Descreva 3 formas de se bloquear um tiristor do tipo SCR (silicon controlled rectifier). Desenhe os respectivos circuitos:
-
| - |
|
|
Passo 1
O enunciado pede: descrever três formas de se bloquear (desligar / comutar para estado bloqueado) um tiristor do tipo SCR e desenhar os respectivos circuitos.
Informações relevantes dadas (implicitamente): o dispositivo é um SCR (tiristor) comum — isto implica que, depois de disparado, ele só se apaga se a corrente no anodo cair abaixo da corrente de sustentação ou se for aplicado um sinal de polaridade inversa no ânodo-catodo. Não há figura adicional fornecida.
Informações relevantes dadas (implicitamente): o dispositivo é um SCR (tiristor) comum — isto implica que, depois de disparado, ele só se apaga se a corrente no anodo cair abaixo da corrente de sustentação ou se for aplicado um sinal de polaridade inversa no ânodo-catodo. Não há figura adicional fornecida.
Passo 2
Conceitos básicos que você precisa entender antes de ver os métodos (aula rápida e amigável):
- Um SCR conduz quando recebe um pulso no gate enquanto a tensão anodo-cátodo é direta. Depois de conduzir ele “trava” por si só. Para ele voltar a bloquear é necessário que a corrente no anodo
caia abaixo da chamada corrente de sustentação . Outra corrente importante é a corrente de travamento (latching) — corrente mínima imediatamente após o disparo para o SCR permanecer conduzindo; normalmente . - O gate de um SCR normal NÃO serve para desligá‑lo depois que o dispositivo está conduzindo (isso é função de um GTO). Portanto as técnicas de bloqueio envolvem: reduzir
abaixo de ou aplicar uma tensão reversa (ânodo negativo em relação ao cátodo) que faça a corrente ir a zero e/ou impeça a recondução. - Resumindo a regra prática para desligar: conseguir que
(ou aplicar tensão reversa suficiente).
Passo 3
Método 1 — Comutação natural (por cruzamento a zero da rede AC)
Explicação didática: em um circuito alimentado por uma fonte AC senoidal, a corrente circulante naturalmente cai para zero em cada passagem pelo zero da tensão. Se o SCR foi disparado em um semiciclo, quando a tensão da rede passar por zero e inverter, a corrente pode cair abaixo de e o SCR irá apagar (voltar ao bloqueio). Esse é o método mais simples e muito usado em retificadores de potência alimentados por CA. É chamado também de comutação por linha (line commutation).
Condição de desligamento: basta que no instante do cruzamento caia até abaixo de
.
Explicação didática: em um circuito alimentado por uma fonte AC senoidal, a corrente circulante naturalmente cai para zero em cada passagem pelo zero da tensão. Se o SCR foi disparado em um semiciclo, quando a tensão da rede passar por zero e inverter, a corrente pode cair abaixo de
Condição de desligamento: basta que no instante do cruzamento
Desenho do circuito (representação ASCII simples; rótulos em TeX):
(+)— (fonte AC) —[
]— Anodo (A) of SCR — Cátodo (K) — retorno (-)
Gate (G) -> pulso de disparo
(+)—
Gate (G) -> pulso de disparo
Em notação com rótulos:
Passo a passo para usar na prova: 1) identifique que a fonte é AC; 2) explique que na passagem por zero
; 3) conclua que se
o SCR apaga.
Passo 4
Método 2 — Comutação forçada por capacitor/resonante (comutação por impulso)
Ideia central (aula): usamos um capacitor que, quando ligado no momento certo, injeta um pulso de corrente reversa através do SCR ou cria uma tensão reversa sobre ele. Essa corrente faz
atravessar zero (e se tornar negativa por um instante) e cair abaixo de
, apagando o SCR. Esse método é largamente usado em fontes contínuas com necessidade de desligamento independente da forma da carga (topologias de inversores, choppers, etc.).
