Projeto e realização de uma fonte de energia para soldagem multi-processo

P R O G R A M A D E P Ó S - G R A D U A Ç Ã O E M E N G E N H A R I A M E C Â N I C A P R O J E T O E R E A L I Z A Ç Ã O D E U M A F O N T E D E E N E R G I A P A R A S O L D A G E M M U L T I - P R O C E S S O D I S S E R T A Ç Ã O S U B M E T I D A À U N I V E R S I D A D E F E D E R A L D E S A N T A C A T A R I N A P A R A O B T E N Ç Ã O D O G R A U D E M E S T R E E M E N G E N H A R I A M E C Â N I C A . R A U L G O H R J Ú N I O R F L O R I A N Ó P O L I S . O U T U B R O 1992

P R O G R A M A D E P Ó S - G R A D U A Ç Ã O E M E N G E N H A R I A M E C Â N I C A P R O J E T O E R E A L I Z A Ç Ã O D E U M A F O N T E D E E N E R G I A P A R A S O L D A G E M M U L T I - P R O C E S S O D I S S E R T A Ç Ã O S U B M E T I D A À U N I V E R S I D A D E F E D E R A L D E S A N T A C A T A R I N A P A R A O B T E N Ç Ã O D O G R A U D E M E S T R E E M E N G E N H A R I A M E C Â N I C A . R A U L G O H R J Ú N I O R F L O R I A N Ó P O L I S , O U T U B R O 1992

P R O J E T O E R E A L I Z A Ç Ã O D E U M A F O N T E D E E N E R G I A P A R A S O L D A G E M M U L T I - P R O C E S S O

R A U L G O H R J Ú N I O R

ESTA DISSERTAÇÃO FOI JULGADA ADEQUADA PARA A OBTENÇÃO DO TÍTULO DE

MESTRE EM ENGENHARIA

ESPECIALIDADE ENGENHARIA MECÂNICA, ÁREA DE CONCENTRAÇÃO METROLOGIA E AUTCMAÇÂO, APROVADA EM SUA FORMA FINAL PELO PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM

E N G E N H A R I A M E C Â N I C A D A U F S C .

rof-r^Arnal do Joíí^é P e r i n , Dr. Ing O R I E N T A D O R *5->rof . Jaí-r <zûr 1 os D u t r a , B A N C A E X A M I N A D O R A P r o f w f t f n a l d o J o s éé í^er i n , Dr . Ing Prof. C a r l o s A l b e r t o M a r t i n » D r .

A o s m e u s o r i e n t a d o r e s , P r o f . A r n a l d o J o s é P e r i n e Pr of. J a i r C a r l o s D u t r a , p e l a o r i e n t a ç ã o , e s t i m u l o e c o m p a n h e i r i s m o . A o s m e m b r o s da b a n c a e x a m i n a d o r a P r o f . Ivo B a r b i e Pr of. C a r l o s A l b e r t o M a r t i n p e l a a t e n ç ã o e c o n t r i b u i ç ã o s u g e r i d a s ao t r a b a l h o . A o E n g . L a r r y F i o r e O l l é p e l a a m i z a d e e c o l a b o r a ç ã o na r e a l i z a ç ã o d e s t e t r a b a l h o . A o E s t a g i á r i o C a r l o s A l b e r t o F e r r e i r a p e l a a m i z a d e e c o l a b o r a ç ã o n a s m o n t a g e n s r e f e r e n t e s as p a r t e s m e c â n i c a s . À m i n h a n a m o r a d a P a t r í c i a V i l a i n , p e l o a p o i o e c o m p r e e n s ã o no s m o m e n t o s i m p o r t a n t e s da r e a l i z a ç ã o d e s t e t r a b a l h o . A o s E s t a g i á r i o s e t é c n i c o s do L A B S O L D A ( L a b o r a t ó r i o de S o l d a g e m ) e L A M E P ( L a b o r a t ó r i o de M á q u i n a s E l é t r i c a s e E l e t r ô n i c a de P o t ê n c i a ) , q u e d e u m a f o r m a ou d e o u t r a c o n t r i b u í r a m p a r a o d e s e n v o l v i m e n t o d e s t e t r a b a l h o . À s o c i e d a d e a l e m ã de c o o p e r a ç ã o t e c n o l ó g i c a (GTZ) p e l a d o a ç ã o d o s I G B T ' s . À C N P Q p r o j e t o R H A E p e l a b o l s a d e e s t u d o c o n c e b i d a A o L A B S O L D A c o m o p r i n c i p a l a g e n t e f i n a n c i a d o r e t a m b é m a n C A P E S v i a P ó s - G r a d u ç ã o p e l o s r e c u r s o s f i n a n c e i r o s c o n c e b i d o s .

SUMÁRIO

S I M B O L O G I A ... x R E S U M O ... xi v A B S T R A C T ... xv C A P Í T U L O 1 - F O N T E S D E E N E R G I A P A R A S O L D A G E M 1.1 - E V O L U Ç Ã O D A S F O N T E S D E E N E R G I A ... .02 1 . 2 - O B J E T I V O S ... .09 C A P Í T U L O 2 - C O N S I D E R A Ç Õ E S P A R A P R O J E T O 2 . 1 - P R O C E S S O T I G / P L A S M A ... .13 2. 1 . 1 - I m p o s i ç ã o d e c o r r e n t e c o n t í n u a ... .14 2 . 1 . 2 - R e g i m e p u l s a d o ... ... .14 2 . 1 . 3 - I m p o s i ç ã o de C o r r e n t e A l t e r n a d a ... .15 2 . 2 P R O C E S S O M I G / M A G ...17 2 . 2.1 - M o d o T e n s ã o ... .17 2 . 2 . 2 - M o d o C o r r e n t e ...20 2 . 2 . 3 - M o d o M i s t o ...22 2 . 3 E L E T R O D O R E V E S T I D O ... .24 C A P Í T U L O 3 - R E A L I Z A Ç Ã O D O P R O T Ó T I P O 3.1 - A P R E S E N T A Ç Ã O D O C O N V E R S O R 25

3.2 - T É C N I C A D E C H A V E A M E N T O ... 26 3 . 2 . 1 - C o m a n d o c l á s s i c o d o s I G B T ' s ... 29 3 . 2 . 2 - C o m a n d o a l t e r n a d o d o s I G B T ' s ... 30 3 . 2 . 3 - A n á l i s e das P e r d a s e m C o n d u ç ã o ... 33 a) C o m a n d o C l á s s i c o ... 33 b) C o m a n d o a l t e r n a d o dos I G B T ’s ... 34 3. 3 - F R E Q U Ê N C I A D E C O M U T A Ç Ã O ... 36 3 . 4 P E R D A S N A C O M U T A Ç Ã O ... 40 3 . 4 . 1 E s t u d o d a c o m u t a ç ã o ... 41 a) P e r d a s no b l o q u e i o d o I G B T ... 41 b) P e r d a s no f e c h a m e n t o d o IG BT ... 42 3 . 4 . 2 - P e r d a s c o m c i r c u i t o de a j u d a à c o m u t a ç ã o ... 45 a) C i r c u i t o G r a m p e a d o r ... 45 b) C i r c u i t o de a j u d a à c o m u t a ç ã o c l á s s i c o ... 51 c) C i r c u i t o de a j u d a à c o m u t a ç ã o a d a p t a d o ao c o n v e r s o r ... 55 3 . 4 . 3 - D i m e n s i o n a m e n t o do c i r c u i t o d e a j u d a à c o m u t a ç ã o a d a p t a d o a o c o n v e r s o r ... 66 3 . 5 - C I R C U I T O S D E C O N T R O L E ... ... 69 3 . 5 . 1 - C o n t r o l e da C o r r e n t e ... 69 3 . 5 . 2 - C o n t r o l e d a T e n s ã o ... 71 3 . 6 - C I R C U I T O S D E A P O I O E S E N S O R E S ... 74.. 3 . 6 . 1 - C i r c u i t o de C o m a n d o ... 74 3 . 6 . 2 - C i r c u i t o de r e f e r ê n c i a e l ó g i c a de p a r t i d a ... 76 a) C i r c u i t o de R e f e r ê n c i a de C o r r e n t e e T e n s ã o ... 76 b) C i r c u i t o de l ó g i c a de p a r t i d a / p a r a d a ... 78 c) C i r c u i t o l i m i t a d o r d e C o r r e n t e ... 78 3 . 6 . 3 - S e n s o r e s ... 83

a) S e n s o r de c o r r e n t e ... 83 b) S e n s o r de t e n s ã o ... 84 C A P Í T U L O 4 - F O N T E D E T E N S Ã O C O N S T A N T E P A R A A L I M E N T A Ç Ã O D O C O N V E R S O R 4.1 - D I M E N S I O N A M E N T O D O C A P A C I T O R D E F I L T R A G E M D E S A Í D A ... .85 4 . 2 - F I L T R O S D E R E A T I V O S ... .93 4 . 2 . 1 - F i l t r o de p r i m e i r a o r d e m L ( i n d u t i v o ) ... .96 k . 2 . 2 - F i l t r o de s e g u n d a o r d e m L C ... .98 a) - C o n f i g u r a ç ã o 1 ... 98 b) - C o n f i g u r a ç ã o 2 ... 102 4 . 2 . 3 - F i l t r o i n d u t i v o a p l i c a d o na s a í d a ... 103 4 . 2 . 4 - R e s u m o do s r e s u l t a d o s ... 107 4 . 2 . 5 - R e s u l t a d o s e x p e r i m e n t a i s do r e t i f i c a d o r c o m o f i l t r o ... 108 C A P Í T U L O 5 - S E L E Ç Ã O D O S C O M P O N E N T E S D O C O N V E R S O R 5.1 - C á l c u l o do C a p a c i t o r do c i r c u i t o de A j u d a à c o m u t a ç ã o ... . 112 5 . 2 - C á l c u l o d a t e n s ã o m á x i m a no IGB T ...113 5 . 3 - C á l c u l o da c o r r e n t e m á x i m a no I G B T ... .114 5 . 4 - P e r d a s no IGBT ...114 a) P e r d a s na C o m u t a ç ã o ... 114 b) P e r d a s em C o n d u ç ã o ... 115 5.5 - P e r d a s no D i o d o d e R o d a L i v r e ... 115

