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CONVERSORES CC-CC (CHOPPERS) Introdução Muitos processos e acionamentos industriais | reguerem alimentação continua variável. Quando a fonte de alimentação é ca, pode-se usar um dos circuitos retificadores estudados no ca é pítulo 4. Entretanto, existem situações em que a tensão disponí i vel é CC, e para obter um valor variável, são tradicionalmente utilizadas duas técnicas; a inserção de uma resistência variável ga, é à conexão de um conjunto motor-gera entre a fonte e a car fig. 5.1. Este tipo de controle ainda hoje utilizado em siste dor. a A colocação de uma resistência variável é ilustrada na E mas de tração, é ineficiente pois o excedente de pontência é dis sipado na resistência sob a forma de calor. 1 ay . é E ç E cansa dá o .5.1- obtenção da tensão CC desejada através da varia , ção de uma xestotôncia, » A utilização de um conjunto motor-gerador permite à obtenção de tensão CC variável através do controle da corrente o embora ainda uti de campo do gerador. Este método de controle, iizado, é também ineficiente por ser um sistema volumoso, caro € [5 de baixa velocidade de resposta. A fig. 5.2 ilustra um exemplo ae acionamento CE “em velocidade variável, o tradicional sistema g Ward-Leonard. comsunto MOTOR -cuencor Fig. 5.2 - Sistema Ward - Leonard, Com o advento dos semicondutores de potência, tornou- -se possível a obtenção de tensão CC variável através de dois mé uma associação inversor-retificador e um conversor Ce- todos CC ou "chopper". ação inversor-retificador é mostrada na fi. A assoc 5.3. à partir de uma tensão CC disponível, o inversor fornece uma tensão CA que acoplada através de um transformador para ade quar o nível de tensão, é posteriormente retificada. Embora não +» 9 controle da tensão esteja explícito no diagrama da fig. 5. Cc do saída é possível. A grande desvantagem do esquema inver sor-retificador é quo a potência é 'manuseada" duas vezes, uma no inversor e outra no retificador, implicando em perdas, o que torna o sistema ineficiente e portanto caro. ce enveRsoR |. memIFiCADOR [q ruo ce/en entes co vantáves. Fig 5.5 - Arrando inversor - vetificador para obtênção de uma tensão CC vantávet. Os conversores CC-CC (choppers), que serão estudados neste capítulo, permitem a obtenção de tensão CC variável direta - Podem substituir com vantagens os resis mente de uma fonte C: tores utilizados em série com o circuito de armadura nos aciona tre mentos de motores CC, conforme foi ilustrado na fig. 5.1. gens dos choppers' em relação aos demais circuitos pode as elevadas suavidade de controle da tensão, à ríamos destacar: a a o ainda o fato de permiti eficiência, a velocidade do respç rem regeneração, possibilitando o retorno de energia à fonte CC Neste capítulo, após uma descrição do funcionamento de um “chopper”, passaremos a analisar os principais circuitos que verdade, na maior parte do capi perfazem a conversão CC-CC. wa forçada utilizados tulo, descreveremos os métodos de comutação para permitir o bloqueio SCR's que conectam a fonte CC à carga. que ocorre em um re Isto se faz necessário porgue, diferente do cador, onde a natural inversão da polaridade da tensão CA tif permite o bloqueio dos SCR's,om CC, uma vez disparado, um SCR só sa nos seus torminais blogueará se for aplicada uma tensão rever ou se a corrente de anogo cair a zero. No primeiro caso, normal mente um capacitor devidamente carregado é colocado em paralelo undo caso, usualmente é criado um caminho al forgando a corrente de anodo CR. Nos ternativo para a corrente de carga, como a se anular. Fig. 5.4 - Cireuito básico de um "ehopper!t. A chave CH abre e fecha em uma