Odkryto proste obwody sterowania fazą triaka

W obwodzie sterowania fazą triaka, triak jest wyzwalany tylko w określonych częściach półcyklów AC, powodując, że obciążenie działa tylko przez ten okres przebiegu prądu przemiennego. Powoduje to kontrolowane dostarczanie mocy do obciążenia.

Triaki są powszechnie stosowane jako półprzewodnikowe zamienniki przekaźników do przełączania obciążeń AC dużej mocy. Jednak jest jeszcze jedna bardzo przydatna cecha triaków, która pozwala na użycie ich jako kontrolerów mocy do sterowania danym obciążeniem przy pożądanych, określonych poziomach mocy.

Jest to zasadniczo realizowane za pomocą kilku metod: kontroli fazy i przełączania napięcia zerowego.

Aplikacja kontroli fazy jest zwykle odpowiednia dla obciążeń, takich jak ściemniacze światła, silniki elektryczne, techniki regulacji napięcia i prądu.

Przełączanie przy zerowym napięciu jest bardziej odpowiednie dla obciążeń spoczynkowych, takich jak żarówki, grzejniki, lutownice, gejzery itp. Chociaż można je również kontrolować metodą kontroli fazy.

Jak działa kontrola fazy triaka

Triak mógłby zostać wyzwolony do aktywacji w dowolnej części zastosowanego półcyklu prądu przemiennego i będzie nadal znajdował się w trybie przewodzenia, dopóki półcykl AC nie osiągnie linii przejścia przez zero.

Oznacza to, że gdy triak jest wyzwalany na początku każdego półokresu prądu przemiennego, triak zasadniczo włącza się, podobnie jak włącznik / wyłącznik, włączany.

Jednak załóżmy, że jeśli ten sygnał wyzwalający zostanie użyty gdzieś w połowie przebiegu cyklu AC, triak będzie mógł przewodzić po prostu przez pozostały okres tego półcyklu.

A ponieważ Triak aktywuje się tylko przez połowę okresu proporcjonalnie zmniejsza moc dostarczaną do odbiornika o około 50% (rys. 1).

W ten sposób ilość mocy do obciążenia może być kontrolowana na dowolnym pożądanym poziomie, po prostu zmieniając punkt wyzwalania triaka na przebiegu fazy prądu przemiennego. Tak działa kontrola fazy za pomocą triaka.

Aplikacja ściemniacza światła

DO standardowy obwód ściemniacza światła przedstawia rys. 2 poniżej. W trakcie każdego półcyklu AC kondensator 0,1 µf jest ładowany (poprzez rezystancję potencjometru sterującego), aż do osiągnięcia poziomu napięcia 30-32 na jego pinoutach.

W okolicach tego poziomu dioda wyzwalająca (diak) zostaje zapalona, ​​powodując przejście napięcia przez wyzwalacz bramki triaka.

DO lampa neonowa może być również zatrudniony zamiast diakon za tę samą odpowiedź. Czas używany przez kondensator 0,1 µf do naładowania do progu zadziałania diaka zależy od ustawienia rezystancji potencjometru sterującego.

Teraz załóżmy, że potencjometr jest ustawiony na zerową rezystancję, spowoduje natychmiastowe naładowanie kondensatora do poziomu wyzwalania diaka, co z kolei spowoduje przejście w stan przewodzenia przez prawie cały półokres AC.

Z drugiej strony, gdy potencjometr jest na nim ustawiony, maksymalna wartość rezystancji może spowodować kondensator ładować do poziomu wypalania tylko do momentu, gdy pół cyklu prawie osiągnie punkt końcowy. Umożliwi to

Triak przewodzi tylko przez bardzo krótki czas, podczas gdy przebieg prądu przemiennego przemieszcza się przez koniec pół cyklu.

Chociaż pokazany powyżej obwód ściemniacza jest naprawdę łatwy i tani w budowie, zawiera jedno istotne ograniczenie - nie pozwala na płynną kontrolę mocy na obciążeniu od zera do maksimum.