5 . 6 - C á l c u l o d a R e s i s t ê n c i a do C i r c u i t o de A j u d a à C o m u t a ç ã o ... .1 1 6 5 .7 - P e r d a s n o s R e s i s t o r e s do c i r c u i t o de a j u d a à c o m u t a ç ã o ... .1 1 6 5 . 8 - S i m u l a ç ã o d o C o n v e r s o r ... .1 1 7 5 . 9 - C á l c u l o d a i n d u t â n c i a do f i l t r o de s a í d a Lf s ... .120 C A P Í T U L O 6 - R E S U L T A D O S E X P E R I M E N T A I S 6.1 - M O N T A G E M P R Á T I C A ... 121 6. 2 - E N S A I O D O C O N V E R S O R ... J23 6. 2.1 - E n s a i o d o s I G B T ' s ...123 6 . 2 . 2 - T e n s ã o m á x i m a s o b r e o IGBT ... .126 6 . 2 . 3 - O n d u l a ç ã o d a C o r r e n t e ... .127 6 . 2 . 4 - V a l o r d a I n d u t â n c i a do F i l t r o de s a í d a O b t i d o n a P r á t i c a ... 127 6 . 3 - L E V A N T A M E N T O D A C A R A C T E R Í S T I C A E S T Á T I C A D O P R O T Ó T I P O ...128 6 . 3.1 - C a r a c t e r í s t i c a E s t á t i c a de C o r r e n t e ... .129 6 . 3 . 2 - C a r a c t e r í s t i c a E s t á t i c a de T e n s ã o ...129 6. 4 - D E S E M P E N H O D I N Â M I C O D O P R O T Ó T I P O ... .130 6 . 4.1 - P r o c e s s o T I G ... 1 3 0 6 . 4 . 2 - P r o c e s s o M I G ... 1 3 1 6 . 4 . 3 - E l e t r o d o r e v e s t i d o ... 1 3 5 C O N C L U S Õ E S ... , o£ A P Ê N D I C E - C a t á l o g o s d o s I G B T ' s ( A E G e E U P E C ) ₁₃₈

SIMBOLOGIA

C f s - C a p a c i t o r de f i l t r o de s a í d a do r e t i f i c a d o r C A C A C - C i r c u i t o de a j u d a à c o m u t a ç ã o a d a p t a d o ao c o n v e r s o r Ci - V a l o r do c a p a c i t o r d o c i r c u i t o i n t e g r a d o r Cf - C a p a c i t â n c i a do f i l t r o de r e a t i v o s C - C a p a c i t o r C C - C o r r e n t e c o n t í n u a cb - C a p a c i t o r de a j u d a à c o m u t a ç ã o no b l o q u e i o C m i n - V a l o r m í n i m o do c a p a c i t o r do C A C A C D i a - O n d u l a ç ã o d a c o r r e n t e Ia D I c - O n d u l a ç ã o da c o r r e n t e Ic D I s - O n d u l a ç ã o d a c o r r e n t e de s o l d a g e m d b - D i o d o de a j u d a à c o m u t a ç ã o n o b l o q u e i o D - d i o d o df - D i o d o de a j u d a à c o m u t a ç ã o no f e c h a m e n t o E - T e n s ã o de a l i m e n t a ç ã o do c o n v e r s o r Ea - T e n s ã o do A r c o Ef - V a l o r f i nal d a t e n s ã o do c a p a c i t o r do C A C A C fc c - F r e q u ê n c i a de c o m u t a ç ã o n o m o d o c l á s s i c o fc a - f r e q u ê n c i a de c o m u t a ç ã o n o m o d o a l t e r n a d o fo a - F r e q u ê n c i a de o n d u l a ç ã o d a c o r r e n t e Ia fc a m ^ x - F r e q u ê n c i a m á x i m a de c o m u t a ç ã o n o m o d o a l t e r n a d o f c c m á x - V a l o r m á x i m o d e fcc F P - F a t o r de p o t ê n c i a ft - F a t o r de o n d u l a ç ã o d a t e n s ã o de s a í d a do r e t i f i c a d o r (E) IGBT - I n s u l a t e G a t e B i p o l a r T r a n s i s t o r

IM - V a l o r m á x i m o d a c o r r e n t e Is Im - V a l o r m í n i m o da c o r r e n t e Is Ic - C o r r e n t e na i n d u t â n c i a L e e IMc - V a l o r m á x i m o d a c o r r e n t e Ic Ia - C o r r e n t e na i n d u t â n c i a L c a IMa - V a l o r m á x i m o da c o r r e n t e Ia Ima - V a l o r m í n i m o d a c o r r e n t e Ia l j m a x _ C o r r e n t e m á x i m a no IGBT II - C o r r e n t e de l i n h a Ilef - C o r r e n t e e f i c a z de l i n h a ILf - C o r r e n t e e m Lf Ice - C o r r e n t e e n t r e c o l e t o r e m i s s o r do I GB T ld - I n d u t â n c i a de d i s p e r s ã o L f s - I n d u t â n c i a d e f i l t r o de s a í d a L f s c “ I n d u t â n c i a de f i l t r o de s a í d a no m o d o c l á s s i c o L f s a - I n d u t â n c i a de f i l t r o de s a í d a n o m o d o a l t e r n a d o lp - I n d u t â n c i a p a r a s i t a Lf - I n d u t â n c i a do f i l t r o de r e a t i v o s L - I n d u t â n c i a d o f i l t r o de r e a t i v o s na s a í d a do r e t i f i c a d o r M I G - M e t a l I n e r t e G á s M A G - M e t a l A c t i v e G á s np - N ú m e r o d e p u l s o s d o r e t i f i c a d o r P W M - P u l s e d W i d t h M o d u l a t i o n P j c “ P e r d a s no IGBT e m c o n d u ç ã o PI2)C - P e r d a s e m c o n d u ç ã o no d i o d o ^ I a ~ P e r d a s n o I G B T e m c o n d u ç ã o n o m o d o a l t e r n a d o

Pj-ja - P e r d a s no d i o d o e m c o n d u ç ã o no m o d o a l t e r n a d o Pb - P e r d a s n o b l o q u e i o no IGBT Pf - P e r d a s no I G B T no f e c h a m e n t o Pc j í - P e r d a s t o t a i s n o I G B T n a c o m u t a ç ã o Pr - P e r d a s n a r e s i s t ê n c i a r P b g i - P e r d a s no IGBT n o f e c h a m e n t o c o m c i r c u i t o g r a m p e a d o r P b a i - P o t ê n c i a p e r d i d a n o b l o q u e i o n o IGBT c o m o C A C A C P b r b - P e r d a n o b l o q u e i o n a r e s i s t ê n c i a de a j u d a n o b l o q u e i o o C A C A C P f y c _ P e r d a s t o t a i s no I G B T no f e c h a m e n t o c o m o C A C A C P f c r b - P e r d a s n a r e s i s t ê n c i a do C A C A C n a e n t r a d a c o n d u ç ã o P y c - P e r d a s t o t a i s d e v i d o ao c a p a c i t o r do C A C A C Pci - P o t ê n c i a p e r d i d a no I G B T e m c o n d u ç ã o R a - R e s i s t ê n c i a do A r c o r - R e s i s t ê n c i a d e a j u d a n o c i r c u i t o g r a m p e a d o r rb - R e s i s t ê n c i a d e a j u d a à c o m u t a ç ã o n o b l o q u e i o Ri - R e s i s t ê n c i a do c i r c u i t o i n t e g r a d o r Rs - R e s i s t ê n c i a n a s a í d a d o s e n s o r H a l l R H - R e s i s t ê n c i a i n t e r n a d o s e n s o r H a l l T I G - T u n g s t é n i o I n e r t e G á s t c c ,t T e m p o d e c o n d u ç ã o d o IG BT no m o d o c l á s s i c o tb c - T e m p o de b l o q u e i o do IGBT no m o d o c l á s s i c o tc a - T e m p o de c o n d u ç ã o do IG BT no m o d o a l t e r n a d o t - T e m p o T a l a - C o n s t a n t e de t e m p o T - P e r í o d o d a c o m u t a ç ã o Tc - P e r í o d o de c o m u t a ç ã o n o m o d o c l á s s i c o c o m e m

tfi - T e m p o de d e s c i d a da c o r r e n t e t f v - T e m p o d e d e s c i d a da t e n s ã o t r v - T e m p o d e s u b i d a d a t e n s ã o t o n - T e m p o to t a l a t é a e n t r a d a e m c o n d u ç ã o do IGBT ts - T e m p o d e e s t o c a g e m d o IGBT V f o - Q u e d a de t e n s ã o no d i o d o e m c o n d u ç ã o V s a t - T e n s ã o de s a t u r a ç ã o do IGBT V T - T e n s ã o s o b r e o IGBT V p - P i c o de t e n s ã o no I G B T d e v i d o à i n d u t â n c i a p a r a s i t a V c m á x - T e n s ã o m á x i m a no c a p a c i t o r do c i r c u i t o g r a m p e a d o r V c m á x b - T e n s ã o m á x i m a no c a p a c i t o r de a j u d a à c o m u t a ç ã o no b l o q u e i o V C m á x c - T e n s ã o m á x i m a no c a p a c i t o r de a j u d a à c o m u t a ç ã o n a e n t r a d a e m c o n d u ç ã o V c E s a t ~ T e n s ã o de s a t u r a ç ã o d o IG BT V H - Q u e d a de t e n s ã o n a r e s i s t ê n c i a i n t e r n a do s e n s o r H a l l Vs - T e n s ã o na s a í d a d o s e n s o r H a l l V m i n - T e n s ã o m í n i m a e m C f s V m á x - T e n s ã o m á x i m a e m Cf s V p i c - T e n s ã o de p i c o n a s a í d a d o t r a n s f o r m a d o r V d - Q u e d a d e t e n s ã o no d i o d o do r e t i f i c a d o r e m c o n d u ç ã o V c e - T e n s ã o e n t r e c o l e t o r e m i s s o r d o IGBT X L f - R e a t â n c i a o f e r e c i d a p e l a i n d u t â n c i a de f i l t r o Lf X C f - R e a t â n c i a o f e r e c i d a p e l a c a p a c i t â n c i a de f i l t r o Cf X l d - R e a t â n c i a o f e r e c i d a p e l a i n d u t â n c i a de d i s p e r s ã o Z n - I m p e d â n c i a p a r a a h a r m ô n i c a de o r d e m n

