Circuitos Tiristores: Como Funciona um Circuito SCR
Há uma variedade de circuitos de tiristor/SCR que podem controlar CC e CA – geralmente os circuitos de controle CA usam uma diferença de fase no portão para controlar o nível do fluxo de corrente.
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Nosso tutorial sobre projeto do circuito do tiristor inclui:
Cartilha de design de circuito tiristor | Funcionamento do circuito | Projeto de circuito de disparo | SCR Tiristor Crowbar | Circuitos TRIAC
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Os circuitos tiristores ou SCR são amplamente usados para controle de potência de sistemas CC e CA. Os circuitos usam uma variedade de métodos diferentes para controlar o fluxo de corrente de carga, mas todos exigem que o portão seja acionado e a tensão do cátodo do ânodo seja removida para interromper o fluxo de corrente.
Compreender como funciona um circuito tiristor/SCR permite que o projeto geral seja realizado com mais facilidade e garanta que o circuito opere corretamente.
Muitos tiristores AC, circuitos SCR usam uma diferença de fase variável de um sinal criado no gate para controlar a parte da forma de onda sobre a qual o tiristor conduz. Este tipo de circuito é relativamente fácil de projetar e construir.
CC tiristor / circuito SCR
Existem muitas aplicações em que um circuito SCR é necessário para controlar a operação de uma carga CC. Isso pode ser usado para motores DC, lâmpadas ou qualquer outra carga que exija comutação.
O circuito SCR básico fornecido abaixo é capaz de controlar a alimentação da carga usando uma pequena chave para iniciar a aplicação de alimentação à carga.
Inicialmente com S1 fechado e S2 aberto, nenhuma corrente fluirá. Somente quando S2 estiver fechado e acionar o gate fazendo com que a corrente do gate flua, o circuito SCR ligará e a corrente fluirá na carga.
A corrente continuará a fluir até que o circuito do ânodo seja interrompido. Isso pode ser feito usando S1. Um método alternativo é colocar a chave S1 no SCR e, fechando-a momentaneamente, a tensão no SCR desaparecerá e o SCR deixará de conduzir.
Como resultado de suas funções neste circuito SCR, S1 pode ser chamado de chave OFF e S2 de chave ON. Nesta configuração, S1 precisa ser capaz de transportar a corrente de carga total, enquanto S2 precisa apenas ser capaz de transportar a corrente do portão.
Assim que o SCR estiver ligado, a chave pode ser liberada e permanecer aberta enquanto a ação do SCR sustenta o fluxo de corrente através do dispositivo e, portanto, a carga.
O resistor R1 conecta o portão à alimentação por meio do interruptor. Quando a chave S2 é fechada, a corrente flui através do resistor, entra na porta e liga o SCR. O resistor R1 deve ser calculado para fornecer corrente de porta suficiente para ligar o circuito SCR.
O R2 está incluído para reduzir a sensibilidade do SCR para que ele não dispare com qualquer ruído que possa ser captado.
Circuito básico de tiristor AC / SCR
Quando a CA é usada com um circuito tiristor, algumas alterações precisam ser feitas, conforme mostrado abaixo.
A razão para isso surge porque a energia CA inverte a polaridade ao longo do ciclo. Isso significa que o SCR ficará com polarização reversa, reduzindo efetivamente a tensão do ânodo a zero, fazendo com que ele desligue durante a metade de cada ciclo. Como resultado, não há necessidade de ter um interruptor de desligamento, pois isso é obtido como parte do uso de uma fonte de alimentação CA.
A operação do circuito é ligeiramente diferente daquela do circuito DC SCR. Quando o interruptor for ligado, o circuito precisará esperar até que haja tensão anódica suficiente disponível à medida que a forma de onda CA progride ao longo de seu curso. Além disso, o circuito SCR precisará esperar até que a tensão dentro da seção de porta do circuito possa fornecer corrente suficiente para acionar o SCR. Para isso, o interruptor deve estar na posição fechada.
Uma vez acionado, o SCR permanecerá em seu estado de condução durante a metade positiva do ciclo. À medida que a tensão cai, chegará um ponto em que a tensão do cátodo do ânodo é insuficiente para suportar a condução. Neste ponto, o SCR parará de conduzir.
Então, na metade negativa do ciclo, o SCR não conduzirá. Somente quando a próxima metade positiva do ciclo retornar, o processo será repetido.
Como resultado, este circuito só conduzirá quando o interruptor do portão estiver na posição fechada.
Um dos problemas com o uso de um circuito SCR dessa natureza é que ele não pode fornecer mais de 50% de energia à carga, porque não conduz durante a metade negativa do ciclo CA porque o SCR é polarizado reversamente.
Circuito AC SCR com controle de fase de porta
É possível controlar a quantidade de energia que atinge a carga alterando a proporção do meio ciclo sobre o qual o SCR conduz. Isso pode ser obtido usando um circuito SCR que incorpora controle de fase do sinal do portão de entrada.
Usando o circuito SCR com controle de fase, pode-se ver que o sinal da porta SCR é derivado de um circuito RC composto por R1, VR1 e C1 antes do diodo D1.
Assim como no circuito AC SCR básico, apenas o meio ciclo positivo da forma de onda é de interesse porque o SCR é polarizado diretamente. Durante este meio ciclo, o capacitor C1 carrega através da rede de resistores que consiste em R1 e VR1 da tensão de alimentação CA.
A forma de onda na extremidade positiva de C1 é vista como atrasada em relação à forma de onda de entrada e o Gate só é acionado quando a tensão na extremidade alta do capacitor aumenta o suficiente para acionar o SCR através de D1
. Como resultado, o ponto de ativação do SCR é atrasado em relação ao que ocorreria normalmente se a rede RC não estivesse presente.
Definir o valor de VR1 altera o atraso e, portanto, a proporção do ciclo sobre o qual o SCR conduz. Desta forma, a potência na carga pode ser ajustada.
O resistor em série R1 foi incluído para limitar o valor mínimo para a rede de resistores a um valor que forneça um nível de corrente de porta aceitável para o SCR.
Normalmente, para fornecer controle completo dos 50% do ciclo disponível para condução com um SCR, o ângulo de fase da forma de onda do gate deve variar entre 0° e 180°.
Esses circuitos fornecem alguns dos conceitos básicos por trás do projeto de circuitos SCR/tiristor. Eles demonstram a operação básica de como funcionam e como podem ser usados.
Uma das principais questões a serem observadas ao projetar circuitos tiristores é a dissipação de energia. Com esses circuitos geralmente lidando com altas tensões e altos níveis de potência, a dissipação de energia pode ser um fator importante no projeto e na operação do circuito.
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