Majoritatea aparatelor electrice utilizate acasă necesită curent alternativ pentru funcționarea lor. Această putere de curent alternativ sau curent alternativ este dată aparatelor prin comutarea unor întrerupătoare electronice de putere. Pentru o funcționare lină a sarcinilor, este necesar să controlați Sursa de curent alternativ aplicată lor. Acest lucru se realizează la rândul său prin controlul operației de comutare a întrerupătoarelor electronice de putere, ca un SCR.
Două metode de control al funcționării de comutare a SCR
- Metoda de control a fazelor : Aceasta se referă la controlul comutării SCR cu o referință la faza semnalului AC. De obicei, Tiristorul este declanșat la 180 de grade de la începutul semnalului de curent alternativ. Sau, cu alte cuvinte, la punctele de trecere zero ale formei de undă a semnalului AC, impulsurile de declanșare sunt aplicate la terminalul porții tiristorului. În cazul controlului puterii de curent alternativ la SCR, aplicarea acestor impulsuri este întârziată prin creșterea timpului dintre impulsuri și aceasta se numește control prin întârziere a unghiului de tragere. Cu toate acestea, aceste circuite determină armonici de ordin superior și generează frecvențe radio RFI și curent de intrare puternic și la niveluri de putere mai mari, necesită mai multe filtre pentru a reduce RFI.
- Comutarea integrală a ciclului: Controlul integral al ciclului este o altă metodă utilizată pentru conversia directă a AC în AC cunoscută sub numele de comutare zero sau selecție a ciclului. Declanșarea ciclului integral se referă la circuitele de comutare a curentului alternativ și, în special, la circuitele de comutare a tensiunii zero a ciclului integral. Când este utilizat un comutator de tensiune zero pentru comutarea unui factor de putere scăzut (sarcină inductivă), cum ar fi un motor sau un transformator de putere, provoacă supraîncălzirea unui transformator de putere pe liniile de utilitate. Prin urmare, saturația curentului de sarcină este curenți de intrare excesiv de mari. O altă abordare a comutării de tensiune zero a ciclului integral implică utilizarea unor aranjamente relativ complexe de elemente de stocare bi-stabile și circuite logice care, de fapt, numără numărul de semicicluri de curent de sarcină. Comutarea integrală a ciclului constă în pornirea alimentării la încărcare pentru un număr întreg de cicluri și apoi oprirea alimentării pentru un număr suplimentar de cicluri integrale. Datorită comutării zero a tensiunii și a curentului zero al tiristorilor, armonicele generate vor fi reduse. Utilizarea comutării ciclului integral nu este posibilă o tensiune lină, iar frecvența este variabilă. Comutarea integrală a ciclului prin declanșarea de bust a tiristoarelor ca metodă de eliminare a întregului ciclu, cicluri sau porțiuni de cicluri ale unui semnal de curent alternativ, este o metodă veche și bine cunoscută de control al puterii de curent alternativ, în special în sarcinile încălzitorului de curent alternativ. Cu toate acestea, conceptul de realizare a furtului ciclului formei de undă de tensiune prin utilizarea microcontrolerului poate fi foarte precis conform programului scris în limbajul Assembly / C. Astfel încât timpul mediu de tensiune sau în prezent experimentat la sarcină este proporțional mai mic decât dacă întregul semnal urmează să fie conectat la sarcină.
Un efect secundar al utilizării acestei scheme este un dezechilibru în curentul de intrare sau forma de undă de tensiune, deoarece ciclurile sunt pornite și oprite pe sarcină, prin urmare sunt potrivite pentru sarcini specifice în comparație cu metoda controlată cu unghi de tragere pentru a minimiza THD.
Înainte de a intra în exemple pentru fiecare tip de control, permiteți-ne să prezentăm puțin despre detectarea traversării zero.
Detectare zero-încrucișare sau încrucișare zero tensiune
Prin termenul Zero Voltage Crossing se înțelege punctul de la forma de undă a semnalului AC unde semnalul traversează referința zero a formei de undă sau cu alte cuvinte unde forma de undă a semnalului se intersectează cu axa x. Este folosit pentru a măsura frecvența sau perioada unui semnal periodic. Poate fi, de asemenea, utilizat pentru a genera impulsuri sincronizate care pot fi utilizate pentru a declanșa terminalul de poartă al redresorului controlat cu silicon pentru a-l face să se conducă la un unghi de ardere de 180 de grade.
O undă sinusoidală are în mod natural noduri în care tensiunea traversează punctul zero, inversează direcția și completează unda sinusoidală.
Prin comutarea sarcinii de curent alternativ la punctul zero de tensiune, eliminăm practic pierderile și tensiunile induse de tensiune.