E s t e t r a b a l h o a p r e s e n t a o d e s e n v o l v i m e n t o de u m a f o n t e de s o l d a g e m M u i t i - P r o c e s s o c o m c a p a c i d a d e de 300 A, p a r a a t e n d e r os p r o c e s s o s M 1 G / T I G / P L A S M A e E l e t r o d o R e v e s t i d o . E s s a f o n t e de e n e r g i a p o d e c o n t r o l a r a t e n s ã o m é d i a de s a í d a , ou i m p o r c o r r e n t e c o n t í n u a e m r e g i m e p e r m a n e n t e e em, f o r m a p u l s a d a , ou a i n d a a l t e r n a d a e m r e g i m e p e r m a n e n t e e em f o r m a p u l s a d a c o m a j u s t e de t o d a s as v a r i á v e i s q u e d e f i n e m sua f o r m a de o n d a. P a r a os p r o c e s s o s q u e u t i l i z a m t r a n s f e r ê n c i a m e t á l i c a por c u r t o - c i r c u i t o , a f o n t e t a m b é m p o s s i b i l i t a a j u s t e e l e t r ô n i c o de su a r e s p o s t a d i n â m i c a . N o e s t u d o r e f e r e n t e ao c o n v e r s o r foi d a d a uma a t e n ç ã o e s p e c i a l na a n á l i s e da c o m u t a ç ã o d o s I G B T ’s, d e v i d o as e l e v a d a s c o r r e n t e s as q u a i s os m e s m o s s ã o s u b m e t i d o s . T a m b é m são d e s c r i t o s os c i r c u i t o s de c o n t r o l e r e s p o n s á v e i s p e l a a l t e r a ç ã o da s c a r a c t e r í s t i c a s da f o n t e q u a n d o se s e l e c i o n a a l g u m dos p r o c e s s o s na q u a l a m e s m a e s t á h a b i l i t a d a a o p e r a r . O f a t o r de p o t ê n c i a foi u m a d a s p r e o c u p a ç õ e s q u e se t e v e d u r a n t e o d e s e n v o l v i m e n t o d e s t e p r o t ó t i p o . P a r a ta nt o, foi f e i t a a a n á l i s e de a l g u n s t i po s de f i l t r o s de r e a t i v o s . N u m a ú l t i m a e t a p a s ã o a p r e s e n t a d o s os r e s u l t a d o s e x p e r i m e n t a i s o b t i d o s c o m os e n s a i o s r e a l i z a d o s c o m o c o n v e r s o r e c o m os p r o c e s s o s de s o l d a g e m .

A B S T R A C T T h i s w o r k p r e s e n t s th e d e v e l o p m e n t of a M u l t i - P r o c e s s e s w e l d i n g p o w e r s o u r c e w i t h a c a p a c i t y of 300 A, c o m p a t i b l e w i t h t h e M 1 G . / T I G / P L A S M A a n d c o v e r e d e l e c t r o d e w e l d i n g p r o c e s s e s . T h i s p o w e r s o u r c e c a n e i t h e r c o n t r o l then, m e a m o u t p u t v o l t a g e , or i m p o s e a s t e a d y s t a t e or p u l s e d D C c u r r e n t , a l t e r n a t e d s t e a d y R M S or p u l s e d R M S c u r r e n t w i t h a d j u s t of all v a r i a b l e s w i c h d e f i n e its w a v e f o r m . For t h o s e p r o c e s s e s w i c h use m e t a l t r a n s f e r by s h o r t c i r c u i t , the p o w e r s o u r c e a l s o a l l o w s e l e t r o n i c a d j u s t of the d y n a m i c s r e s p o n s e . In the s t u d y r e l a t e d to th e c o n v e r t e r , s p e c i a l a t t e n t i o n wa s g i v e n to th e a n a l y s i s of the IGBT s s w i t c h i n g , b e c a u s e of t he h i g h c u r r e n t s i n v o l v e d . T h e c o n t r o l c i r c u i t s , r e s p o n s i b l e to c h a n g e t h e c h a r a c t e r i s t i c s of the p o w e r s o u r c e w h e n s e l e c t e d an s p e c i f i c p r o c e s s e s , a r e a l s o d e s c r i b e d . R e a c t i v e f i l t e r s w e r e a n a l y s e d to o b t a i n a g r e a t e r p o w e r f a c t o r . F u r t h e r m o r e , t he e x p e r i m e n t a l r e s u l t s o b t a i n e d in e s s a y s w i t h the c o n v e r t e r a n d w i t h the w e l d i n g p r o c e s s e s , a r e s h ow n.

1 - F O N T E S D E E N E R G I A P A R A S O L D A G E M . I N T R O D U Ç Ã O . N o s ú l t i m o s a n o s a t e c n o l o g i a d a s o l d a g e m s o f r e u p r o f u n d o s a v a n ç o s t e c n o l ó g i c o s d e v i d o as c r e s c e n t e s e x i g ê n c i a s d o s d i f e r e n t e s r a m o s i n d u s t r i a i s . E s t e s a v a n ç o s o c o r r e r a m p r i n c i p a l m e n t e n a q u a l i d a d e da s o l d a , p r o d u ç ã o e a u t o m a ç ã o , e x i g i n d o q u e as f o n t e s de e n e r g i a p a r a s o l d a g e m t i v e s s e m q u e s o f r e r m u d a n ç a s r a d i c a i s e m su as c o n c e p ç õ e s . A s f o n t e s e x i s t e n t e s a t u a l m e n t e n o m e r c a d o p o s s u e m m u i t a s l i m i t a ç õ e s , s e n d o r a r a s as v e z e s e m q u e se p o d e u t i l i z a r p r o c e s s o s d e s o l d a g e n s d i f e r e n t e s e m u m a m e s m a fonte. A s s i m s e n d o , q u a n d o se m u d a de p r o c e s s o de s o l d a g e m , é n e c e s s á r i o , t a m b é m , a t r o c a da fo n t e . A l é m d i s s o , p a r a p e s q u i s a e e s t u d o d a s o l d a g e m é de f u n d a m e n t a l i m p o r t â n c i a q u e s e a l t e r e c e r t a s c a r a c t e r í s t i c a s da f o n t e d e s o l d a g e m , c om o , por e x e m p l o , a r e s p o s t a d i n â m i c a . D e s s a t m a n e i r a p o d e - s e v e r i f i c a r os e f e i t o s da m e s m a s o b r e a s o l d a . C o n t u d o , s ã o p o u c o s os e q u i p a m e n t o s d e s t i n a d o s a s o l d a g e m q u e p e r m i t e m a j u s t e d e s s a s c a r a c t e r í s t i c a s .

1.1 - E V O L U Ç Ã O D A S F O N T E S D E E N E R G I A . As p r i m e i r a s f o n t e s de e n e r g i a p a r a s o l d a g e m a a r c o, os t r a n s f o r m a d o r e s (Fig. 1), e os c o n v e r s o r e s r o t a t i v o s (Fig. 2), f o r a m por m u i t a s d é c a d a s as ú n i c a s o p ç õ e s e m e q u i p a m e n t o s p a r a s o l d a g e m a a r c o . P a r a o p r o c e s s o M I G / M A G , d e v i d o a e x i g ê n c i a de c o r r e n t e c o n t í n u a , r e s t a v a e n t ã o a p e n a s os c o n v e r s o r e s r o t a t i v o s . C o m o a d v e n t o da e l e t r ô n i c a do e s t a d o s ó l i d o , s u r g i u e n t ã o u m a n o v a e r a p a r a os e q u i p a m e n t o s d e s o l d a g e m . A s s i m , m e d i a n t e o u s o d e d i o d o s r e t i f i c a d o r e s , foi p o s s í v e l o b t e r a b a i x o c u s t o a t r a n s f o r m a ç ã o d i r e t a d a e n e r g i a e l é t r i c a de c o r r e n t e a l t e r n a d a p a r a e n e r g i a e l é t r i c a de c o r r e n t e c o n t í n u a .p Fig. 1 - T r a n s f o r m a d o r c o m a j u s t e d e c o r r e n t e p o r n ú c l e o s a t u r a d o . A fig. 3 m o s t r a u m d o s p r i m e i r o s r e t i f i c a d o r e s p a r a s o l d a g e m c o m a j u s t e da c o r r e n t e a t r a v é s de i m p e d â n c i a v a r i á v e l e a j u s t e da t e n s ã o por a t u a ç ã o n a r e l a ç ã o de e s p i r a s n o a u t o - t r a n s f o r m a d o r [1 ].

Fig . 2 - G r u p o m o t o r t r i f á s i c o - G e r a d o r C C m o n o b l o c o a c o p l a d o s n o ei x o .

L

Auto Transfomador Retlflcador

Fi g. 3 - C o n j u n t o t r a n s f o r m a d o r r e t i f i c a d o r m o n o f á s i c o . A fig. k m o s t r a a t o p o l o g i a i n t e r n a de u m a f o n t e de s o l d a g e m t r i f á s i c a . O a u t o t r a n s f o r m a d o r é r e s p o n s á v e l p e l o a j u s t e da t e n s ã o . O t r a n s f o r m a d o r i s o l a a s a í d a d a f o n t e da r e d e de a l i m e n t a ç ã o p a r a g a r a n t i r a s e g u r a n ç a d o o p e r a d o r . A p o n t e r e t i f i c a d o r a é c o m p o s t a por seis d i o d o s l i g a d o s n a c o n f i g u r a ç ã o de p o n t e c o m p l e t a . E s t a é r e s p o n s á v e l p e l a t r a n s f o r m a ç ã o da c o r r e n t e a l t e r n a d a e m c o r r e n t e c o n t í n u a . O i n d u t o r L, d e p e n d e n d o da c a r a c t e r í s t i c a de s a í d a d e se j a d a , p o d e se r u t i l i z a d o p a r a o f e r e c e r um a c a r a c t e r í s t i c a de i m p o s i ç ã o de c o r r e n t e , ou

s i m p l e s m e n t e l i m i t a r a t a x a de c r e s c i m e n t o da c o r r e n t e na s o l d a g e m c o m t e n s ã o c o n s t a n t e .