fregiência que pode ser Com CH fechada, o diodo Do fica reversamente polarizado sendo que a tensão V é aplicada à carga, fazendo com o diodo de fixa ou variável. que a corrente i, aumente. Quando a chave é aberta, permitindo que a corrente de carga continue a retorno Do conduz, circular e evitando a formação de um arco voltáico sobre a cha verdade é um ncondutor, um cransistor ou um SCR. mostra a forma d= onda dº tensão na carga, v5 tensão d pper" elevador de tensão, ou seja, o valor médio da saída pode variar de V, a tensão da fonte, até um valor várias vezes maior do que V. 10 y A DA Fig. 5.7 - Circuito da um "chopper" elevador de tensão. Na fig. 5.7, quando a chave fecha, circula uma corren te pela indutância L, armazenando uma certa energia na mesma. Como a chave está em paralelo com a carga, a tensão vy é nula. Quando a chave abre, O diodo D passa a conduzir e a energia arma, aenada na indutância é transferida para a carga. Para entender mos como a tensão é elevada, suponhamos que a indutância é de um valor muito elevado, de modo que à corrente da carga pode ser considerada constante. A energia armazenada na indutância duran te o período em que a chave permanece fechada * VXo-tom (5 A energia transferida da indutância L para a carga quando a chave está aberta é: 2 Mis orr (5-3) No regime a (energia armazenada = - energia for necida) resultando: “o t ow Sor é (5-4) nito. Este ndo topr tender a zero, Vo tende a in é o princípio básico utilizado na frenagem regenerativa. se a tensão V representar a tensão de armadura de um motor CC e se Vo a fonte de alimentação CC, conclui-se que pode haver represen fluxo de corência da carga para a fonte através do controle dos telbos ae ertura e fechamento da chave. 178 5.3 Classificação de Conversores Cc-cc Da mesma forma que os retificadores controlados ou não-controlados, os conversores CC-CC podem ser — classíficados quanto aos quadrantes em que operam. A fig. 5.8 mostra um “cho pper" capaz de operar apenas no primeiro quadrante, pois a cor rente ig não pode ser negativa e o diodo de retorno impede que vo assuma valores negativos. a io a je Emei PE rara | v De > Fig. 5.8 — "Chopper" opependo apenas no 1º quadrante O circuito da fig. 5.9, é na verdade o "chopper" cleva dor da fig. 5.7 "invertido". Quando o motor, está em frenagem ré generativa, se Q, estiver bloqueado, a corrente flui da carga pa ra a fonte (portanto ig <0) e a tensão de saída v; = V. Quando 9, conduz, a corrente flui por Q, (portanto ainda teremos 1, < 0) e a tensão de saída é nula. Assim, teremos um valor médio da tensão positiva, enquanto que o valor médio da corrente será ne gativo. Desta forma, o produto Vo ly será negativo, indicando um fluxo de potência da carga para a fonte. Neste caso, a opera cão será sempre no 2º quadrante. af » 0 A Fig. 5.9 - "Chopper" regenevativo. operação no 29 quadrante. O circuito da fig, 5.10 possibilita a operação no iº e 2º quadrante. na verdade uma combinação dos casos anteriores, * tensão de saíãa será sempre pos conduzindo) 179 ou nula (com Q, e D; conduzindo). A corrente ig será positiva (com Q, ou D, conduzindo) ou negativa (con O) ou Dy conduzin do). Desta forma, o valor médio da tensão de saída será sempre positivo, podendo o valor médio da corrente ser positivo ou nega tivo. Assim, é possível o fluxo bidirecional de potência e este circuitó pode ser usado tanto para o acionamento como para frena gem regenerativa de um motor CC. Fig. 5.10 - "chopper" para operação no 19 e 29 quadrantes. Na fig. 5.11 está ilustrado um "chopper" capaz de ope rar nos quatro quadrantes, proporcionando tanto reversibilidade quanto regeneração. Quando Q, permanece sempre conduzindo