Zero Cross Sensing sau Zero Voltage Sensing ZVS sau ZVR Circuit
De obicei, OPAMP-ul utilizat în detecția de trecere zero funcționează ca un comparator comparând semnalul DC pulsant (obținut prin rectificarea semnalului AC), cu o tensiune continuă DC (obținută prin filtrarea semnalului DC pulsant). Semnalul de referință este dat terminalului neinversibil, în timp ce tensiunea pulsatorie este dată terminalului inversor.
În cazul în care tensiunea DC pulsatorie este mai mică decât semnalul de referință, la ieșirea comparatorului se dezvoltă un semnal logic ridicat. Astfel, pentru fiecare punct de trecere zero al semnalului de curent alternativ, impulsurile sunt generate din ieșirea detectorului de trecere zero.
Un videoclip despre detectoarele de trecere zero
Controlul integrat al ciclului de comutare (ISCC):
Pentru a elimina dezavantajele comutării ciclului integral și comutării controlului de fază, controlul ciclului de comutare integral este utilizat pentru controlul sarcinii de încălzire. Circuitul ISCC are 3 secțiuni. Primul constă dintr-o sursă de alimentare pentru a conduce toate amplificatoarele interne și a alimenta energia porții către dispozitivele semiconductoare de putere. A doua secțiune constă în detectarea tensiunii zero prin detectarea instanței tensiunii de alimentare zero și asigură o întârziere de fază. În cea de-a treia secțiune, este necesar un amplificator care să mărească semnalul de control pentru a furniza unitatea necesară pentru a porni comutatorul de alimentare. Circuitele ISCC constau din circuit de declanșare și amplificator de putere (FCPA) și sursă de alimentare pentru controlul sarcinii.
FCPA constă din drivere de poartă pentru tiristor și TRIAC este utilizat ca dispozitive de alimentare în proiectarea propusă. Triac poate conduce curentul în ambele direcții atunci când este pornit și anterior se numește tiristor triod bidirecțional sau tiristor triod bilateral. Triac este un comutator convenabil pentru circuitele de curent alternativ care permite controlul fluxurilor mari de putere cu curenți de control la scară de miliamperi.
O aplicație de comutare integrală a ciclului - Controlul industrial al puterii prin comutare integrală
Această metodă poate fi utilizată pentru controlul puterii de curent alternativ, în special în sarcinile liniare, cum ar fi încălzitoarele utilizate într-un cuptor electric. În acest sens, microcontrolerul furnizează ieșirea pe baza întreruperii primite ca referință pentru o generație de impulsuri de declanșare.
Folosind aceste impulsuri de declanșare putem conduce optoizolatoarele pentru declanșarea Triac pentru a realiza controlul integral al ciclului conform comutatoarelor care sunt interfațate cu microcontrolerul. În locul motorului este prevăzută o lampă electrică pentru observarea funcționării sale.
Diagrama bloc a controlului puterii prin comutare integrală a ciclului
Aici se folosește un detector de trecere zero pentru a furniza impulsuri de declanșare la impulsurile de poartă ale Tiristorului. Aplicarea acestor impulsuri este controlată printr-un microcontroler și un optoizolator. Microcontrolerul este programat să aplice impulsurile pe optoizolator pentru o perioadă fixă de timp și apoi să oprească aplicarea impulsurilor pentru o altă perioadă fixă de timp. Aceasta are ca rezultat eliminarea completă a câtorva cicluri de semnale de curent alternativ aplicate sarcinii. Optoizolatorul acționează în consecință tiristorul pe baza intrării de la microcontroler. Astfel, puterea de curent alternativ dată lămpii este controlată.
O aplicație de comutare controlată de fază - Control programabil al puterii de curent alternativ
Diagrama bloc a controlului puterii prin metoda de control a fazelor
Această metodă este utilizată pentru a controla intensitatea lămpii prin controlul puterii de curent alternativ la lampă. Acest lucru se face prin întârzierea aplicării impulsurilor de declanșare la TRIAC sau folosind metoda de întârziere a unghiului de tragere. Detectorul de trecere zero furnizează impulsuri la fiecare trecere zero a formei de undă AC care se aplică microcontrolerului. Inițial, microcontrolerul dă aceste impulsuri optoizolatorului, care declanșează în consecință tiristorul fără întârziere și astfel lampa luminează cu intensitate maximă. Acum, folosind tastatura interfațată cu microcontrolerul, intensitatea necesară în procente este aplicată microcontrolerului și este programată să întârzie în consecință aplicarea impulsurilor la optoizolator. Astfel, declanșarea tiristorului este întârziată și, prin urmare, intensitatea lămpii este controlată.
