que implica numa maior possibilidade de 
explorarmos mais conhecimentos. 
 
 
14 
 
4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
ALMEIDA, J. L. A. Dispositivos semicondutores: t ir istor es: controle de potência e m CC 
e CA. 12. ed. São Paulo: Érica, 2009. 
MALVINO, A. P. Eletrônica. 4. ed. São Paulo: Makro n Books, 1995. v. 1. 
NATION AL INSTRUMENTS. Simulador online de circuitos MultiSIM Live. Disponível 
em: <https://www.multisim.com/content/apFtGGBH6iZoibCz99VVWk/diac-triac/open/>