Większość urządzeń elektrycznych używanych w domu wymaga do działania zasilania prądem zmiennym. Ta moc AC lub AC jest podawana do urządzeń poprzez operację przełączania niektórych przełączników energoelektronicznych. Aby ładunki działały płynnie, konieczne jest sterowanie Podłączone zasilanie AC do nich. Uzyskuje się to z kolei poprzez sterowanie przełączaniem przełączników energoelektronicznych, takich jak SCR.
Dwie metody sterowania przełączaniem operacji SCR
- Metoda kontroli fazy : Dotyczy to sterowania przełączaniem tyrystora w odniesieniu do fazy sygnału prądu przemiennego. Zwykle Tyrystor zostaje uruchomiony pod kątem 180 stopni od początku sygnału AC. Innymi słowy, przy przejściu przez zero przebiegu sygnału prądu przemiennego, impulsy wyzwalające są podawane do zacisku bramki tyrystora. W przypadku sterowania zasilaniem AC do tyrystora, podanie tych impulsów jest opóźnione przez zwiększenie czasu między impulsami i nazywa się to sterowaniem przez opóźnienie kąta wyzwalania. Jednak obwody te powodują powstawanie harmonicznych wyższego rzędu i generują RFI o częstotliwości radiowej i duży prąd rozruchowy, a przy wyższych poziomach mocy potrzeba więcej filtrów, aby zmniejszyć RFI.
- Przełączanie cyklu integralnego: Integralna kontrola cyklu to kolejna metoda używana do bezpośredniej konwersji prądu przemiennego na prąd przemienny, zwana przełączaniem zerowym lub wyborem cyklu. Wyzwalanie cyklu całkowego odnosi się do obwodów przełączających prądu przemiennego, a w szczególności do obwodów przełączających napięcia zmiennego o zerowym cyklu integralnym. Gdy przełącznik zerowego napięcia jest używany do przełączania niskiego współczynnika mocy (obciążenia indukcyjnego), takiego jak silnik lub transformator mocy, powoduje przegrzanie transformatora mocy w liniach użyteczności publicznej. Stąd nasycenie prądu obciążenia jest nadmiernie dużym prądem rozruchowym. Inne podejście do przełączania napięcia zerowego w cyklu integralnym polega na zastosowaniu stosunkowo złożonych układów bistabilnych elementów pamięci i obwodów logicznych, które w efekcie zliczają liczbę półcykli prądu obciążenia. Przełączanie cyklu całkowania składa się z włączenia zasilania do obciążenia przez całkowitą liczbę cykli, a następnie wyłączenia zasilania na następną liczbę cykli całkowania. Z powodu zerowego napięcia i zerowego prądu przełączania tyrystorów, generowane harmoniczne zostaną zredukowane. Używanie płynnego napięcia przełączania cyklu integralnego nie jest możliwe, a częstotliwość jest zmienna. Przełączanie cykli całkowych przez wyzwalanie impulsowe tyrystorów jako metoda usuwania całego cyklu, cykli lub części cykli sygnału prądu przemiennego jest dobrze znaną i starą metodą kontrolowania zasilania prądem przemiennym, zwłaszcza w przypadku obciążeń grzałek prądu przemiennego. Jednak koncepcja osiągnięcia kradzieży cyklu przebiegu napięcia za pomocą mikrokontrolera może być bardzo precyzyjna, jak na program napisany w języku Assembler / C. Dzięki temu średni czas trwania napięcia lub aktualnie występującego na obciążeniu jest proporcjonalnie mniejszy niż w przypadku, gdy cały sygnał ma być podłączony do obciążenia.
Jednym z efektów ubocznych stosowania tego schematu jest brak równowagi w przebiegu prądu wejściowego lub napięcia, gdy cykle są włączane i wyłączane w całym obciążeniu, dlatego są one odpowiednie dla określonych obciążeń, a nie metody kontrolowanej kąta zapłonu w celu zminimalizowania THD.
Zanim przejdziemy do przykładów dla każdego typu sterowania, krótko omówmy wykrywanie przejścia przez zero.
Wykrywanie przejścia przez zero lub przekroczenie napięcia przez zero
Pod pojęciem przekroczenia zera napięcia rozumiemy punkt na przebiegu sygnału prądu przemiennego, w którym sygnał przecina zerowe odniesienie przebiegu lub innymi słowy, w którym przebieg sygnału przecina się z osią x. Służy do pomiaru częstotliwości lub okresu sygnału okresowego. Może być również używany do generowania zsynchronizowanych impulsów, które mogą być używane do wyzwalania zacisku bramki prostownika sterowanego krzemem, aby przewodzić pod kątem 180 stopni.
Fala sinusoidalna z natury ma węzły, w których napięcie przekracza punkt zerowy, zmienia kierunek i uzupełnia falę sinusoidalną.
Przełączając obciążenie AC w punkcie zerowym napięcia, praktycznie eliminujemy straty i naprężenia wywołane napięciem.