e Oq sempre bloqueado o circuito opera como o da fig. 8.10 com o valor médio da tensão Vo sempre positivo e o valor médio da cor rente Ty podendo ser positivo ou negativo, conforme conduzam Q, com D; ou Q; com D,, respectivamente. Quando Q, permanece sempre conduzindo e Q, sempre bloqueado teremos W <0 eo va lor médio Ig negativo ou positivo. e o o So N é a PR. PR o or os as Pig. 5.11 - "Chopper!" para acionamento reversível com xegeneração. Exemplo 5.1: O "chopper" da fig. 5.4 tem V = 100 V, R = 5% 10mE e opera em uma frequência de 400 Hz. Esboce as formas de onda ae vo ) & ig & calcule o valor médio da tensão na carga quando: 180 Solução: Vamos supor que as formas de onda de tensão e corrente sejam genericamente as da fig. 5.12, em regime permanente. vo Fig. 5.12 - Formas de onda genéricas para o Exemplo 5-1. Quando a chave fecha em t = 6 na fig. 5.12, a corrente na indutância é Ig, € a aplicação da Lei de Kirchhoff para ten sões fornece: jo (5-5) cuja solução é: gr . iemelax (5-6) Impondo as condições de contorno: ilteo = Toy (5-7) e = VR IM (5-8) 181 Substituindo este valor em (5-19) vem: 5x2,9x107 2 “nm b.) Para toy e T/5 a Tog * 100 41 5; -5x2,5x10 toxtoT É, a Substituindo 1o2 = 6,2 A em (5-19) teremos: -5x2,5x107 2x4 10x10 =2,3A Ig *S2e 5.4 Métodos de Comutação Entendido o funcionamento de um chopper, podesse con cluir que, uma vez que o instante de disparo de um SCR pode ser escolhido, o desempenho do conversor dependerá do método utiliza do para bloquear 0 SCR. Para bloguear ou comutar um SCR, deve-se atender a al Em primeiro lugar, a corrente do SCR passa guns reguisitos básicos. deve ser reduzida a zero seja porque a corrente de carga naturalmente por zero, seja porque a corrente foi desviada para om caminho alternativo, ou ainda, porque foi aplicada uma tensão deve-se manter reversa nos seus terminais. Em segundo lugar, uma tensão reversa entre-anodo e catodo, por um período de tempo suficiente para que o SCR recupere a sua condição de bloquear a Além disso, a taxa de crescimento da tensão direta e aplicada "dv/dt q pyjeg” não deve ser excedida, ou OSCR voltaria ao estado de condução. tensão direta, reaplicada, Em termos gerais, os métodos de comutação podem ser natural e forçada. Nos méto classificados em duas categorias comutação natural, o circuito em que o SCR se encontra, Nos métodos de co dos à i oma capacidade natural em bloqueá-lo. o forçada, o tiristor pode ser blogusado atravós de um pul =" séria so de tensão ou de corrente, cotocado em paralelo ou em com o mesmo. Os métodos de comutação natural podem ser divididos em: comutação pela linha, conutação por tensão da carga, comuta são pela carga, auto-comutação. O processo de comutação pela 15, nha é o utilizado nos retificadores estudados no capítulo ante rior. Como foi observado, uma vez que a tensão de linha inverte a cada semiciclo, a corrente de carga, e consegiientemente a cor rente do SCR, passa por zero durante a parte negativa da tensão da fonte. Na comutação por tensão a própria carga se encarrega de proporcionar a tensão para polarizar reversamente o SR. É O caso, por exemplo, de um motor síncrono sobre-excitado, onde as tensões induzidas no estator podem ser empregadas para comutar SCR's como se fossem fontes de tensão da comutação pela linha. A comutação pela carga é obtida quando a própria carga imprime a corrente uma tendência natural à passagem por zero. É o que ocorre em um circuito de carga RIC sub-amortecido. Finalmente, o método chamado de auto-comutação, é aquele em que o disparo do SCR provoca, após um certo intervalo, a sua própria comutação. Mais adiante, analisaremps um circuito que ajudará a esclarecer melhor