Curso Profissional de Electrónica, Automação e Comando
Ano Lectivo de 2010-2011
Disciplina de Tecnologias Aplicadas
Módulo 2 – Turma 10G

Aproveitando um software que descobri para divulgar uma pequena galeria de fotos dos trabalhos dos alunos…

Curso Profissional de Electrónica, Automação e Comando
Disciplina de Electricidade e Electrónica – 12º Ano
Módulo 11: Electrónica de Potência

Ficha Formativa – Tirístores

Q1. Explique o que acontece, em cada um dos circuitos seguintes, quando premimos o botão de pressão e depois quando deixamos de o premir.

Resposta

Q1_b: Explique a razão de estes dois circuitos não se comportarem da mesma forma. Não são ambos, o SCR e o Triac, dispositivos Tirístores (com histerese). Porque não permanece o Triac no estado on depois de a tensão de disparo ser retirada?

Resposta

Q2: Explique o que tem de ser feito ao SCR, da figura abaixo, para o fazer passar ao estado de condução e assim enviar energia para a lâmpada. E depois diga o que é preciso fazer ao SCR para que a lâmpada fique sem energia (apague).

Resposta

Q2_b: Explique a diferença entre SCRs e Triacs, em termos do respectivo comportamento.

Resposta

Q3: Para que serve o Triac neste circuito?

Resposta

Q3_b: Porquê usar o Triac? Porque não usar apenas o botão para conduzir a corrente directamente para a carga, como mostra o circuito seguinte?

Resposta

Q4: Este circuito com Triac tem um problema sério. Sempre que premimos o botão de pressão, o Triac explode!

Explique por que é que isso acontece e o que deve ser feito para resolver o problema.

Resposta

Q5: Foi montado o circuito seguinte e constatou-se que não funcionava (quando carregava no botão não acontecia nada). Porquê?

Resposta

Q6: Preveja como será afectado o dimmer seguinte, como resultado de uma das seguintes avarias (uma de cada vez):

a) Potenciómetro avaria – fica aberto
b) Condensador C1 avaria – em curto-circuito
c) DIAC avaria – aberto
d) TRIAC avaria – em curto-circuito
Para cada uma dessa avarias explique as razões da sua resposta.

Resposta

Q7: O circuito seguinte exibe um comportamento interessante:

Quando a alimentação é inicialmente ligada, nenhuma das lâmpadas acende.
Se premirmos qualquer um dos botões, a lâmpada controlada pelo respectivo SCR acenderá. Se, depois de uma das lâmpadas estar acesa, premirmos o outro botão, a correspondente lâmpada acenderá e a outra apagar-se-á.
Dito de uma forma simples, cada botão de pressão não serve apenas para alimentar a sua própria lâmpada, mas também serve para apagar a outra.
Explique como é isto possível. Não deve ser mistério para si a razão porque cada botão liga a respectiva lâmpada, mas como poderá exercer também controlo sobre o outro SCR, para desligar a respectiva lâmpada?
Dica: o segredo está no condensador ligado entre os dois terminais de ânodo dos dois SCRs.

Resposta

Q8: O circuito abaixo indica qual dos botões de pressão foi actuado em primeiro lugar.
Depois de actuarmos qualquer um dos três botões (e, assim, acendermos a respectiva lâmpada), nenhuma das outras lâmpadas pode ser ligada.

Explique como funciona este circuito.
Por que é que nenhuma das outras lâmpadas pode ser acesa, uma vez uma delas ligada?
Explique também como pode o circuito ser modificado de modo a possuir um botão de Reset para desligar a lâmpada acesa.
Expanda o circuito, de modo a termos 6 lâmpadas em vez de três.

Resposta

Q9: O circuito abaixo representado é um carregador de baterias.
Explique como o circuito utiliza o Triac para controlar a tensão de alimentação para a bateria.

Indique também algumas falhas possíveis de componentes que possam impedir a tensão DC de chegar à bateria.

Resposta

Q10: O circuito abaixo representado é um jogo que consiste numa espira de fio condutor que tem de ser movimentado à volta de uma outra ponta de fio condutor, sem lhe tocar. Se existir contacto, a corrente flui para a gate do tirístor e o buzzer emite um sinal sonoro.
O buzzer continuará a soar mesmo depois de ter deixado de haver contacto, uma vez que o tirístor é um componente que uma vez disparado só deixa de conduzir se deixar de ser alimentado entre o seu ânodo e cátodo.

Monte o circuito no software de simulação Multisim e responda às seguintes perguntas:

Tensão no SCR antes de contacto:
Corrente no SCR antes do contacto:
Tensão no SCR depois de disparado:
Corrente no SCR depois de disparado:
Tensão porta-cátodo antes do disparo:
Corrente porta-cátodo antes do disparo:
Tensão porta-cátodo depois do disparo:
Corrente porta-cátodo depois do disparo:

Q11:
O circuito abaixo representado é um alarme e incorpora um tirístor.
Quando o dono da casa sai deve ligar o interruptor geral e o interruptor de saída.
Se um intruso entrar então na casa, pisará a placa de pressão, o alarme soará, e continuará a tocar, mesmo depois de ele ter saído de cima da placa de pressão, isto devido às características do tirístor, que, uma vez disparado (entrado em condução), apenas abrirá quando a alimentação do circuito (entre o ânodo e o cátodo) for cortada.