Obwód ZVS lub ZVR wykrywający przejście przez zero lub czujnik napięcia zerowego
Zwykle OPAMP używany w detekcji przejścia przez zero działa jako komparator porównujący pulsujący sygnał DC (uzyskany poprzez prostowanie sygnału AC), z referencyjnym napięciem stałym (uzyskanym poprzez filtrację pulsującego sygnału DC). Sygnał odniesienia jest podawany na zacisk nieodwracający, podczas gdy napięcie pulsujące jest podawane na zacisk odwracający.
W przypadku, gdy pulsujące napięcie DC jest mniejsze niż sygnał odniesienia, na wyjściu komparatora powstaje wysoki logiczny sygnał. Zatem dla każdego punktu przejścia przez zero sygnału prądu przemiennego z wyjścia czujnika przejścia przez zero generowane są impulsy.
Film na temat detektorów przejścia przez zero
Integralna kontrola cyklu przełączania (ISCC):
Aby wyeliminować wady integralnego przełączania cykli i przełączania z kontrolą faz, do sterowania obciążeniem grzewczym stosuje się integralne sterowanie cyklem przełączania. Obwód ISCC składa się z 3 sekcji. Pierwsza składa się z zasilacza, który napędza wszystkie wewnętrzne wzmacniacze i dostarcza energię bramki do elementów półprzewodnikowych mocy. Druga sekcja obejmuje wykrywanie zerowego napięcia poprzez wykrywanie wystąpienia zerowego napięcia zasilania i zapewnia opóźnienie fazowe. W trzeciej sekcji potrzebny jest stopień wzmacniacza, który powiększa sygnał sterujący aby zapewnić napęd potrzebny do włączenia wyłącznika zasilania. Obwody ISCC składają się z obwodu zapłonowego i wzmacniacza mocy (FCPA) oraz zasilacza do sterowania obciążeniem.
FCPA składa się ze sterowników bramek dla tyrystora, a TRIAC jest używany jako urządzenia zasilające w proponowanym projekcie. Triak może przewodzić prąd w dowolnym kierunku, gdy jest włączony, a wcześniej nazywano go dwukierunkowym tyrystorem triody lub tyrystorem dwustronnej triody. Triak to wygodny przełącznik do obwodów prądu przemiennego, który umożliwia sterowanie dużymi przepływami mocy za pomocą prądów sterujących w skali miliamperów.
Zastosowanie Integral Cycle Switching - Przemysłowa kontrola mocy poprzez integralne przełączanie
Ta metoda może być używana do kontrolowania zasilania prądem przemiennym, zwłaszcza w przypadku obciążeń liniowych, takich jak grzejniki stosowane w piecu elektrycznym. W tym mikrokontroler dostarcza wyjście w oparciu o przerwanie odebrane jako odniesienie do generowania impulsów wyzwalających.
Używając tych impulsów wyzwalających, możemy sterować optoizolatorami do wyzwalania triaka, aby uzyskać integralną kontrolę cyklu, zgodnie z przełącznikami, które są połączone z mikrokontrolerem. W miejsce silnika przewidziano lampkę elektryczną do obserwacji jego działania.
Schemat blokowy sterowania zasilaniem przez integralny cykl przełączania
Tutaj czujnik przejścia przez zero jest używany do dostarczania impulsów wyzwalających do impulsów bramki Tyrystora. Podawanie tych impulsów jest kontrolowane przez mikrokontroler i optoizolator. Mikrokontroler jest zaprogramowany tak, aby podawał impulsy do optoizolatora przez ustalony czas, a następnie zatrzymywał podawanie impulsów na inny ustalony czas. Powoduje to całkowitą eliminację kilku cykli przebiegu sygnału AC przyłożonego do obciążenia. Optoizolator odpowiednio steruje tyrystorem na podstawie sygnału wejściowego z mikrokontrolera. W ten sposób kontrolowana jest moc prądu zmiennego dostarczana do lampy.
Zastosowanie przełączania sterowanego fazowo - programowalne sterowanie zasilaniem AC
Schemat blokowy sterowania mocą metodą kontroli fazy
Ta metoda służy do kontrolowania intensywności lampy poprzez kontrolowanie zasilania prądem zmiennym lampy. Odbywa się to poprzez opóźnianie podania impulsów wyzwalających do TRIAC lub za pomocą metody opóźnienia kąta wystrzelenia. Detektor przejścia przez zero dostarcza impulsy przy każdym przejściu przez zero przebiegu prądu przemiennego, który jest podawany do mikrokontrolera. Początkowo Mikrokontroler przekazuje te impulsy do optoizolatora, który odpowiednio uruchamia tyrystor bez żadnego opóźnienia, dzięki czemu lampa świeci z pełną intensywnością. Teraz za pomocą klawiatury połączonej z Mikrokontrolerem, wymagane natężenie w procentach jest podawane do Mikrokontrolera i programowane tak, aby odpowiednio opóźnić podanie impulsów do optoizolatora. W ten sposób wyzwalanie tyrystora jest opóźnione i odpowiednio kontrolowana jest intensywność lampy.