Ideia central (aula): usamos um capacitor
Sequência de operação (passo a passo conceitual):
- Pré-carrega‑se o capacitor
numa polaridade conveniente (geralmente com uma fonte auxiliar ou via diodo). - No instante desejado, fecha-se um comutador (pode ser um interruptor ou um tiristor auxiliar) que conecta o capacitor em paralelo com o SCR de modo a aplicar uma tensão que inverta/compense a tensão da alimentação.
- O capacitor descarrega produzindo um pulso de corrente que leva
a zero e possivelmente negativa; quando , o SCR apaga. - Depois do evento, o circuito retorna ao estado de repouso e o capacitor pode ser recarregado.
Fórmula/condição útil (simples): se o capacitor tem tensão inicial
e a fonte contínua é
, a tensão aplicada no SCR após a conexão pode ser aproximadamente
. Para que haja comutação, precisa haver corrente reversa suficiente para reduzir
abaixo de
.
Desenho do circuito (ASCII com rótulos TeX):
Explicação do desenho:
é pré-carregado (por uma fonte auxiliar ou circuito de carga não mostrado) e
é o comutador/auxiliar que, ao fechar, conecta
para aplicar o impulso de comutação ao SCR.
Exemplo didático rápido: imagine
V e
pré-carregado a
V (polaridade oposta). Ao ligar, a queda de tensão no SCR fica negativa momentaneamente e a corrente inverte, apagando o SCR.
Passo 5
Método 3 — Comutação com tiristor auxiliar / comutação por transferência (uso de outro tiristor + capacitor)
Ideia central (aula e analogia): aqui usamos um circuito de comutação que contém um capacitor e um tiristor auxiliar
. O capacitor é pré-carregado pela fonte e, quando queremos apagar o SCR principal
, disparamos
. A ação de
insere o capacitor de forma que ele impeça a corrente pelo
(ou aplique tensão reversa a
), transferindo a corrente para o ramo auxiliar. É muito usado em inversores monofásicos e fontes de CC controladas. Em termos práticos é uma implementação do método por capacitor, mas com um dispositivo ativo que realiza a manobra (logo é bastante usado na prática).
Ideia central (aula e analogia): aqui usamos um circuito de comutação que contém um capacitor
Sequência operacional (didática, passo a passo):
- Pré-carrega-se
pela fonte através de diodo/resistor. - Quando se quer apagar
, aplica-se pulso no gate de . -
conduz, conectando em tal ponto do circuito que cria uma corrente de transferência / corrente reversa em . O ramo principal perde corrente e do cai abaixo de . - Desligado
, desliga-se depois que o capacitor foi recarregado ou a energia foi transferida.
Diagrama ASCII simplificado (rótulos TeX):
Observação prática: o circuito real mostra diodos de bloqueio, resistores de carga e caminhos de descarga — aqui simplifiquei para focar no princípio funcional. A vantagem desse método é controle preciso do instante de comutação via disparo de
.
Passo 6
Comparação prática (curtinho e motivador, para você lembrar na prova):
- Comutação natural: simples, sem komponentes extras; só funciona quando há cruzamento de corrente em AC (logo é ideal para retificadores alimentados por rede).
- Comutação por capacitor/resonante: permite desligar em DC ou quando a forma de onda não cruza zero; requer capacitor, diodos/comutadores e dimensionamento (energia do capacitor
é parâmetro importante). - Comutação com tiristor auxiliar: é uma implementação prática do método por capacitor que dá controle melhor do instante de desligamento; mais componentes e complexidade, mas maior flexibilidade.
Dica de prova: sempre aponte a condição matemática chave — que o desligamento acontece quando
— e descreva o mecanismo físico (redução de corrente ou aplicação de tensão reversa) e desenhe o circuito simplificado com os componentes essenciais (
,
, SCR,
, e possível tiristor auxiliar).
Resposta
Comutação natural (por cruzamento a zero da rede AC)
Comutação forçada por capacitor / ressonante (injeção de corrente reversa através de )
Comutação por tiristor auxiliar (transferência usando capacitor pré‑carregado e um tiristor auxiliar)
Comutação forçada por capacitor / ressonante (injeção de corrente reversa através de
Comutação por tiristor auxiliar (transferência usando capacitor pré‑carregado e um tiristor auxiliar)