L

F ig . k - F o n t e d e e n e r g i a t r i f á s i c a p a r a s o l d a g e m . A t r a v é s da u t i l i z a ç ã o de t i r i s t o r e s p a r a c o m a n d a r a e n e r g i a e n t r e g u e p e l a p o n t e r e t i f i c a d o r a , foi p o s s í v e l , c o m m e n o r c u s t o e v o l u m e , a j u s t a r a t e n s ã o ou c o r r e n t e e n t r e g u e ao a r c o . A fig. 5, a p r e s e n t a u m a e s t r u t u r a de u m r e t i f i c a d o r t r i f á s i c o s e m i - c o n t r o l a d o , o n d e sã o u t i l i z a d o s t r ê s d i o d o s e t r ê s t i r i s t o r e s . E s t a e s t r u t u r a p o d e o p e r a r c o m c a r a c t e r í s t i c a e s t á t i c a de c o r r e n t e o u de t e n s ã o c o n s t a n t e [1 ]. Controle

L

Transfoi— dor / Y Y \ A 2 ^ Z X Z X Diodo de Roda Livre Arco /7777 Fig. 5 - R e t i f i c a d o r t r i f á s i c o c o n t r o l a d o a t i r i s t o r e s .

As f o n t e s de e n e r g i a d e c o r r e n t e p u l s a d a s u r g i r a m c o m o o b j e t i v o d e a t e n d e r n e c e s s i d a d e s d i s t i n t a s do p r o c e s s o T I G e do M I G / M A G . N o p r o c e s s o T I G a c o r r e n t e p u l s a d a é a p l i c a d a p a r a se o b t e r o c o n t r o l e d a p o ç a m e t á l i c a i n d e p e n d e n t e d a p o s i ç ã o de s o l d a g e m . A l é m d i s s o , c o m o a j u s t e a d e q u a d o d a s v a r i á v e i s que c o m p õ e a c o r r e n t e p u l s a d a , p o d e - s e c o n t r o l a r a p e n e t r a ç ã o e a i a r g u r a da p o ç a de f o r m a i n d e p e n d e n t e , p o d e n d o - s e o t i m i z a r a r e l a ç ã o p e n e t r a ç ã o / l a r g u r a d a poça. N o p r o c e s s o M I G / M A G , a c o r r e n t e p u l s a d a é u t i l i z a d a p a r a se o b t e r o c o n t r o l e da t r a n s f e r ê n c i a m e t á l i c a s e m c u r t o c i r c u i t o , m e s m o e m s o l d a g e n s c o m b a i x a q u a n t i d a d e de e n e r g i a . D e s t a forma, é p o s s í v e l s ol d a r c h a p a s f i n a s s e m c u r t o e s o l d a r f o r a da p o s i ç ã o p l a n a . As p r i m e i r a s f o n t e s de e n e r g i a de c o r r e n t e p u l s a d a f o r a m c o n s t r u í d a s a b a s e de t i r i s t o r e s , p o r é m d e v i d o ao t i p o de t o p o l o g i a e m p r e g a d a , o a j u s t e da f r e q u ê n c i a d e p u l s a ç ã o é b a s t a n t e r e s t r i t o , poi s d e p e n d e da f r e q u ê n c i a de a l i m e n t a ç ã o do r e t i f i c a d o r c o n t r o l a d o . E s t a s r e s t r i ç õ e s d e i x a r a m de e x i s t i r c o m o s u r g i m e n t o dos t r a n s i s t o r e s de p o t ê n c i a , o q u e m a r c o u o in i c i o de u m a n o v a e r a p a r a as f o n t e s de e n e r g i a de s o l d a g e m . As p r i m e i r a s f o n t e s t r a n s i s t o r i z a d a s e r a m do tipo a n a l ó g i c o (Fig. 6). D e v i d o aos t r a n s i s t o r e s o p e r a r e m na r e g i ã o i i n e a r , c o m o e m a m p l i f i c a d o r e s de b a i x a p o t ê n c i a , p o d e - s e r e p r o d u z i r q u a l q u e r tipo de s i n a l e m su a s aíd a, d e s d e q u e s e j a m r e s p e i t a d o s os l i m i t e s m á x i m o s p a r a o q u a l a f o n t e foi p r o j e t a d a . A s s i m sendo, p o d e - s e o b t e r t o d a s as c a r a c t e r í s t i c a s d i n â m i c a s p a r a q u a l q u e r t i p o d e p r o c e s s o de s o l d a g e m . A g r a n d e d e s v a n t a g e m a p r e s e n t a d a p e i a s font es

t r a n s i s t o r i z a d a s a n a l ó g i c a s são as p e r d a s de e n e r g i a nos t r a n s i s t o r e s , as q u a i s p o d e m a t i n g i r v a l o r e s s u p e r i o r e s a e n e r g i a f o r n e c i d a p a r a s o l d a g e m .

Comando

Rede

]

H>l — ©

Trafo Re'fcifioa.d.or- Tranaisiores /Árr^TT

Arco Fi g. 6 - D i a g r a m a d e b l o c o s d e u m a f o n t e d e e n e r g i a t r a n s i s t o r i z a d a a n a l ó g i c a . A p ó s as f o n t e s do tipo a n a l ó g i c o , v i e r a m as f o n t e s do t i p o c h a v e a d a s , q u e u t i l i z a m m é t o d o s e t é c n i c a s d e e l e t r ô n i c a de p o t ê n c i a , u t i l i z a n d o os t r a n s i s t o r e s de f o r m a s e m e l h a n t e a uma c h a v e p a r a c o n t r o l a r o f l u x o de e n e r g i a . A t r a v é s d e s t a s t é c n i c a s as p e r d a s f o r a m b a s t a n t e r e d u z i d a s , p o i s t e o r i c a m e n t e q u a n d o o t r a n s i s t o r e s t á a b e r t o , a c o r r e n t e q u e p a s s a p e l o m e s m o é zero, e q u a n d o e s t á f e c h a d o , a t e n s ã o s o b r e s e u s t e r m i n a i s é igual a zer o, r e s u l t a n d o e m p e r d a s nu las . E n t r e t a n t o , n a p r á t i c a , i ss o n ã o a c o n t e c e , p o i s q u a n d o ele e s t á c o n d u z i n d o e x i s t e um a d e t e r m i n a d a q u e d a d e t e n s ã o s o b r e o s e u s t e r m i n a i s ( t e n s ã o de s a t u r a ç ã o ) q u e p r o v o c a p e r d a s e m c o n d u ç ã o . A l é m d i s s o , e x i s t e a i n d a as p e r d a s d e v i d o a c o m u t a ç ã o dos t r a n s i s t o r e s q u e a u m e n t a m c o m a f r e q u ê n c i a d e o p e r a ç ã o dos m e s m o s . A fig. 7 a p r e s e n t a u m t i p o de t o p o l o g i a e m p r e g a d a na c o n s t r u ç ã o de f o n t e s de e n e r g i a

p a r a s o l d a g e m u s a n d o t é c n i c a s de c h a v e a m e n t o . E s t a t o p o l o g i a foi e m p r e g a d a no d e s e n v o l v i m e n t o de um p r o t ó t i p o de um a f o n t e de s o l d a g e m T I G p u l s a d a p a r a 100 A na U F S C . E s t e t r a b a l h o p i o n e i r o n o B r a s i l , foi r e s u l t a d o de u m a d i s s e r t a ç ã o d e m e s t r a d o d e s e n v o l v i d a p e l o E n g . Ildo Be t [2], em u m c o n v ê n i o e n t r e o L a b o r a t ó r i o d e S o l d a g e m do D e p a r t a m e n t o de Eng. M e c â n i c a e o L a b o r a t ó r i o d e E l e t r ô n i c a de P o t ê n c i a do D e p a r t a m e n t o d e Eng. E l é t r i c a . Retificador Fig. 7 - R e t i f i c a d o r t r i f á s i c o - p u l s a d o r . A s f o n t e s de e n e r g i a q u e e m p r e g a m a e l e t r ô n i c a do e s t a d o s ó l i d o , a t é aq ui d e s c r i t a s , só p o d e m o p e r a r c o m um a ú n i c a p o l a r i d a d e . E m c e r t a s a p l i c a ç õ e s , e n t r e t a n t o , é n e c e s s á r i o a u t i l i z a ç ã o d e c o r r e n t e a l t e r n a d a . A s p r i m e i r a s fo n t e s de s o l d a g e m c o m c a p a c i d a d e de p r o d u z i r c o r r e n t e a l t e r n a d a u t i l i z a v a m c o n v e r s o r e s a t i r i s t o r e s (Fig. 8), o qu e as t o r n a v a m b a s t a n t e l e n t a s , l e v a n d o à s o l u ç õ e s r u d i m e n t a r e s q u a n d o se t e n t a v a m e l h o r a r a r e s p o s t a d i n â m i c a . U m d e s s e s c a s o s p o d e ser v e r i f i c a d o no a r t i g o d e s c r i t o po r M. T O M I S C e S. B A R H O R S T [3] o n d e s ã o r e l a t a d o s d a d o s s o b r e a f o n t e d e e n e r g i a e m p r e g a d a na

s o l d a g e m do a l u m í n i o c o m o p r o c e s s o P L A S M A . C o m o d e s e n v o l v i m e n t o de t r a n s i s t o r e s de p o t ê n c i a m a i s r á p i d o s n as c o m u t a ç õ e s , p o s t e r i o r m e n t e os M O S F E T ' S e os I G B T s, os c o n v e r s o r e s p a s s a r a m a m e r e c e r m a i o r d e s t a q u e e m a p l i c a ç õ e s p a r a s o l d a g e m e, a t u a l m e n t e , s ã o m o t i v o de m u i t a s p e s q u i s a s e m t o d o o m u n d o . Tronsfor-dor Retificador a

t f f

\

L

_Arco

\

F i g . 8 - R e t i f i c a d o r t r i f á s i c o - i n v e r s o r . O m u n d o m o d e r n o b u s c a a c o m p a c t a ç ã o , d i m i n u i ç ã o d e p e s o e v o l u m e . A t u a l m e n t e na s o l d a g e m , e m d e t e r m i n a d a s a p l i c a ç õ e s isso t a m b é m é d e s e j á v e l , a s s i m s e n d o , as f o n t e s c h a v e a d a s no p r i m á r i o (Fig. 9) t o r n a m - s e i d e a i s n e s s e s c a s o s , d e v i d o a g r a n d e r e d u ç ã o no t a m a n h o e n o v o l u m e do t r a n s f o r m a d o r . U m a r t i g o e s c r i t o por T. R A N K I N [4] a p r e s e n t a as v a n t a g e n s o b t i d a s c o m o c h a v e a m e n t o no p r i m á r i o , o n d e d e s c r e v e que , c o m es ta t é c n i c a , a f o n t e de s o l d a g e m 3 0 0 - A N E M A C i a s s e 1 p o s s u i t r a n s f o r m a d o r d e 5 . 4 kg, c o n t r a os 9 0 . 7 kg d e u m t r a n s f o r m a d o r o p e r a n d o n a f r e q u ê n c i a c o n v e n c i o n a l d a rede.