este último método de comutação. comutação, é co Apesar desta divisão dos métodos de o auto- mum incluir os circuitos de comutação pela carga e de -Somutação como métodos de comutação forçada. É o procedimento que adotamos no decorrer deste capítulo. Do ponto de vista de seu desempenho, versores CC-CC podem ser classificados quanto aos seguintes cri os circuitos con térios. a.) Possibilidade de permitir modulação por largura de pulso ou modulação em fregiiência. b.) Faixa de variação do valor médio da tensão na carga. Dezendência da tensão que vai comutar o SCR em relação a cor rente de carga. a.) cia do circuito de comutação nas especificações do incipal (aquele que conduz a corrente de carga). 2-) Consegiiência de uma falha de comutação. A seguir, passaremos a discutir os diversos circuitos ando-os de comutação forçada utilizados nos "chopper's", análi sob o ponto de vista dos critérios acima mencionados. 5.5 Comutação pela Carga A fig. 5.14 mostra um circuito de comutação pela car ga. o ê Be Fig, 514 - Cireutto de comutação pela carga. Quando o SCR é disparado, a análise de malha fornece: t v= 2545 ai Ho) de tudo de o 65-21) cuja solução é da forma: 1=k (5-22) onde D, e Dy são DP +R L (65-23) ou seja: Do=-R 2L (15-24) er 2L constantes 4, « K, podem ser determinadas a partir das condições iniciais. É usual definir: 186 fator de amortecimento 1 = freguência de ressonância de modo que a equação (5-22) fica: -at Va gt e ke 2. 27) é constituída se a >u5, a solução da equação (5 de duas exponenciais decrescentes, Se q?< “o então a resposta é oscilatória, podendo ser escrita coma sendo: atÍ wo cos + cent [xs cosuçe + 45º sena | e or E Voo (5-29) Portanto, se no circuito da fig. 5.14 tivermos um com portamento oscilatério da corrente, esta passará por zero em um ponto qualquer, fazendo com que o SCR comute. Neste caso, o ca pacitor se carregará, a uma tensão maior do que V, possibi itan do a manutenção. de uma tensão reversa nos terminais de 9, após a comutação. Esta carga no capacitor deve ser removida para que, no próximo disparo de Q,, o circuito retorne a uma condição em gue o bloqueio seja possível. Ademais, se o capacitor não fosse descarregado, como a tensão nos seus terminais seria maior que V, não seria possível um novo disparo de [on Este circuito possui o inconveniente de limitar a fai xa de controle, uma vez que a carga faz parte do circuito re sonante que proporciona o bloqueio. Além disso, qualquer varia ção no circuito de carga altera o circuito de comutação, afetan este não é um o ão seu desempenho. Por estas raz ito mui toi usado em conversores CC-cc. Exemplo 5.2 187 a 16x10 q s00t sen 2.090t dt Integrando até o instante da comutação do SCR obtemos: volt) S- 164 V o que garante a polarização reversa ao SCR. Este mesmo resultado poderia ser obtido, — calculando- -se v através da derivada da corrente em ut = q. Neste instan te vale: -1.560. mn ai e eomno bese.oogcosa = a? ou sejas = 1.421,74 10x107) = 14,22 Y 150 + 14,22 = 164,22 V 5.6 Comutação por Tensão en Paralelo A seção anterior, tratou de um caso de comutação na Fig. 5.16 - Circuito de comutação por tensão em paraleto. Para funcionamento correto do circuito, Q, deve ser disparado em primeixo lugar. A corrente irá circular então pela fonte, por C, Q, e pelo circuito de carga, carregando o capaci tor com uma tensão vp > U. No caso do carga resistiva, esta ten suo seria igual a V. Carregado o capacitor, o circuito « preparado para zendo com que seja aplicada uma a comutação e Q, é disparado, tensão V à carga. Simultaneamer te, GQ permite que entre em fun cionamento o circuito formado por €, 1, Deo próprio Q,, con forme ilustra à fig. 5.17. Pig. 