Monte o circuito no software de simulação Multisim e responda às seguintes perguntas:

Tensão no SCR antes de contacto:
Corrente no SCR antes do contacto:
Tensão no SCR depois de disparado:
Corrente no SCR depois de disparado:
Tensão porta-cátodo antes do disparo:
Corrente porta-cátodo antes do disparo:
Tensão porta-cátodo depois do disparo:
Corrente porta-cátodo depois do disparo:

Modelo do SCR:
2N1595

Motores de Circuito Impresso

Por vezes também chamados de “motores panqueca”, esta é uma configuração particularmente ardilosa de motor, cuja operação é, de certa forma, mais fácil de visualizar do que a dos motores convencionais. Eles cabem em espaços muito confinados (digamos dentro de uma porta de um carro, para fazer os vidros das respectivas janelas subir e descer) e, devido ao facto de o rotor ser leve e ter uma pequena inércia rotacional, podem acelerar até À máxima velocidade e para de novo, tudo muito rapidamente. Esta característica não é muito importante no caso das janelas dos carros mas é essencial para os robots industriais e outros servomecanismos.

Vantagens

– Eficientes – não apresentam histerese nem perdas no ferro
– Inércia rotacional muito baixa
– Leves
– Planos, e por isso cabem em espaços pequenos

Desvantagens

– Caros de fabricar
– A armadura apresenta pouca massa e, por isso, podem aquecer demasiado facilmente

Eis aqui um motor de circuito impresso típico. Não se preocupe com os dois fios pretos, nesta altura.

Isto é o que está lá dentro. Colada a cada “face” do motor estão (neste caso) oito ímanes. Os seus pólos são alternados (N-S-N-S-N-S etc.) à medida que vai andando à volta.

Eis a outra face, com os seus oito ímanes. Esta configuração bate exactamente (norte com sul) com os ímanes da outra face, criando um campo magnético muito forte através do espaço perto de onde o motor é fixado. (Tente não pensar acerca daquele fio preto, neste momento). Assim, temos agora configurado um campo magnético elevado, que funcional axialmente (isto é, paralelo ao eixo do motor). Aquele campo anda para trás e para a frente oito vezes através do pequeno espaço que será ocupado pelo rotor quando voltarmos a montar tudo de novo. (note que as faces terminais são feitos de ferro e completar o circuito magnético.)

Agora, se o campo magnético é paralelo ao eixo, e queremos que uma força tangencial no rotor, qual o caminho pelo qual seguirá a corrente? Bem, ele tem de estar nos ângulos certos em relação a ambos, e assim, radial.

Agora, tudo deve fazer sentido. As escovas contactam o rotor na área sombreada perto do eixo. A corrente segue ao longo do fio de cobre, e está a “caminhar” quase radialmente, à medida que vai através da região do campo magnético mais forte. (Quase radial mas não exactamente, para reduzir o torque de cogging.) Assim, uma força é exercida no fio que está nos ângulos certos com o fio e também com o campo magnético, originando a rotação do rotor. Então, se o fio for rodado e voltar na direcção do eixo de novo, a força no pedaço que retorna será igual e oposta à que sai, cancelando qualquer torque útil e toda a máquina ficará ali parada a deitar fumo. Então, uma vez que o fio se “foi embora” para lá do íman, vamos recuperá-lo diagonalmente à direita e trazê-lo de volta ao eixo do íman seguinte o qual, relembre-se, tem o seu campo magnético na direcção oposta. Agora a força no bocado de fio que regressa adicionar-se-á ao torque, e “aí vamos nós”.

Uma vez regressado à parte sombreada do rotor, a corrente pode passar através da segunda escova e voltar à pilha ou seja que fonte de alimentação alimentar o robot.

Tente não pensar ainda no fio preto. Nesta fotografia pode ver as duas escovas. Elas apenas friccionam o rotor, o qual, como se pode ver, consiste simplesmente numa peça plana de isolador com fios de cobre estampados nele, como uma placa de circuito impresso. O outro lado das escovas terminam como terminais metálicos da parte de fora do motor, como na primeira foto.

Ei-lo então. O único problema é que os ímanes eles próprios não conseguem reter o seu campo magnético permanente mais forte, a menos que estejam num circuito magnético completo. Assim, não podemos magnetizá-los e depois montá-los no motor. Mas uma vez montados no motor, não conseguimos chegar-lhe para os magnetizar. Logo, não podemos construir este tipo de motor. É pena, ele era tão promissor.

Mas… espere um momento! Suponha que enfiamos um fio preto (*) para a frente e para trás entre os ímanes, como se mostra na figura anterior. Tiremos o fio para fora do motor, e uma vez tudo montado fazemos passar um zilião de amperes através desse fio. Pense em que sentido será o campo magnético criado por essa corrente. Perfeito! Admitindo que não é um fio tão grosso que possa suportar essa corrente (tipicamente algumas centenas de amperes), mas é apenas por alguns milissegundos e o fio não terá tempo de se queixar. E também, isso só acontece uma vez…

(*) Na realidade, qualquer cor dá 🙂