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Transientes em circuitos com tiristores (ART1066)

A preocupação com os transientes é cada vez maior, principalmente à medida que as novas tecnologias criam circuitos integrados mais sensíveis a essas variações curtas de tensão e corrente. Em especial, os circuitos que possuem tiristores (SCRs, Triacs, etc.) são grandes geradores de transientes, cujas características devem ser conhecidas de todos os profissionais, que devem saber como fazer sua eliminação ou redução de seus efeitos. Nesse artigo, analisamos os tipos de transientes gerados por circuitos que possuem tiristores.

Os principais problemas que ocorrem com os circuitos que usam tiristores são a geração de transientes de tensão e transientes de corrente. Esses transientes, como o nome sugere, podem alcançar valores que chegam a ser dezenas de vezes o valor de pico das tensões ou correntes que estão presentes no circuito nas condições normais de funcionamento.

Na figura 1 temos um diagrama que mostra a distribuição típica dos transientes numa linha de tensão comum, muitos deles gerados por equipamentos que possuem tiristores, além de outras causas.

 


 

 

 

As outras causas podem ser a comutação simples por interruptores e chaves de cargas indutivas, ou ainda descargas elétricas na rede de energia.

Lembramos que, ao comutar uma carga indutiva, a tensão que aparece nos seus extremos, e que será aplicada a rede em que essa cargas está ligada é dada por:

 

V = - L.di/dt

 

Onde: V é a tensão gerada

L é a indutância da carga

di/dt é a velocidade taxa de diminuição da corrente até zero na carga

 

Na maioria dos casos, a eliminação simples das causas dos transientes não é simples, mas existem diversas soluções que podem ser adotadas para se evitar problemas como:

Usar dispositivos supressores

Diminuir, com circuitos apropriados, a amplitude dos transientes gerados

Verificar a quantidade de pulsos e a energia que os supressores podem manusear

 

Os dispositivos usados para suprimir ou reduzir os transientes são bem conhecidos dos leitores e já foram abordados em diversos artigos nossos como: diodos zener, varistores, faiscadores, etc.

Mas, para que o leitor tenha uma idéia de que tipo de transientes cada configuração gera, o que é importante para escolher o supressor ou circuito redutor apropriado vamos dar algumas informações importantes no próximo item.

 

TIPOS DE TRANSIENTES

A polaridade e a intensidade de um transiente gerado por um circuito que possa tiristores (veja nota abaixo) depende da sua configuração, da própria carga e da presença de outros elementos comutadores no circuito.

 

Denominamos tiristores elementos semicondutores comutadores de alta potência como Triacs, SCRs, Diacs, SUS, etc.

 

Analisemos os principais casos que envolvem circuitos comuns, contendo além dos tiristores também outros tipos de cargas indutivas.

 

a) Transiente de Transformador

O tipo mais comum de transiente é o gerado pela comutação de um transformador, cujo enrolamento primário é altamente indutivo.

Na figura 2 temos o circuito equivalente para uma fonte de alimentação de onda completa e a forma do pulso de transiente que aparece.

 


 

 

Observe que, consideramos o instante que a chave é fechada como sendo o ponto de pico de tensão negativa da rede de energia.

Esse pulso pode chegar a intensidade de centenas de volts.

 

b) Comutação de Circuito Indutivo

A comutação de um circuito indutivo em paralelo com uma fonte de alimentação que possua uma carga indutiva pode levar a geração de um transiente cujas formas de onda são mostradas na figura 3.

 


 

 

Nesse caso, mostramos o que ocorre quando a chave de alimentação é aberta justamente no ponto que corresponde ao pico da tensão de alimentação. O transiente gerado nesse caso é negativo e pode atingir um valor muito alto que depende somente da indutância de L1. Observe que esse transiente vai aparecer justamente sobre os retificadores da ponte.

 

c) Transiente na Comutação de Carga (depois do retificador)

A comutação de uma carga indutiva depois de uma ponte retificadora também gera um transiente cuja intensidade depende de sua indutância.

Na figura 4 temos o circuito equivalente e as formas de onda, destacando-se que o transiente de tensão é negativo.

 


 

 

O transiente é gerado quando a chave comutadora é aberta.

 

d) Transiente de Transformador Redutor

Ao se alimentar um transformador redutor de tensão também é gerado um transiente no circuito alimentado, conforme mostra a figura 5.

 


 

 

Nesse caso, temos de considerar a presença das capacitâncias parasitas entre os enrolamentos e a indutância da carga alimentada.

Observe que o transformador é energizado justamente no momento em que a tensão da rede atinge seu pico negativo. O pulso de transiente gerado é negativo, conforme podemos ver pela mesma figura.

 

e) Transientes Gerado ao Desligar um Transformador

Na figura 6 temos o circuito equivalente e as formas de onda do transiente gerado ao se desligar o enrolamento primário de um transformador que alimenta uma carga indutiva através de uma ponte retificadora.

 


 

 

O circuito é desligado exatamente no momento em que a tensão da rede se encontra no seu pico positivo. O transiente, nesse caso, é gerado pela desmagnetização do núcleo do transformador e consiste num pico de tensão positiva. Esse transiente vai aparecer no secundário do transformador e portanto sobre a ponte retificadora.

 

f) Transiente Pela Comutação Cíclica do SCR da Ponte

A comutação dos SCRs que formam a ponte retificadora gera um transiente em cada ciclo da tensão de alimentação, conforme mostra a figura 7.

 


 

 

 

Esses transientes são gerados pela recuperação inversa dos SCRs ou diodos usados na ponte. Veja que a carga do circuito é indutiva.

 

g) Comutação de uma Carga num Retificador com Filtro LC

Na figura 8 mostramos o que ocorre quando uma carga resistiva é comutada depois de uma fonte que possui um filtro LC.

 


 

 

 

O transiente de tensão é gerado quando o interruptor é aberto.

 

Conclusão

Conhecendo a polaridade e a forma como os pulsos de transiente são gerados torna-se mais fácil projetar os circuitos que façam sua redução ou eliminação.

Também é importante conhecer a polaridade desses pulsos e a forma que eles se manifestam para se poder diagnosticar sua origem pelas forma de onda da tensão num circuito analisadas com um osciloscópio.

 

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