8.17 - Detalhe do funcionamento do cireuito da fig. 5.16. tural onde a própria carga participava da comutação. Na maioria dos casos, a cárga não é ressonante, e nem sempre é interessante colocar um capacitor em série para obter a comutação. Os casos que descreveremos a partir deste ponto, são tados de comutação forçada. na comutação por tensão em paralelo, geralmente um r, adequadamente carregado, é colocado em paralelo com o pacit SCR que vai ger comutado. O circuito da £ 5.16 ilustra um caso de CYP. 190 cular fazendo com que a energia inicialmente armazenada no campo elétrico do capacitor, seja transferida para o campo magnético do indutor. Quando i, for máxima, a energia estará toda armaze nada no indutor e a tensão no capacitor se anulará. Gaí, a corrente começa a diminuir, sendo a tendência devolver no vamente à energia ao capacitor. Assim, haverá um instante em que a corrente se anularã e o capacitor terã se carregado à res: tensão inicial, porém com polaridade invertida, ou seja, v, (observe o sentido do cir tor, que teve sua tensão invertida, irá agora aplicar uma tensão reversa aos tormin de tensão v,> 0. Atingida a máxixa Uma vez que o capacitor tem v. > 0, a corrente irá cir A partir co. ulação da corrente). Quando se desejar comutar Q,, dispara-se 0,. O capaci de O, voltando & r até um valor e carr em C fno caso de car 181 ga resistiva este valor é V), Q, comutará, uma vez que a cor rente se anula. A partir daí, a situação se repete a cada novo disparo de 0,. A análise deste circuito será melhor entendida após o Exemplo 5.3, onde é feito o equacionamento e desenhadas as formas de onda para o caso de carga resistiva. Exemplo 5,3 Um "chopper" com a configuração de comutação forçada do circuito da fig. 5.16, opera em uma fre iência de 400 Hz, ali mentando uma carga resistiva de If , a partir de uma fonte de 50 V. Calcular os valores de C e de L para que o circuito fun cione corretamente quando O, e 9, possuem um tenpo de comutação de 100y s. Esboce as form: de onda de interesse. Solução: Suponhamos que o circuito tenha atingido o regime e que em t = 0,0 SCRQ, esteja conduzindo. Emt = o sapacitor terá “o = - W e Q, é disparado, comutando Q,. & situação será a da fig. 5.18. NE poli, v sl F < Ro Pig. 6.18 - Circuito equivalente para o Exemplo 5-8 quando Q, é disparado. A análise de malha para o circuito da fig. 5.18 forne ce: tax va Roi 15-30) 192 (5-31) cuja solução é da forma: à PR (5-32) com a seguinte condição inicial: 10) = 24 Rg (5-33) Substituindo (5-33) em (5-32) temos: : E ROS (5-34) A tensão no capacitor será: t ve f ia -v (5-35) Substituindo a expressão de i dada por (5-34) em (5- -35), teremos após a integração e substituição dos limites: -t/R, olo semi -2e 5) (5-36) O valor do capacitor pode agora ser determinado, impon ao que vp ss anule só após ter decorrido um tempo no mínimo igual a £opy do SCR. Em outras palavras, o capacitor devo ser de valor tal que o SCR figue reversamente polarizado enquanto o mesmo não tiver recuperado sua capacidade de bloqueio. assim: e, /Rol MT -2e OERO E) Resolvendo para topp temos: t of (48-37) 194 r Fig. 5.19 - Formas de onda para o Exemplo 5-3. variável). O valor mínimo de toy é igual ar VLC, sonante LC. deve ser disparado em primeiro lugar. Fig. 5.20 - Um cireuito de crp, modo que vc > 0. No momento em que vç comutação de Q,. No instante em que Q, for à Sitor polariza reversamento O, 196 Conforme pudemos notar neste exemplo, nesta são de comutação forçada, é possível tanto a modulação por gura de pulso(tyy variável) quanto modulação em fregliência (t em um valor mínimo para a tensão na carga. O valor torp depende da carga, o que define um valor máximo