dis ujt 02 Cont Vel motorCC

FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA CURSO DE ELETRÔNICA – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA

Prof. Irineu Alfredo Ronconi Junior

CONTROLE DE VELOCIDADE DE UM MOTOR CC POR VARIAÇÃO DA TENSÃO MÉDIA.

A figura 01 mostra um circuito retificador semicontrolado (ponte híbrida monofásica).

A carga é um motor CC (Corrente Contínua), portanto o mesmo é uma carga que associa em série, uma indutância e uma resistência.

+

-Uq 220Vac

T1 10TO1

M1 D1

D2 D3

D4 D5

SCR1 SCR

Figura 01 – Retificador semicontrolado

Para este circuito, será desenvolvido um circuito adicional para o disparo controlado dos tiristores. Este novo circuito pode ter a forma da figura 02 a seguir:

Figura 02 – controle de disparo por UJT

Observe que a alimentação é obtida da própria rede ac, pode ser também através do secundário do transformador do primeiro circuito de potência, a mesma do circuito do retificador, o que simplifica a obtenção do sincronismo entre os dois circuitos.

Embora o exemplo de cálculo para os circuitos aqui apresentados sejam para a tensão de rede de 220Vac, na prática de laboratório utilizaremos a tensão de alimentação que seja suficiente para acionar um motor de 24VDC.

O TRANSISTOR UJT (TRANSISTOR DE UNIJUNÇÃO)

O transistor de unijunção é um dispositivo de três terminais nominados de base 1 (B1), base 2 (B2) e emissor (E).

O Símbolo e a pinagem do dispositivo UJT 2N2646 são apresentados na figura 3 (retirados da folha de dados da Philips semiconductors):

Figura 03 – Pinagem do 2N2646 – Philips

O UJT é um dispositivo de chaveamento que tem como característica de funcionamento uma faixa onde o mesmo apresenta “resistência negativa”. Esta propriedade também ocorre, por exemplo, com o dispositivo DIAC.

As principais propriedades deste dispositivo são:

1- A tensão de disparo é uma fração da tensão de alimentação;

2- Apresenta uma região de resistência negativa, o que permite que o mesmo funcione como um oscilador de relaxação;

3- Sua resistência interna varia de 5 a 10kΩ na condição de desativado e de alguns ohms na condição de ativado;

4- Necessita de baixos valores de corrente de disparo (2 a 10µA); 5- Tem elevada capacidade de corrente de pulso (± 2A);

6- Disponibilizam tensões de saída (B1) com picos de 3 a 5V (que serão usadas para o chaveamento dos tiristores).

Na figura 05 são apresentadas as principais características elétricas para o dispositivo semicondutor 2N2646 da Philips. O aspecto físico dos componentes pode variar. Os mais comuns são mostrados na figura 04, a seguir.

Figura 05 – Característica do 2N2646

junção PN está polarizada diretamente, praticamente provocando um curto-circuito do emissor com a base 1, aumentando a corrente do emissor (0 a 50mA) e diminuindo a resistência rb1 de seu máximo (5kΩ) para cerca de 50Ω. Este comportamento permite controlar, por meio de um potenciômetro a carga de um capacitor ligado ao seu terminar de emissor, cuja descarga será utilizada para acionar tiristores e triacs na construção de circuitos de disparo ou de controle.

Figura 06 – Símbolo do UJT e circuito equivalente Podemos escrever, tendo como base a figura 06, o que segue:

bb b b

b b

_r

r

_r

U

U

2 1

1

1



_

A relação entre as resistências dinâmicas da expressão 1 é denominada como “relação intrínseca” e simbolizada por η. A relação intrínseca depende do dispositivo, e para o UJT 2N2646 vale 0,6, portanto podemos expressar (1) da seguinte forma:

bb

b

U

U



0

,

66

.

De forma aproximada podemos escrever a equação do UJT como:

bb d

e

U

U

U

_

_

_

A queda de tensão no diodo pode ser aproximada para 0,7 e η é dado na folha de dados técnicos do componente.

O tempo de oscilação será dado pela equação 4:







RC

ln

₁

1

T

Onde R é a soma dos resistores R2 e R4 e, de acordo com a figura 2, no início deste texto.

O Resistor R3 é responsável pela estabilização térmica do UJT, e é calculado pela equação: bb bb

U

r

R

.

4

,

0





Na figura 07 são mostradas as formas de onda obtidas sobre o emissor onde se percebe claramente a carga e a descarga do capacitor e o pulso de tensão sobre o transformador conectado a base 1. Este pulso é devido a descarga rápida do capacitor pelo emissor do UJT.

Fig. 07 – Pulsos no emissor e na base 1 do UJT

Parte Experimental:

Funcionamento circuito de disparo e sincronismo: R1 é um resistor de proteção ao diodo ZENER; D5 evita a polarização direta do Zener;

O transformador de pulso (na base 1 do UJT) isola o circuito de comutação do circuito de potência;

Figura 06 – Circuito de disparo e sincronismo

Exemplo: Rede de 220Vef/60Hz – Zener 20V/1W C1=0,1μF. Calcular R1, Rt=R4+R2 e R3.

I1=iz operação e U1= UMáx-Uzener , então

)

(

max

1

operação

iz

Uzener

U

R





zener zener o

zenermáxim

_U

P

i



zener zener ração

zenerdeope

P

_U

i

.

2









k



P

U

U

U

R

zener

(

)

₁₁

_,

₆

2

1

Como R1 é um resistor de potência W R

U

PR 7,23

1 2 1

1   . Portanto R1=12KΩ/10W.

R3 é calculado pela equação:







820



20

6

,

0

10000

10000

3

_U

_x

R

bb

Cálculo do valor do potenciômetro e da resistência R4 em série com o mesmo: A cada semiciclo um tiristor estará conduzindo (terá um pulso no gate). Cada semiciclo equivale a 8,3ms (considerando a freqüência de 60Hz, o período T= 1,667x10-2s), portanto se a primeira descarga do capacitor ocorrer 8,3ms após a senóide da rede passar por zero o disparo se dará a 180o_{. Se for em 4,16ms o} disparo se dará em 90o_{, e assim por diante.}

Quanto mais rápida for a primeira descarga do capacitor, mais próximo de zero se dará o disparo.

O zero na prática, uma escolha pessoal, será então 8,3μs (mil vezes menor que 8,3ms). A constante de tempo será: σ=RtxC1, então:

s

x

RtxC

s

x

₁₀

₁

₈

_,

₃

₁₀

3

,

8

_

_

No caso:        _

 _{10 10} 83 83000

3 , 8 10 10 3 , 8 7 3 7

6_x Rt _x Rt

Portanto o Rt deverá ser uma combinação que satisfaça as condições acima. Uma parte fixa deve sempre existir, pois por vezes o potenciômetro poderá está próximo de ter uma resistência igual a zero.

ima zener

U

U

ar

csen

max





PRÁTICA A SER IMPLEMENTADA:

Você tem a disposição um pequeno motor DC. Este motor deve ter sua velocidade controlada por meio da variação da tensão média a ele aplicada. Com os dados fornecidos e com o material existente no laboratório desenvolva um pequeno projeto para tal fim.

Você deverá fazer um relatório detalhado da prática, ressaltando:

 Os cálculos utilizados;