Arco F i g . 9 - F o n t e t r a n s i s t o r i z a d a c h a v e a d a no p r i m á r i o . P o r é m , o d o m í n i o d e s t a t e c n o l o g i a r e s i d e n a c o n f e c ç ã o do t r a n s f o r m a d o r , e é d o m i n a d a p o r p o u c o s g r u p o s e m t o d o o m u n d o , p o i s e n v o l v e c o n h e c i m e n t o s d e e l e t r o m a g n e t i s m o e d i s p o n i b i l i d a d e de m a t e r i a i s e s p e c i a i s . O b s e r v a - s e que, c o m o r e t i f i c a d o r na s a í d a do t r a n s f o r m a d o r só se o b t é m c o r r e n t e s p o s i t i v a s no arco. E m b o r a se d o m i n e a t e c n o l o g i a do u s o de c i c l o c o n v e r s o r e s à c o m u t a ç ã o n a t u r a l p a r a s e u s a r a p ó s o t r a n s f o r m a d o r e se o b t e r c o r r e n t e a l t e r n a d a , c o m os t i r i s t o r e s a t u a l m e n t e d i s p o n í v e i s no m e r c a d o , 1 i m i t a r - s e - i a a f r e q u ê n c i a de f u n c i o n a m e n t o da e s t r u t u r a . 1.2 - O B J E T I V O S . O p r i n c i p a l o b j e t i v o , o d e s e n v o l v i m e n t o d a f o n t e de e n e r g i a p a r a s o l d a g e m m u _{1 1} i - p r o c e s s o , c o m o o p r ó p r i o n o m e já e v i d e n c i a , é r e u n i r - s e n u m a m e s m a f o n t e , t o d a s as c a r a c t e r í s t i c a s n e c e s s á r i a s p a r a p o s s i b i l i t a r s u a u t i l i z a ç ã o e m v á r i o s p r o c e s s o s d e s o l d a g e m .

P a r a o p r i m e i r o p r o t ó t i p o d e s t a f o n t e de e n e r g i a , t e v e - s e c o m o m e t a , d e i x a - l o o p e r a n d o c o m os p r i n c i p a i s p r o c e s s o s de s o l d a g e m (TIG, M I G / M A G , P L A S M A e E l e t r o d o R e v e s t i d o ) e m seus v á r i o s m o d o s d e o p e r a ç ã o . O s p r i n c i p a i s m o t i v o s q u e l e v a r a m .ao d e s e n v o l v i m e n t o d e s t a f o n t e for am: - n ã o e x i s t ê n c i a d e f o n t e s de s o l d a g e m no m e r c a d o c o m t o d a s as c a r a c t e r í s t i c a s p r o p o s t a s , - n ã o e x i s t ê n c i a d e f a b r i c a n t e s , n o B r a s i l , de f o n t e s de e n e r g i a p a r a s o l d a g e m t r a n s i t o r i z a d a s , - d e s e n v o l v e r c a p a c i t a ç ã o t e c n o l ó g i c a , - p o s s i b i l i t a r a p e s q u i s a f u n d a m e n t a l d a t e c n o l o g i a da s o l d a g e m , p o i s o p r o t ó t i p o p o d e ser m o d i f i c a d o e a j u s t a d o de a c o r d o c o m as n e c e s s i d a d e s . A e s c o l h a do c o n v e r s o r a p r e s e n t a d o n a fig. 10, foi r e a l i z a d a a p ó s a a n a l i s e , f e i t a no i t e m 1 .1 , das p r i n c i p a i s t o p o l o g i a s e m p r e g a d a s e m f o n t e s de s o l d a g e m , l e v a n d o e m c o n s i d e r a ç ã o as c a r a c t e r í s t i c a s q u e a f o n t e d e v e p r o d u z i r , p a r a a t e n d e r as n e c e s s i d a d e s i n d i v i d u a i s de c a d a p r o c e s s o , os q u a i s a m e s m a e s t á h a b i l i t a d a à o p e r a r . E m b o r a , a t o p o l o g i a a p r e s e n t a d a n ã o s e j a c o m p l e t a m e n t e i n o v a d o r a , p o i s el a é b a s t a n t e u t i l i z a d a e m a c i o n a m e n t o e l é t r i c o d e s e r v o m o t o r e s CC, o m é r i t o d o t r a b a l h o p r o p o s t o e s t á n a u t i l i z a ç ã o d e s s a e s t r u t u r a e m s o l d a g e m , o n d e s ã o e m p r e g a d a s c o r r e n t e s n a o r d e m dos 4 0 0 A, o q u e vai e x i g i r u m e s t u d o p r o f u n d o d a c o m u t a ç ã o d o s I G B T ’s ( i n t e r r u p t o r de p o t ê n c i a

e s c o l h i d o ) , c i r c u i t o s de a j u d a a c o m u t a ç ã o e c i r c u i t o s de c o m a n d o do IGBT.

TRANSFORMADOR RETIF1CAD0R CON\ERSOR

Fig. 10 - D i a g r a m a d e b i o c o s d a e s t r u t u r a de p o t ê n c i a p r o p o s t a . A l é m d i s s o , os c i r c u i t o s s e r ã o p r o j e t a d o s c o n s i d e r a n d o u m a p o s t e r i o r i n f o r m a t i z a ç ã o do c o n t r o l e d a fonte. N a á r e a de s o l d a g e m , c o m o e m q u a l q u e r o u t r a , a i n f o r m a t i z a ç ã o v e m d e s e m p e n h a n d o u m p a p e l m u i t o i m p o r t a n t e , t a n t o no q u e d i z r e s p e i t o a p e s q u i s a do a r c o de s o l d a g e m , c o m o no c o n t r o l e do p r ó p r i o e q u i p a m e n t o de s o l d a g e m . Os e q u i p a m e n t o s de s o l d a g e m i n f o r m a t i z a d o s s i m p l i f i c a m a o p e r a ç ã o e r e d u z e m a p o s s i b i l i d a d e de err os na e s c o l h a s das v a r i á v e i s e p a r â m e t r o s d e s o l d a g e m . A l é m dis so , p e r m i t e q u e s e j a m i m p l e m e n t a d a s t a b e l a s q u e r e l a c i o n a m as v a r i á v e i s e p a r â m e t r o s f o r n e c i d o s p a r a s o l d a g e m c o m as v a r i á v e i s de s a í d a da f o n t e p a r a um a d e t e r m i n a d a s i t u a ç ã o , o qu e s e r i a p r a t i c a m e n t e i m p o s s í v e l de s er o b t i d o c o m os c i r c u i t o s a n a l ó g i c o s . O u t r a g r a n d e v a n t a g e m dos e q u i p a m e n t o s i n f o r m a t i z a d o s é a p o s s i b i l i d a d e d e se a r m a z e n a r as v a r i á v e i s e p a r â m e t r o s f o r n e c i d o s d u r a n t e a s o l d a g e m p a r a u m a p o s t e r i o r u t i l i z a ç ã o .

C A P Í T U L O II

C O N S I D E R A Ç Õ E S P A R A P R O J E T O I N T R O D U Ç Ã O C o m o foi v i s t o n o c a p i t u l o a n t e r i o r , a n t e s d o a d v e n t o das f o n t e s e l e t r ô n i c a s p a r a s o l d a g e m a arco, as c a r a c t e r í s t i c a dos e q u i p a m e n t o s e r a m , q u a s e qu e i n t e g r a l m e n t e , f u n ç ã o das c a r a c t e r í s t i c a s d o t r a n s f o r m a d o r u t i l i z a d o . D e s s a m a n e i r a , n ã o h a v i a p o s s i b i l i d a d e d e se a d a p t a r a u m e q u i p a m e n t o p r o c e s s o s c o m d i f e r e n t e s c a r a c t e r í s t i c a s f í s i c a s de arco. C o m o s u r g i m e n t o d a s f o n t e s e l e t r ô n i c a s d e e n e r g i a , p r i n c i p a l m e n t e as t r a n s i s t o r i z a d a s , e s s a l i m i t a ç ã o d e i x o u de e x i s t i r , p o r q u e as c a r a c t e r í s t i c a s de s a í d a d a s m e s m a s d e p e n d e m e s s e n c i a l m e n t e d e c o m o os i n t e r r u p t o r e s são c o n t r o l a d o s . Isso p o s s i b i l i t a q u e u m m e s m o e q u i p a m e n t o , t a n t o c o m a n d e o p r o c e s s o , c o n t r o l a n d o u m a t e n s ã o p r e v i a m e n t e a j u s t a d a , c o m o t a m b é m p o d e i mp or a c o r r e n t e . As p r o p r i e d a d e s q u e h o j e v e m s e n d o e x i g i d a s d a s f o n t e s de e n e r g i a se r e f e r e m , t a m b é m , às c a r a c t e r í s t i c a s d i n â m i c a s . Isto é, d e p e n d e n d o d o p r o c e s s o d e s o l d a g e m , e l a s i n f l u e m m a r c a n t e m e n t e , s o b r e a t r a n s f e r ê n c i a m e t á l i c a , s o b r e o c o n t r o l e da p o ç a de f u s ã o e a i n d a s o b r e a a ç ã o de l i m p e z a d a c a m a d a ó x i d a na p e ç a e d e s g a s t e d o e l e t r o d o de t u n g s t é n i o , n o c a s o da s o l d a g e m T I G e p l a s m a .