A especificação de G, deve ser tal que considere tanto rente de carga iy quanto a corrente que flui pelo circuito res A principal desvantagem deste circuito é que uma even tuai falha de comutação de Q,, faz com que o capacitor regue impossibilitando comutações posteriores. Neste caso, circuito deve ser desligado e, quando novamente energizado, A fig. 5.20 mostra uma outra configuração de CTP. Quando O, é disparado para conduzir a corrente de ga igr também flui corrente pelo capacitor C e o resistor R de iguala a tensão da fon te, ip = 0 e 0 capacitor permanece carregado, preparado para 02 Fig. 5.81 - Detalhe do corte de Q, quando Qy é disparado o circuito da Fig. 5-20. , Esta tensão reversa deve ser mantida até que Q, recupe re sua capacidade de bloqueio. Durante a condução de Q,, O capacitor se carrega com vo <0 e assim, no próximo disparo de Q,, Q, será comutado. Des te modo, o disparo de um SCR, sempre irá provocar a comutação do outro. às vezes o resistor R pode ser uma outra carga. Deste modo, ora seria fornecida energia a uma carga, ora à outra car ga. Uma desvantagem do circuitó da fig. 5.20 é que a ten são a que o capacitor se carrega está limitada a V. No circuito da fig. 5.22 a introdução de um indutor e um SCR, permite que o capacitor se carregue a uma tensão maior do que Y Fig. 5.22 - Cireuito da Pig. 5.80 alterado para permitir que o capacitor se carregue a uma tensão mais elevada, Quando Q, é disparado, simultaneamente dispara o que fará com que o capacitor seja carregado através da cia, Vimos no Exemplo 5.3 que a corrente será (85-45) como i(0) = 0 € . 197 te) i da =1 v fc. Victl- cos 1. t) E Vic Simplificando vem: volt) = V(l - cos 1 t) Vic (59-47) Passado meio ciclo da corrente, O, bloqueará e o capa citor ficará carregado a volt = nVLO)=2v (5-a8) Teremos neste caso uma tensão duas vezes máior que a tensão de alimentação. Do ponto de vista de desempenho, podemos te tanto modulação por largura verificar que o circuito da fig.'5.22 perm de pulso como modulação em fregiiência. O valor mínimo do tempo de condução toy é igual a «VLC (ou seja o tempo necessário pa ra o capacitor se carregar a 2 V). O valor mínimo de tempo de comutação depende da carga, o que determina um máximo para a ten são de saída. Como no circuito da fig. 5.16, também aqui a corrente de carga do capacitor deve ser somada à corrente da carga iG no dimensionamento do SCR Q, significando que a comutação aumenta a especificação do mesmo. Numa eventual falha na comutação de Q,, após a descar sa do capacitor, Q, bloqueia. No próximo disparo de O, € Q4, € irá se recarregar, fi cando pronto para a comutação seguinte. O circuito de proteção deverá prever a impossibilidade do disparo simultâneo de 0, e GQ, O que sode provocar a destrui 2 a são dos componentes, uma vez que não haverá limitação de cor Comutação por Ressonância A Fig. 5.23 mostra um circuito de comutação por res senância ou, mais propriamente, um circuito de — auto-comutação. vo ix io me io vo =v oe A Ro Fig. 5,25 - Cironito de auto-comutação. Um circuito RIC série descrito por (5-21) é dito com amortecimento crítico quando a definido por (5-25) é igual a ug expressa por (5-26). A resposta do circuito nestas condições, sea fonte for ligada em t = 0, é dada ná Fig. ' vo (rensÃo oaj- — — — Fone) Pig. 5.24 - Resposta de um circuito RLC série com amortecimento oríbico a) corrente b) tensão no capacitor. Se o capacitor C, o indutor E e o circuito de carga do circuito da fig. 5.23 forem tais que o circuito resultante esteja criticamente amortecido (a = q), então, quando o mesmo forene; gizado, o capacitor se carregará a uma tensão — aproximadamente igual à da fonte (V), Quando