Comando e proteção de tiristores

1. ELETRÔNICA DE POTÊNCIA I
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA I
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores
1
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA I
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA I
Aula 20
Aula 20 –
– Comando e proteção de tiristores
Comando e proteção de tiristores
Prof. Leandro Michels, Dr. Eng.
Prof. Leandro Michels, Dr. Eng.
leandromichels@gmail.com
leandromichels@gmail.com

2. Circuito de comando de tiristores
Circuito de comando de tiristores
Os circuitos de comando de tiristores, em
Os circuitos de comando de tiristores, em
malha aberta, são compostos pelos seguintes
malha aberta, são compostos pelos seguintes
sub
sub-
-circuitos:
circuitos:
Circuito de ataque
Circuito de ataque
EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores
2
Circuito de ataque
Circuito de ataque
Circuito de sincronismo baseado em tensão
Circuito de sincronismo baseado em tensão
da rede
da rede
Circuito de geração de pulsos
Circuito de geração de pulsos
Fonte de alimentação CC
Fonte de alimentação CC
Prof. Leandro Michels

3. Circuito de comando de tiristores
Circuito de comando de tiristores
EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores
Diagrama de blocos:
Diagrama de blocos:
Fonte
Carga
3
Prof. Leandro Michels (mod Yales)

4. Circuito de ataque
Circuito de ataque
Propósito do circuito:
Propósito do circuito:
Amplificar os pulsos de comando oriundos do
Amplificar os pulsos de comando oriundos do
estágio de geração de pulsos
estágio de geração de pulsos
EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores
4
Propiciar o isolamento adequado entre o circuito de
Propiciar o isolamento adequado entre o circuito de
geração de pulsos e o tiristor (nem sempre é
geração de pulsos e o tiristor (nem sempre é
necessário)
necessário)
Ter característica de fonte de corrente, pois o
Ter característica de fonte de corrente, pois o
comando do tiristor é sensível a corrente
comando do tiristor é sensível a corrente
Prof. Leandro Michels

5. Circuito de ataque
Circuito de ataque
EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores
Duração dos pulsos de gate:
Duração dos pulsos de gate:
Com carga resistivas, pulsos curtos (10
Com carga resistivas, pulsos curtos (10µ
µ
µ
µ
µ
µ
µ
µs) são
s) são
suficientes para disparar o tiristor
suficientes para disparar o tiristor
Para cargas indutivas, a corrente de gate deve ser
Para cargas indutivas, a corrente de gate deve ser
5
Prof. Leandro Michels
mantida até que a corrente de anodo atinja o valor da
mantida até que a corrente de anodo atinja o valor da
corrente de retenção I
corrente de retenção IL
L
Para carga fortemente indutiva, deve ser respeitada
Para carga fortemente indutiva, deve ser respeitada
a relação:
a relação:
L
LI
t
E
∆ ≥

6. Circuito de ataque
Circuito de ataque
EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores
Os pulsos de gatilho podem ser pulsos longos ou
Os pulsos de gatilho podem ser pulsos longos ou
uma seqüência de pulsos curtos (quando o circuito
uma seqüência de pulsos curtos (quando o circuito
de ataque usa transformador de pulso)
de ataque usa transformador de pulso)
6
Prof. Leandro Michels

7. v v
Circuito de ataque
Circuito de ataque
EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores
v v
100V
100V
100V
100V 100V
100V 100V
100V
100V
100V 100V
100V
Isolação:
Isolação:
Necessária quando os anodos dos tiristores estão
Necessária quando os anodos dos tiristores estão
submetidos em algum instante de tempo a tensões
submetidos em algum instante de tempo a tensões
diferentes
diferentes
7
i1
T1
vT1 vT2
vT4
vT3
T2
T3 T4
I vL
iL
Prof. Leandro Michels
100V
100V
0V
0V
i1
T1
vT1 vT2
vT4
vT3
T2
T3 T4
I vL
iL
100V
100V
100V
100V 100V
100V
100V
100V
0V
0V
0V
0V
0V
0V
100V
100V
0V
0V 0V
0V
100V
100V
0V
0V
100V
100V 100V
100V
100V
100V 0V
0V
0V
0V
0V
0V
100V
100V
0V
0V
100V
100V
0V
0V
T
T2
2 e T
e T3
3 →
→ Conduzindo
Conduzindo T
T1
1 e T
e T4
4 →
→ Conduzindo
Conduzindo

8. Circuito de ataque
Circuito de ataque
EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores
Isolação:
Isolação:
Neste exemplo:
Neste exemplo:
T1
vT1 vT2
T2 i
T
T1
1 e T
e T2
2 →
→ Não necessita de
Não necessita de
isolação dos gates entre si
isolação dos gates entre si
T
T1
1 e T
e T3
3 →
→ Necessita de
Necessita de
isolação dos gates entre si
isolação dos gates entre si
8
Prof. Leandro Michels
i1
T1
vT4
vT3
T2
T3 T4
I vL
iL isolação dos gates entre si
isolação dos gates entre si
T
T1
1 e T
e T4
4 →
→ Necessita de
Necessita de
isolação dos gates entre si
isolação dos gates entre si
T
T2
2 e T
e T3
3 →
→ Necessita de
Necessita de
isolação dos gates entre si
isolação dos gates entre si
T
T2
2 e T
e T4
4 →
→ Necessita de
Necessita de
isolação dos gates entre si
isolação dos gates entre si

9. Circuito de ataque
Circuito de ataque
EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores
Circuito típico (isolado
Circuito típico (isolado)
)
9
Prof. Leandro Michels
•
• Deve ser usada uma seqüência de pulsos curtos
Deve ser usada uma seqüência de pulsos curtos
na entrada
na entrada