as c a r a c t e r í s t i c a s d i n â m i c a s e e s t á t i c a s q u e c a d a u m p o s s u i . 2 . 1 - P R O C E S S O T I G / P L A S M A . O s p r o c e s s o s T I G e P L A S M A p o s s u e m c a r a c t e r í s t i c a s m u i t o s e m e l h a n t e s , d i f e r e n c i a n d o - s e b a s i c a m e n t e n o t i p o d e p i s t o l a u t i l i z a d o , q u e s ã o d i s t i n t a s no que se refere: ao p r i n c i p i o de f u n c i o n a m e n t o . E n t r e t a n t o , os d o i s p r o c e s s o s p o s s u e m i d ê n t i c a s c a r a c t e r í s t i c a s d i n â m i c a e e s t á t i c a do a r c o . D e s t a f o r m a uma f o n t e q u e o p e r a c o m o p r o c e s s o TIG, t a m b é m p o d e o p e r a r c o m o p r o c e s s o P L A S M A . A s f o n t e s de e n e r g i a p a r a o p r o c e s s o T I G / P L A S M A d e v e m o p e r a r c o m c a r a c t e r í s t i c a de i m p o s i ç ã o de c o r r e n t e (Fig. 11), d e v i d o as n e c e s s i d a d e s f í s i c a s do arco. é u t i l i z a d a t a n t o a c o r r e n t e c o n t í n u a , c o m o a c o r r e n t e a l t e r n a d a , a m b a s e m r e g i m e e s t a c i o n á r i o o u e m r e g i m e p u l s a d o , c a d a qual i n d i c a d a p a r a uma d e t e r m i n a d a s i t u a ç ã o . Fig. 11 - C a r a c t e r í s t i c a e s t á t i c a d e i m p o s i ç ã o d e c o r r e n t e .

2.1.1 - I m p o s i ç ã o d e c o r r e n t e c o n t í n u a . A u t i l i z a ç ã o d e c o r r e n t e c o n t í n u a é a f o r m a m a i s t r a d i c i o n a l d e s e r e a l i z a r s o l d a g e n s c o m o TIG. 2 . 1 . 2 - R e g i m e p u l s a d o . A c o r r e n t e p u l s a d a se c a r a c t e r i z a p o r p o s s u i r d o i s v a l o r e s d i s t i n t o s d e c o r r e n t e , u m v a l o r s u p e r i o r ( v a l o r de pulso) d u r a n t e u m d e t e r m i n a d o t e m p o ( t e m p o de p u l s o ) , e u m v a l o r in fe r i o r ( v a l o r d e b a s e ) e m o u t r o ( t e m p o de b a s e ) , c o m o e s t á a p r e s e n t a d o n a fig. 1 2. O r e g i m e p u l s a d o , n e s t e p r o c e s s o , t a m b é m d e n o m i n a d o de p u l s a ç ã o t é r m i c a , é a p l i c a d o p r i n c i p a l m e n t e na s o l d a g e m de c h a p a s fi nas, p o r q u e d u r a n t e o t e m p o de b a s e a c o r r e n t e é a j u s t a d a p a r a p o s s u i r u m v a l o r p e q u e n o , a p e n a s s u f i c i e n t e p a r a g a r a n t i r a e s t a b i l i d a d e d o arco . C o m isso, a q u a n t i d a d e de c a l o r g e r a d a é b a s t a n t e p e q u e n a . Por o u t r o lado, a c o r r e n t e d e p u l s o é a j u s t a d a de f o r m a a g e r a r u m a e l e v a d a q u a n t i d a d e de c a l o r p a r a g a r a n t i r a p e n e t r a ç ã o . A s s i m , p o d e - s e o b t e r a q u a n t i d a d e de calor d e s e j a d a , a j u s t a n d o - s e a d e q u a d a m e n t e os v a l o r e s das c o r r e n t e s e t e m p o s d e p u l s o e de base.

Fig. 12 - I m p o s i ç ã o d e c o r r e n t e n o d o m í n i o d o t e m p o . 2 . 1 . 3 - I m p o s i ç ã o d e C o r r e n t e A l t e r n a d a . N e s t e m o d o d e o p e r a ç ã o , a c o r r e n t e t o r n a - s e p o s i t i v a d u r a n t e u m d e t e r m i n a d o i n t e r v a l o de t e m p o ( t e m p o d e e l e t r o d o p o s i t i v o ) e n e g a t i v a d u r a n t e o u t r o i n t e r v a l o de t e m p o ( t e m p o de e l e t r o d o n e g a t i v o ) , c o m o é m o s t r a d o na fig. 13. F i g . 13 - I m p o s i ç ã o de c o r r e n t e a l t e r n a d a . A c o r r e n t e a l t e r n a d a t a m b é m p o d e p o s s u i r p u l s o s t é r m i c o s . N e s t e caso, a c o r r e n t e é f o r m a d a por d o i s s i n a i s de f r e q u ê n c i a s d i s t i n t a s , o n d e a c o m b i n a ç ã o d e s s e s d o i s s i n a i s r e s u l t a n u m

Fig. 14 - i m p o s i ç ã o d e c o r r e n t e a l t e r n a d a c o m p u l s o s t é r m i c o s . A c o r r e n t e a l t e r n a d a é a p l i c a d a na s o l d a g e m T I G / P L A S M A do a l u m í n i o p a r a s e o b t e r u m e f e i t o de l i m p e z a c a t ó d i c a do ó x i d o e u m d e s g a s t e n ã o m u i t o d r á s t i c o d o e l e t r o d o [5]. A r e m o ç ã o da p e l í c u l a ó x i d a do a l u m í n i o se f a z n e c e s s á r i a p o r q u e e s t a se f u n d e a u m a t e m p e r a t u r a s u p e r i o r a d e l e p r ó p r i o . N a s o l d a g e m m a i s c o m u m m e n t e u t i l i z a d a , e l e t r o d o n e g a t i v o , c o n s e g u e - s e a p e n a s a f u s ã o d o a l u m í n i o . C o m o a c a m a d a ó x i d a p e r m a n e c e i n t a c t a n ã o é p o s s í v e l se o b t e r u m a p e r f e i t a s o l u b i1i z a ç ã o da p e ç a q u e e s t á s e n d o s o l d a d a . P o r o u t r o lado, u t i l i z a n d o - s e p o l a r i d a d e p o s i t i v a o b t é m - s e a l i m p e z a d a c a m a d a ó x i d a , p o r é m o c o r r e u m e l e v a d o d e s g a s t e d o e l e t r o d o . C e s t a fo rma, c o m a o t i m i z a ç ã o da s v a r i á v e i s q u e d e f i n e m a f o rm a de o n d a da c o r r e n t e a l t e r n a d a é p o s s í v e l s e o b t e r a l i m p e z a da c a m a d a ó x i d a c o m a m i n i m i z a ç ã o do s p r o b l e m a s e m a x i m i z a ç ã o dos b e n e f í c i o s o b t i d o s c o m as d u a s p o l a r i d a d e s .

2 . 2 P R O C E S S O M I G / M A G . P a r a o p r o c e s s o M I G / M A G a f o n t e p o d e o p e r a r t a n t o c o m c a r a c t e r í s t i c a de i m p o s i ç ã o de c o r r e n t e , q u a n t o c o m c a r a c t e r í s t i c a de t e n s ã o c o n s t a n t e , ou a i n d a c o m a m b a s , d e p e n d e n d o d o m o d o de c o n t r o l e do arco. 2 . 2 . 1 - M o d o T e n s ã o . E s t a é -a f o r m a m a i s c o n v e n c i o n a l de se c o n t r o l a r o a r c o n o p r o c e s s o M I G / M A G . N e s t e m o d o , a t e n s ã o do a r c o é c o n t r o l a d a e m t e r m o s m é d i o s e a c o r r e n t e de s o l d a g e m t o r n a - s e u m a v a r i á v e l d e p e n d e n t e da v e l o c i d a d e de a v a n ç o do ara m e , (Fig. 15). D e v i d o ao t i p o de c o n t r o l e , e m s o l d a g e n s c o m t r a n s f e r ê n c i a por c u r t o c i r c u i t o , a t e n s ã o i n s t a n t â n e a do a r c o f l u t u a b a s t a n t e , c o m o t a m b é m a c o r r e n t e . E n t r e t a n t o , n a m é d i a o b t é m - s e a t e n s ã o de r e f e r ê n c i a a j u s t a d a . E s t a f l u t u a ç ã o é r e s u l t a d o de u m d e s e q u i l í b r i o e n t r e a v e l o c i d a d e de f u s ã o e de a l i m e n t a ç ã o do a r a m e - e 1 e t r o d o . C o n t u d o , u m e q u i l í b r i o m é d i o é m a n t i d o , g a r a n t i n d o a e s t a b i l i d a d e do arco.

a) TOS AO EFICAZ = 28.34 b) Fig. 15 - O s c i l o g r a m a s d e s o l d a g e m c o m c o n t r o l e d a t e n s ã o , c o m t r a n s f e r ê n c i a p o r c u r t o c i r c u i t o , a) c o r r e n t e d o a r c o b) t e n s ã o d o a r c o . N a t r a n s f e r ê n c i a p o r " s p r a y " , a t e n s ã o i n s t a n t â n e a já n ã o v a r i a ta nto, a p e n a s a p r e s e n t a n d o p e q u e n a s e l e v a ç õ e s nos in s t a n t e s do d e s p r e n d i m e n t o d a s g o t a s . A fig. 16 m o s t r a uma

s o l d a g e m c o m t r a n s f e r ê n c i a por "s pr a y " , o b t i d a s o m e n t e c o m c o r r e n t e s e l e v a d a s , a c i m a da c o r r e n t e de t r a n s i ç ã o . fim * IVtl/ auü-i 4uu m i \ im 1 lUUi \ -t-(SCILOd^HA ççwREHTE bU iOG i5D 200 £>Ü 300 550 «üü nnwFNTP media ■ is nnbbãifc ccrrvfr - n c ã ac VVIIIU1IU U 1UU. ■ 4UU.U

•€0 50u 4 í (ns) a) 90-1 OSCILOGRWIft TENS#) T I <n-i o ion ■ I5«n1"” 1 —---»« i _{rnm^m « w w}çíw ■+ t (ns) •V) <nn

TTM_{luunu i ufin - u.tn} ^rtn MCTVTA - no o a T n n M rrtIW» _ na ItftiH U EFlUHÍ. = í2J.!W 3QQ b) Fig. 16 - O s c i l o g r a m a s d e s o l d a g e m c o m c o n t r o l e d a t e n s ã o , c o m t r a n s f e r ê n c i a po r "spr ay" , a) c o r r e n t e do a r c o b) t e n s ã o do a r c o .