Q, for disparado, a corrente circulará pela car 1 E ga e o capacitor começará a se descarregar através de uma corren senoidal dada por: v. 15-49) Esta expressão permanece válida enquanto o SCR permane taVe cer em condução. Quando a corrente voltar a se anular e a tensão no capacitor será igual a - v. A parzir daí, ar (5-55) cuja solução é do tipo: = -at x. & e (5-56) Assim, substituindo (5-56) em (5-54) vem: - it mi= Ke (5-57) dt multiplicando por eSÉ em ambos os lados chegamos a at ; at et ai + aeE is x at (5-58) Observando a equação (5-58), percebemos que o termo a esquerda nada mais é que a derivada no tempo do produto de i por es, assim: ai at (58-59) Integrando teremos: «t ad Le =m E% o (5-59) ou sejas -at 6 O iRgbet Ko) 65-60] voltando ao problema original, após a imposição das condições iniciais: ito) = 0 e Ldi=v ar chegar * parda DADA 65-61) 202 i : Fig. A tensão no capacitor será: -Ry- Lai dt (5-62) Após algum cálculo, substituindo os valores teremos: vç» 120 - 6x 107% e75-000% 420675. 000t A fig. 5.26 mostra as formas de onda de i e de vç. vote En meme 300) Da ao «o “o 2 vOD 200 JOD AdO 550 6b6 70 600 “50 TOM VIGO Fado TA00 ttus) MD 200 300 400 SC 600 700 BOD S0O NOCO HDO T200 1300 tos 5.26 - Formas de onda para £ e Vo no Exemplo 5-4. Suponhamos que o SCR foi disparado pela primeira em t=2 ms, A corrente no capacitor será dada por (5-49). bstituindo os valores temos: onde io = 12 sen 5.000 E! vez su 203 ga. A corrente no SCR será: igor 7 6 + 12 se 5.000 t A tensão no capacitor é dada pela integração da expres são da corrente: - 1 12 sen 5.000» da + 120 r 20 x 107 Jo Y” eg = 120 cos 5.000 O SER bloquea: quando ig, = 0, ou seja 5.000 t? = Tu 6 tt = 0,73 ms Quando o SCR bloquear a tensão no capacitor será: , vç = 104 v É a partir desta tensão que o mesmo inicia uma nova car Como anteriormente, a corrente será dada por: 279.000 7! (x, ett+ Ko) 3 t=t-2,73x 107 ve 120 - 2% | - 5.000 eT5-000 E! tao oleo ag)s 5. 000t = 20 x eT5-000t e x 82 x 10 (82 x To3etr + 6) 120 - 10 e P00 Eltga y ag Eri + 6) 164 x 6735-000 A tensão v, tende rapidamente para 120 Ve o circuito volta a estar preparado para um novo disparo de Q,. Na fig. 5.27 são esboçadas as formas de onda de inte resse. sms tem) Hen tos + As condições iniciais agora são: i(ttt=0)=6A Ldi = 104 ar Deste modo a corrente será dada por e5000 E (ga x 102 ct +46) A tensão no capacitor será: L- V- Lai - Ri aro tema) Pig. 5.27 - Pornav de onda paro o Exemplo 5-4. 205 Lo * 8.61 - Circuito de Morgan modificado, Suponhamos que inicialmente o capacitor tenha se car regado à tensão V da fonte. quando o SCR é disparado, como não há corrente pelo reator, a indutância é elevada. A corrente co meçará a fluir pelo reator com i, positiva e igual a à e iç ne gativa. Em virtude do acoplamênto, as correntes crescerão de mo do igual, sendo a taxa de crescimento determinada pela indutân cia da carga, uma vez que 0 reator não se opõe ab crescimento da corrente, mas apenas mantém as taxas iguais. Como as correntes fluem em sentidos opostos, não haverá um valor médio elevado de corrente e assim o núcleo permanece não-saturado. Assim que a corrente de carga atinge seu valor máximo, a corrente no capacitor começa a decrescer enquanto i, permanece constante. O decréscimo da corrente no capacitor é determinado por Ce por L, (valor não saturado). À medida que i, se aproxi ma de zero, o valor médio da corrente que produz o fluxo no nú cleo tende para i, = I,, ou seja, o núcleo tende à saturação. Atingida a saturação do núcleo, L, assume um valor baixo sendo a tensão no capacitor (agora de polaridade invertida devido à cir culação de corrente) aplicada ao SCR que então bloqueia. A