10. Circuito de ataque
Circuito de ataque
EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores
Circuito típico (isolado
Circuito típico (isolado)
)
T
Tp
p →
→ Transformador de pulso: isolar o sinal de
Transformador de pulso: isolar o sinal de
comando com tensão três vezes superiores a tensão do
comando com tensão três vezes superiores a tensão do
tiristor. Emprega
tiristor. Emprega-
-se núcleo de ferrite com baixa
se núcleo de ferrite com baixa
dispersão (existe dispositivo pronto no mercado)
dispersão (existe dispositivo pronto no mercado)
10
Prof. Leandro Michels
dispersão (existe dispositivo pronto no mercado)
dispersão (existe dispositivo pronto no mercado)
D
D1
1, D
, Dz
z → Desmagnetização do núcleo do
→ Desmagnetização do núcleo do
transformador
transformador
T
T1
1 → Amplificação de v
→ Amplificação de vG
G (opera em modo comutado)
(opera em modo comutado)
D
D3
3 → Proteção do circuito de comando
→ Proteção do circuito de comando
D
D2
2 → Proteção do tiristor contra tensão reversa
→ Proteção do tiristor contra tensão reversa

11. Circuito de geração de pulsos
Circuito de geração de pulsos
EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores
Principais tipos:
Principais tipos:
Circuito com comando vertical
Circuito com comando vertical → baseado na
→ baseado na
comparação de uma dente de serra (gerada pelo
comparação de uma dente de serra (gerada pelo
circuito de sincronismo) com uma tensão proporcional
circuito de sincronismo) com uma tensão proporcional
ao ângulo de disparo
ao ângulo de disparo
11
Prof. Leandro Michels
ao ângulo de disparo
ao ângulo de disparo
( )
0,
1,
C R
G
C R
v v
v t
v v

= 
≤

vR
vC
vG

12. Circuito de geração de pulsos
Circuito de geração de pulsos
EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores
Circuito com comando horizontal
Circuito com comando horizontal → baseado na
→ baseado na
comparação de uma dente de serra (gerada pelo
comparação de uma dente de serra (gerada pelo
circuito de sincronismo) com uma tensão proporcional
circuito de sincronismo) com uma tensão proporcional
ao ângulo de disparo
ao ângulo de disparo
12
Prof. Leandro Michels
( )
0, 0
1, 0
R
G
R
v
v t
v

= 
≥

α
vR
vG
α

13. Circuito de geração de pulsos
Circuito de geração de pulsos
EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores
Conversão do pulso longo em uma seqüência de
Conversão do pulso longo em uma seqüência de
pulsos curtos
pulsos curtos →
→ Operação lógica E do pulso gerado
Operação lógica E do pulso gerado
com uma forma de onda quadrada
com uma forma de onda quadrada
13
Prof. Leandro Michels
( ) 4 5
G
v t v AND v
=

14. Circuito de sincronismo
Circuito de sincronismo
EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores
Principais tipos:
Principais tipos:
Rampa sincronizada por
Rampa sincronizada por
cruzamento por zero
cruzamento por zero →
→
usado para gerar
usado para gerar
sincronismo vertical
sincronismo vertical
v1
vR
14
Prof. Leandro Michels
sincronismo vertical
sincronismo vertical

15. Circuito de sincronismo
Circuito de sincronismo
EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores
Circuito de sincronismo vertical
Circuito de sincronismo vertical
15
Prof. Leandro Michels

16. Circuito de sincronismo
Circuito de sincronismo
EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores
Rampa sincronizada por
Rampa sincronizada por
comparação da referência
comparação da referência
retificada e ângulo de disparo
retificada e ângulo de disparo
→ usado para gerar
→ usado para gerar
sincronismo horizontal
sincronismo horizontal
v
|v1
|
vC
16
Prof. Leandro Michels
vR

17. Circuito de sincronismo
Circuito de sincronismo
EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores
Circuito de sincronismo horizontal
Circuito de sincronismo horizontal
17
Prof. Leandro Michels

18. Circuito de sincronismo
Circuito de sincronismo
EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores
Tensão de referência linearizada
Tensão de referência linearizada
Compensação do efeito não
Compensação do efeito não-
-linear do conversor
linear do conversor
com relação ao ângulo de disparo
com relação ao ângulo de disparo
Circuito de disparo
Circuito de disparo → relação linear
→ relação linear
18
Prof. Leandro Michels
C
M
V
V
α = π
Conversor → relação não
Conversor → relação não-
-linear
linear
Exemplo: retificador a tiristor ponte completa:
Exemplo: retificador a tiristor ponte completa:
0.9 cos
Lmed o
V V
= α

19. Circuito de sincronismo
Circuito de sincronismo
EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores
cos
0.9
Lmed C
o M
V V
V V
 
= π
 
 
Desta forma a tensão de saída é não
Desta forma a tensão de saída é não-
-linear:
linear:
É possível se criar uma função de referência
É possível se criar uma função de referência
19
Prof. Leandro Michels
2
cos M C
M
V V
V
−
α =
É possível se criar uma função de referência
É possível se criar uma função de referência
linearizada substituindo
linearizada substituindo-
-se a dente de serra por uma
se a dente de serra por uma
função cossenoidal:
função cossenoidal:
2
0.9
Lmed M C
o M
V V V
V V
−
=

20. Circuito de sincronismo
Circuito de sincronismo
EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores
Exemplo:
Exemplo:
20
Prof. Leandro Michels