2 . 2 . 2 - M o d o C o r r e n t e . N e s t e m o d o , a c o r r e n t e de s o l d a g e m é i m p o s t a e n o r m a l m e n t e de f o r m a p u l s a d a . N e s t e c as o , a c o r r e n t e p u l s a d a é u t i l i z a d a p a r a s e o b t e r u m a t r a n s f e r ê n c i a m e t á l i c a s e m c u r t o c i r c u i t o d e m a n e i r a u n i f o r m e , de f o r m a a se c o n t r o l a r c o m m a i o r p e r f e i ç ã o a p e n e t r a ç ã o , c o m b a i x a s q u a n t i d a d e s de e n e r g i a e a u s ê n c i a d e s a l p i c a g e n s . A fig. 1 7 . a m o s t r a o o s c i l o g r a m a d a t e n s ã o do a r c o q u e é u m a i m a g e m d a e s t a b i l i d a d e d o m e s m o , u m a ve z q u e a t e n s ã o é a v a r i á v e l d e p e n d e n t e . A c o r r e n t e , q u e é a v a r i á v e l i n d e p e n d e n t e , se m a n t é m i n a l t e r a d a , m e s m o s o b f o r t e s d i s t ú r b i o s d o a r c o (Fig. 1 7 . b). C o n t u d o , n e s t e m o d o d e o p e r a ç ã o , d e v i d o á v e l o c i d a d e de a v a n ç o d o a r a m e ser d e p e n d e n t e da c o r r e n t e m é d i a , p a r a se r e a l i z a r u m a s o l d a g e m e s t á v e l , o u .se e s c o l h e o v a l o r c o r r e t o d a v e l o c i d a d e d o a r a m e o u se u t i l i z a u m c o n t r o l e e x t e r n o [6]. A e s c o l h a c o r r e t a d a v e l o c i d a d e de a v a n ç o do a r a m e é b a s t a n t e d i f í c i l d e ser r e a l i z a d a por c a u s a do g r a n d e n ú m e r o de p a r â m e t r o s e n v o l v i d o s , q u e s ã o d i f e r e n t e s p a r a c a d a s i t u a ç ã o d e s o l d a g e m . 3 á a u t i l i z a ç ã o d e u m c o n t r o l e e x t e r n o p a r a r e g u l a r a v e l o c i d a d e d e a v a n ç o , a p r e s e n t a l i m i t a ç õ e s d i n â m i c a s , p o r q u e e s t e a t u a s o b r e o m o t o r q u e i m p u l s i o n a o a r a m e q u e e m d e t e r m i n a d a s s i t u a ç õ e s n ã o c o n s e g u e r e s p o n d e r às v a r i a ç õ e s d o a r c o .

KfiU y ' r 4fVH 9 m i_{MWW Jj} « ft < m j A IL. ( “ 1 1

J

— I--- j—

6

10

26

G QKfflHíl Í1SDIR ■ 75 .5 3 fl?rn/«WMfl r m m m . «MtaanMiBHai wmmimiiii J I ( I I I I I 1 i I I l J t* — !--- j--- 1 .. }--- 1--- j---!---7

38

4S

56

35

70

53

86 i66

GflRBffiE

■

88.Í4

— » t (RS)

a) b) Fig. 17 - O s c i i o g r a m a d e s o l d a g e m c o m i m p o s i ç ã o d e c o r r e n t e , a) c o r r e n t e d o ,a r c o b) t e n s ã o d o a r c o .

2 . 2 . 3 - M o d o M i s t o .

N e s t e m o d o d e o p e r a ç ã o é i m p o s t a u m a c o r r e n t e d u r a n t e u m d e t e r m i n a d o t e m p o e é - c o m a n d a d a a t e n s ã o e m o u t r o . E s t a t é c n i c a de se c o n t r o l a r o a r c o é u t i l i z a d a c o m o o b j e t i v o de se e q u i l i b r a r a v e l o c i d a d e irde a v a n ç o do .arame c o m a d e fusão, d e f o r m a a s e o b t e r a e s t a b i l i d a d e do a r c o c o m os b e n e f í c i o s o b t i d o s c o m a c o r r e n t e p u l s a d a . - • E s t e e q u i l í b r i o o c o r r e d e v i d o a c o r r e n t e m é d i a t o r n a r - s e i n d e p e n d e n t e d o c o n t r o l e , o u seja , .não se r m a i s i m p o s t a . D e s t a f o r m a s e u v a l o r irá t e n d e r a u m n í v e l q u e e q u i l i b r e a v e l o c i d a d e d e a l i m e n t a ç ã o c o m a d e f u s ã o do ar a m e , s e m e l h a n t e a o q u e o c o r r e no p r o c e s s o c o n v e n c i o n a l . A f i g . 18 i l u s t r a u m a s o l d a g e m r e a l i z a d a c o m e s t e t i p o d e s i s t e m a .

— » t (115)

F i g . 18 - O s c i l o g r a m a d e s o l d a g e m c o m p r o c e s s o m i s t o , a) c o r r e n t e d o a r c o b) t e n s ã o d o a r c o

2 . 3 E L E T R O D O R E V E S T I D O . A s s o l d a g e n s r e a l i z a d a s c o m e l e t r o d o r e v e s t i d o , n a m a i o r i a d a s a p l i c a ç õ e s , é e x e c u t a d a m a n u a l m e n t e . Isto r e s u l t a na i n e v i t á v e l v a r i a ç ã o d o c o m p r i m e n t o d o a r c o d u r a n t e a s o l d a g e m , c o m a q u a l a q u e d a d e t e n s ã o n o a r c o vai s o f r e r a l t e r a ç õ e s t a m b é m . Se f o s s e u t i l i z a d a u m a f o n t e d e t e n s ã o c o n s t a n t e , d a d a a c a r a c t e r í s t i c a e s t á t i c a d o a r c o ( p a r a o e l e t r o d o s e n d o u s a d o ) , u m a p e q u e n a v a r i a ç ã o n o c o m p r i m e n t o do a r c o c a u s a r i a u m a s e n s í v e l v a r i a ç ã o na c o r r e n t e . P o r i s t o s ã o p r e f e r i d a s as f o n t e s d e c o r r e n t e c o n s t a n t e , c o m as q u a i s o c o n s u m o d o e l e t r o d o r e s u l t a n t e ( q u a n t i d a d e d e e l e t r o d o f u n d i d o po r u n i d a d e d e t e m p o ) q u e d e p e n d e e s s e n c i a l m e n t e d a c o r r e n t e , p o d e s e r m a n t i d o c o n s t a n t e . D e p e n d e n d o d o t i p o de e l e t r o d o a u s a r , e d a s c o n d i ç õ e s d a j u n t a a s o l d a r ( g e o m e t r i a e p o s i ç ã o d a m e s m a ) , p o d e ser n e c e s s á r i o o u s o d e c o r r e n t e c o n t í n u a ( c o m p o l a r i d a d e p o s i t i v a o u n e g a t i v a ) , o u c o r r e n t e a l t e r n a d a [7].

C A P Í T U L O III

R E A L I Z A Ç Ã O D O P R O T Ó T I P O I N T R O D U Ç Ã O . N e s t e c a p í t u l o s e r á r e a l i z a d o o e s t u d o do c o n v e r s o r e d o s p r i n c í p i o s d e f u n c i o n a m e n t o d o m e s m o . S e r á a p r e s e n t a d o a i n d a o e s t u d o d a c o m u t a ç ã o d o s I G B T ’s e d o c i r c u i t o d e a j u d a à c o m u t a ç ã o . A l é m d i s s o , s e r ã o d e s c r i t o s os c i r c u i t o s b á s i c o s p a r a o p e r a ç ã o d a f o n t e , c o m o c i r c u i t o d e c o n t r o l e , de c o m a n d o e de g e r a ç ã o d a s r e f e r ê n c i a s de c o r r e n t e e t e n s ã o . 3.1 - A P R E S E N T A Ç Ã O D O C O N V E R S O R . P a r a a t e n d e r as n e c e s s i d a d e s i n d i v i d u a i s d e c a d a p r o c e s s o d e s o l d a g e m , c o m os q u a i s a f o n t e irá o p e r a r , foi e s c o l h i d o o c o n v e r s o r a p r e s e n t a d o n a fig. 19 O c o n v e r s o r é c o n s t i t u í d o por q u a t r o t r a n s i s t o r e s I G B T ' s l i g a d o n a f o r m a de " c h o p p e r " d e q u a t r o q u a d r a n t e s , q u e t e m a f u n ç ã o de c o n t r o l a r a e n e r g i a e n t r e g u e ao a r c o , a t r a v é s do c h a v e a m e n t o do s I G B T' s. A s o r d e n s de c h a v e a m e n t o s ã o r e s u l t a n t e s d a t é c n i c a de m o d u l a ç ã o p o r v a l o r e s e x t r e m o s .