cor rente de carga é então desvíada para C, Lj + Ly, R9 e Ly fazendo com que o capacitor recupere a sua carga, atingindo a tensão v. Quando ir se aproxima de zero, o núcleo do reator sai da satura são e o circuito volta à condição inicial. Para que o circuito funcione corretamente, deveros ga rantir que a corrente de carga exceda o valor de corrente que causa a saturação do núcleo. Se i não ocorrer, haverá falha na conutação de 0,. Um outro requisito é que a corrente do saty ração deve ser atingida antes que a corrente no capacitor inver 208 ta e com isto, sua tensão diminua e possivelmente não seja su ciente para conutar Q,. Pelo exposto acima, podemos concluir que este circuito só é adequado à modulação em fregiência e que o tempo de condu são é limitado pelo circuito ressonante. Se houver alguma falha de comutação, deve-se desligar o circuito e posteriormente vol tar a energizá-lo para recomeçar a operação. - Uma desvantagem desta configuração é que o SCR está su jeito a taxas di/at elevadas enbora a regulação da tensão na car ga seja muito boa. 5.8 Circuito de Jones O circuito da fig. 5.32, também conhecido como circui to de Jones, tem a vantagem, em relação ao de Morgan, de não ne cessitar que o capacitor seja previamente carregado antes que possa circular corrente pela carga, it “e o Pig. 5.32 - Circuito de Jones. - Suponhamos que o capacitor esteja inicialmente descar regado. Quando Q, for disparaão teremos o circuito equivalente da fig. 5.33. cocos amremmememem Fig. 5.83 - Civoutto equivalento do oixauito da Pig. 5.38 quando 04 é disparado. A circulação de corrente por bj induzirá uma tensão em Ly de modo a circular uma corrente pelo capacitor, com O sentido aa fig. 5.33, de modo que este será carregado a uma tensão vp < O (segundo a referência da Fig. 5.32). Uma vez carregado o capaci. tor, este não se descarrega em virtude do diodo D. A corrente permanece circulando pela carga até o instante em que Q, seja blo queado. Quando for disparado o SCR 0). este aplicará a tensão ão capacitor diretamente nos terminais de Oy comutando-o. A cor rente passa a circular por C, O, &y e pelo cireuto de carga. A fig. 5.34 apresenta o circuito equivalente | nesta situação. e Pig. 5.34 - Cinouito equivalente do cireuito da Fig. 5.52 quan do &y é disparado. wa maioria dos casos, R é de valor baixo e assim à coL »8). Desta forma, haverá um rente terá a forma da equação (5 um máximo, quando então w instante em que a corrente atingir 210 =D. A partiy deste instante, à corrente começa a decrescer e à capacitor passa a se carregar com vç > o. Em algum ponto a tem são na caíga passará por zero (observe que vo = Ri + bai, que pode ser nula já que a corsente está diminuindo) e o difão de re torno operará. Para melhor entendermos “o circuito podemos aiviaí- “1o em duas partes como na fig. 5.35. ve E CN as 3 es Pig. 5.85 - Cixeuito equivalente do oirouito da Fig 5.38 quan do o diodo de retorno opera. O diodo de retorno assegura a continuidade da corrente no carga. Enquanto isso, a corrente que circula por €, 0) e Ly irá passar por zero, comutando Q,. Quando Q, comutar, se o capacitor estava carregado a uma tensão maior do que V, o diodo D ficará novamente polarizado no sentido direto e teremos então um circuito equivalente como O da fig. 5.36. e p— tz e a a Aos o x n Pig. 5.80 - Circuito equivalente da big. 5,42 quando o diodo D sondus novznenze Quando à, passar por zero, o diodo D cortará e e ten reuito são do capacitor será menor do que v porém positiva. O c estará então pronto para um novo disparo de Q4- A caga disparo de Qj, C é carregado, sendo O «alor da censão dependente do circuito de carga. Quanto maior o correnso au 
