Chave de estado sólido pode conduzir até 10.000 A

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/08/2003

O recente apagão nos Estados Unidos pegou de surpresa muitos americanos, que não sabiam que o país estava operando tão próximo da capacidade máxima de seu sistema elétrico. Algo muito semelhante ao Brasil, quando o então presidente FHC disse que simplesmente "não sabia" que o país tinha problemas nesse setor.

Mas não foi surpresa para muitos pesquisadores, entre os quais a equipe do professor Alex Huang, da Universidade da Virgínia. Alguns dias antes do apagão ele havia recebido um dos maiores prêmios do país para descobertas inovadoras, o R&D 100 Award, concedido pela R&D Magazine. O professor criou uma chave semicondutora de alta potência, chamada "Emitter Turn-Off (ETO) Thyristor" ou Tiristor ETO.

"A chave ETO é uma chave de estado sólido que é adequada para utilização em conversores de potência de alta freqüência que podem fornecer suporte rápido e dinâmico para nossa congestionada rede elétrica," afirma Huang. O novo tiristor oferece alta velocidade de chaveamento, forte capacidade de desligamento e controle de voltagem.

O tiristor é uma chave de potência integrada de três terminais. Um pulso ótico é aplicado para ligar o fluxo de corrente, com uma resistência muito pequena. Quando ela está fechada, pode conduzir até 10.000 ampéres de corrente.

Mas a faixa de operação contínua situa-se em torno de 1.500 ampéres, para que a temperatura permaneça abaixo dos 125º C. Quando o pulso ótico é retirado, e o tiristor ETO se abre, ele pode bloquear tensões de até 6.000 volts. O tiristor ETO passa do estado ligado para desligado em menos do que 5 microsegundos. Durante o chaveamento, o novo tiristor é capaz de bloquear alta voltagem e alta corrente simultaneamente. Isso a torna adequada para utilização como sistema de proteção e controle.

A tecnologia atual é conhecida como tiristor GTO ("Gate Turn-Off"). Os tiristores GTO são confiáveis e baratos, mas requerem um capacitor como proteção no processo de desligamento. O capacitor drena muita corrente, aumenta o tamanho da chave e a complexidade dos circuitos de recuperação de energia. Além de ter um design complicado, o tiristor GTO torna o processo de desligamento mais lento.

Um transitor chamado IGBT ("Insulated Gate Bipolar Transistor") foi desenvolvido nos anos 1.990. Ele oferece mais controle e confiabilidade, mas é pouco útil em aplicações de alta potência. O ETO é um híbrido do GTO e do IGBT.

O Departamento de Energia dos Estados Unidos financiou a pesquisa do Dr. Huang dentro do programa conhecido como FACTS ("Flexible AC Transmission Systems"). Como o tiristor ETO possui a maior capacidade de potência dentre todas as chaves de estado sólido, ele foi considerado útil para aplicações como os dispositivos FACTS e para o novo sistema eletromagnético de lançamento de aviões da Marinha daquele país.

Limitações materiais e o alto custo de equipamentos eletrônicos de potência tem restringido a disseminação de seu uso nas linhas de transmissão de longa distância. O tiristor ETO pode ser a solução tecnológica para sistemas eletrônicos de potência de baixo custo. Segundo o pesquisador, a tecnologia pode representar um aumento na capacidade de transmissão da rede entre 25 e 60 por cento.