P a r a a a n á l i s e , s e r á c o n s i d e r a d o q u e o c o n v e r s o r é a l i m e n t a d o p o r u m a f o n t e de t e n s ã o c o n s t a n t e d e v a l o r E. O a r c o , r e p r e s e n t a d o na fig. 19, p o r s u a v e z s e r á m o d e l a d o c o m o s e n d o u m a r e s i s t ê n c i a (Ra) e m s é r i e c o m u m a f o r ç a e l e t r o m o t r i z (Ea). F ig . 19 - C o n v e r s o r a b a s e d e I G B T ' s ( " C h o p p e r " d e q u a t r o q u a d r a n t e s ). 3 . 2 - T É C N I C A D E C H A V E A M E N T O . P a r a o c o n t r o l e d a c o r r e n t e ou t e n s ã o , as d u a s t é c n i c a s d e m o d u l a ç ã o m a i s u t i l i z a d a s s ã o a m o d u l a ç ã o P W M ( P U L S E D W H I D T H M O D U L A T I O N ) e a p o r v a l o r e s e x t r e m o s d e c o r r e n t e [ 2 ,8,9]. A m o d u l a ç ã o P W M c o n s i s t e e m c o n t r o l a r u m a v a r i á v e l , ( c o r r e n t e o u t e n s ã o ) , a j u s t a n d o - s e a r a z ã o c í c l i c a d o s i n a l de c h a v e a m e n t o , q u e é de f r e q u ê n c i a fixa. N o c a s o d e s t e p r o j e t o , a v a r i á v e l de m a i o r i n t e r e s s e e m se c o n t r o l a r é a c o r r e n t e . C o m isso, a r a z ã o c í c l i c a d e t e r m i n a r i a o t e m p o e m q u e u m o u o u t r o pa r de I G B T ' s d e v e r i a m f i c a r f e c h a d o s , de m o d o a se o b t e r na

s a í d a a c o r r e n t e a j u s t a d a c o m o r e f e r ê n c i a . E n t r e t a n t o na m o d u l a ç ã o PW M, a r e s p o s t a d i n â m i c a f i c a p r e j u d i c a d a , p o r q u e m o n i t o r a - s e a c o r r e n t e a t r a v é s de s e u v a l o r m é d i o e n ã o d o v a l o r i n s t a n t â n e o . N a m o d u l a ç ã o p or v a l o r e s e x t r e m o s , m o n i t o r a - s e o v a l o r i n s t a n t â n e o d a c o r r e n t e (Is), a t u a n d o - s e no s i n t e r r u p t o r e s a f i m d e m a n t ê - l a e n t r e u m v a l o r m á x i m o ( IM) e u m m í n i m o ( Im) e m r e l a ç ã o a u m v a l o r de r e f e r ê n c i a (Fig. 20). C o m isso, q u a n t o m e n o r a d i f e r e n ç a e n t r e o v a l o r m á x i m o e m í n i m o d a c o r r e n t e , m a i s p r ó x i m a a c o r r e n t e Is f i c a d a s u a r e f e r ê n c i a . D o s d o i s t i p o s d e m o d u l a ç ã o , a m o d u l a ç ã o p or v a l o r e s e x t r e m o s p r e e n c h e m e l h o r as n e c e s s i d a d e s e x i g i d a s p a r a o p r o j e t o d e s t a f o n t e , p o r q u e p o d e - s e c o n t r o l a r c o m b o a p r e c i s ã o a c o r r e n t e de s a í d a , c o m u m a e l e v a d a r e s p o s t a d i n â m i c a . A l é m d i s s o , c o m o a s a í d a é m o n i t o r a d a a c a d a i n s t a n t e , t e m - s e a g a r a n t i a d e q u e a c o r r e n t e n ã o irá u l t r a p a s s a r os l i m i t e s m á x i m o e m í n i m o e m t o r n o d a r e f e r ê n c i a , p r o t e g e n d o - s e d e s t a f o r m a os I G B T 's . E n t r e t a n t o , n a m o d u l a ç ã o p o r v a l o r e s e x t r e m o s , a n e c e s s i d a d e de s e o b t e r u m v a l o r d e s a í d a b e m p r ó x i m o da r e f e r ê n c i a , c o m u m a r e s p o s t a d i n â m i c a e l e v a d a , o b r i g a a q u e a f r e q u ê n c i a d e c o m u t a ç ã o do s I G B T ' s s e j a e l e v a d a . U m a o u t r a d e s v a n t a g e m é a n e c e s s i d a d e da i n d u t â n c i a de f i l t r o de s a í d a ( L f s ) , q u e p a r a e l e v a d a s c o r r e n t e s é d e d i f í c i l c o n f e c ç ã o . A l é m d i s s o tudo , q u a n t o m e n o r a o n d u l a ç ã o d a c o r r e n t e (DIs) (fig.

c o n t r o1e . I s s o a c o n t e c e , p o r q u e a c o r r e n t e real é c o n v e r t i d a n u m s i n a l d e t e n s ã o p a r a o c i r c u i t o d e c o n t r o l e . E n t ã o , q u a n d o d e s e j a - s e u m p e q u e n o v a l o r d a o n d u l a ç ã o da c o r r e n t e , a o n d u l a ç ã o d o s i n a l d e t e n s ã o t o r n a - s e p e q u e n o t a m b é m . N u m a s i t u a ç ã o ideal ( s e m a p r e s e n ç a d e r u í d o s ) , o c i r c u i t o de c o n t r o l e i r i a t r a t a r o s i n a l de t e n s ã o , q u e r e p r e s e n t a a c o r r e n t e real, d e m a n e i r a a c o m a n d a r os I G B T ' s c o r r e t a m e n t e , p a r a q u e a c o r r e n t e r e a l s e j a i g u a l a d e r e f e r ê n c i a . C o n t u d o , n a p r á t i c a e x i s t e m r u í d o s , e q u a n d o se t r a b a l h a c o m p e q u e n a s f a i x a s de t e n s ã o , f i c a d i f í c i l p a r a o c i r c u i t o d e c o n t r o l e d i f e r e n c i a r o s i n a l da o n d u l a ç ã o da t e n s ã o d o s r u í d o s q u e sã o i n j e t a d o s e m t o d o o c i r c u i t o . D e s s a m a n e i r a os I G B T ' s a c a b a m s e n d o c o m a n d a d o s i n c o r r e t a m e n t e . F l g . 20 - D e t a l h e d a m o d u l a ç ã o po r v a l o r e s e x t r e m o s . G e r a l m e n t e p a r a se c o n t r o l a r a c o r r e n t e d e s a í d a c o m m o d u l a ç ã o po r v a l o r e s e x t r e m o s e m c o n v e r s o r e s e m p o n t e c o m p l e t a , as c h a v e s ( I G B T ' s ) s ã o c o m a n d a d a s a o s p a r e s ( c o m a n d o c l á s s i c o ) . N e s t e p r o t ó t i p o foi u t i l i z a d a u m a t é c n i c a d i f e r e n t e p a r a se c o m a n d a r os I G B T ' s ( c o m a n d o a l t e r n a d o d o s I G B T ’s), c o m o

o b j e t i v o de se r e d u z i r a f r e q u ê n c i a d e c o m u t a ç ã o ( I t e m 3.3) , m a n t e n d o - s e o m e s m o v a l o r d e o n d u l a ç ã o d a c o r r e n t e e a m e s m a r e s p o s t a d i n â m i c a . C o m o c o m a n d o a l t e r n a d o , os I G B T ’s n ã o m a i s s ã o c o m a n d a d o s a o s p a r e s , e s i m u m de c a d a vez. A s e g u i r t e m - s e u m e x e m p l o d e s c r i t i v o d e s s e s d o i s m o d o s d e c o m a n d a r o c o n v e r s o r , o n d e p a r a u m a m e l h o r v i s u a l i z a ç ã o do c a m i n h o p e r c o r r i d o p e l a c o r r e n t e Is, os I G B T ’s 2 e 3 e os d i o d o s Dl e D 4 f o r a m s u p r i m i d o s , u m a v e z q u e p a r a a s i t u a ç ã o a n a l i s a d a , c o m a c o r r e n t e a p e n a s e m u m s e n t i d o , os m e s m o n ã o s ã o s o l i c i t a d o s 3 . 2 . 1 - C o m a n d o c l á s s i c o d o s I G B T ' s . a) - c o n s i d e r a n d o - s e q u e i n i c i a l m e n t e ' os I G B T ’s 1 e k (Fig. 2 1 . a) e s t ã o c o n d u z i n d o a c o r r e n t e Is, q u a n d o e s t a a t i n g i r o l i m i t e s u p e r i o r (IMc, Fig. 22), o c i r c u i t o d e c o n t r o l e irá b l o q u e á - l o s e f e c h a r os I G B T ’s 2 e 3. E n t r e t a n t o , e n q u a n t o a c o r r e n t e n ã o m u d a r d e s e n t i d o , e s t a i r á c i r c u l a r a t r a v é s d o s d i o d o s 2 e 3 ( F i g 2 1 . b). C o m i s s o u m a t e n s ã o r e v e r s a s e r á a p l i c a d a e n t r e os p o n t o s A e B, f o r ç a n d o a c o r r e n t e a d e c r e s c e r . o b) - q u a n d o a c o r r e n t e Ic a t i n g i r o l i m i t e m í n i m o (Imc; Fig . 22), os I G B T ’s 1 e 4 s e r ã o f e c h a d o s n o v a m e n t e (Fig. 2 1 . a), a p l i c a n d o u m a t e n s ã o d i r e t a s o b r e os p o n t o s A e B, b l o q u e a n d o os d i o d o s 2 e 3 e f a z e n d o c o m q u e a c o r r e n t e v o l t e a c r e s c e r .

F i g . 21 - E t a p a s d e f u n c i o n a m e n t o n o m o d o c l á s s i c o . F i g . 2 2 - D e t a l h e d a m o d u l a ç ã o p o r v a l o r e s e x t r e m o s , m o d o c l á s s i c o . C o m isso, q u a n d o a c o r r e n t e a t i n g i r n o v a m e n t e o l i m i t e s u p e r i o r , as s e q ü ê n c i a s a e b s e r ã o r e p e t i d a s a t é q u e a c o r r e n t e d e r e f e r ê n c i a s e j a a l t e r a d a p a r a u m v a l o r n e g a t i v o , f a z e n d o c o m q u e os I G B T ' s 2 e 3 e os dio.dos 1 e k c o n t r o l e m a c o r r e n t e . 3 . 2 . 2 - C o m a n d o a l t e r n a d o d o s I G B T ' s . a) - c o n s i d e r a n d o - s e q u e os I G B T ' s 1 e k e s t ã o f e c h a d o s