Obracając potencjometr, możemy zauważyć, że prąd obciążenia rośnie dość gwałtownie od zera do niektórych wyższych poziomów, z których tylko wtedy można by było płynnie pracować na wyższych lub niższych poziomach.

W przypadku krótkotrwałego odcięcia zasilania AC i spadku natężenia oświetlenia poniżej tego poziomu „skoku” (histerezy), lampa pozostaje wyłączona nawet po ostatecznym przywróceniu zasilania.

Jak zmniejszyć histerezę

To efekt histerezy można znacznie obniżyć poprzez wdrożenie projektu pokazanego na obwodzie na ryc. 3 poniżej.

Korekta: Wymień 100 uF na 100 uH dla cewki RFI

Ten obwód działa świetnie jako ściemniacz oświetlenia domowego . Wszystkie części można zamontować z tyłu tablicy rozdzielczej naściennej, a jeśli obciążenie spadnie poniżej 200 watów, triak może działać bez użycia radiatora.

Praktycznie 100% brak histerezy jest konieczny w przypadku ściemniaczy światła stosowanych w przedstawieniach orkiestrowych i teatrach, aby umożliwić stałą kontrolę oświetlenia lamp. Ta cecha może zostać osiągnięta poprzez pracę z obwodem pokazanym na rys. 4 poniżej.

Korekta: Wymień 100 uF na 100 uH dla cewki RFI

Wybór mocy triaka

Żarówki pobierają niewiarygodnie duży prąd w okresie, gdy żarnik osiąga temperaturę pracy. To włączyć przepięcie prąd może przekroczyć prąd znamionowy triaka około 10 do 12 razy.

Na szczęście żarówki domowe są w stanie osiągnąć swoją temperaturę roboczą w zaledwie kilku cyklach prądu przemiennego, a ten krótki okres wysokiego prądu jest łatwo absorbowany przez Triac bez żadnych problemów.

Jednak sytuacja może wyglądać inaczej w przypadku scenariuszy oświetlenia teatralnego, w których żarówki o większej mocy potrzebują znacznie więcej czasu, aby osiągnąć swoją temperaturę pracy. W tego typu zastosowaniach triak musi być oceniany na co najmniej 5-krotność typowego maksymalnego obciążenia.

Wahania napięcia w obwodach sterowania fazowego triaka

Każdy z wyświetlonych do tej pory obwodów sterowania fazą triaka jest zależny od napięcia - co oznacza, że ​​ich napięcie wyjściowe zmienia się w odpowiedzi na zmiany wejściowego napięcia zasilania. Tę zależność od napięcia można by wyeliminować stosując diodę Zenera, która jest w stanie stabilizować i utrzymywać napięcie na kondensatorze taktowania na stałym poziomie (rys. 4).

Taka konfiguracja pomaga utrzymać praktycznie stałą moc wyjściową niezależnie od jakichkolwiek znaczących wahań napięcia wejściowego sieci zasilającej. Jest regularnie spotykany w fotografiach i innych zastosowaniach, w których bardzo stabilny i stały poziom światła staje się niezbędny.

Sterowanie lampą fluorescencyjną

Odnosząc się do wszystkich dotychczas wyjaśnionych obwodów sterowania fazami, można było manipulować żarówkami bez żadnych dodatkowych zmian w istniejącym systemie oświetlenia domu.

Ściemnianie lamp fluorescencyjnych może być również możliwe dzięki tego rodzaju kontroli fazy triaka. Gdy temperatura zewnętrzna lampy halogenowej spadnie poniżej 2500 stopni C, cykl regeneracji halogenów przestaje działać.

Może to spowodować osadzanie się żarnika wolframu na ścianie lampy, zmniejszając żywotność żarnika, a także ograniczając przepuszczanie światła przez szkło. Regulację, która jest często stosowana wraz z niektórymi z omówionych powyżej obwodów, pokazano na rys.5

Ta konfiguracja włącza lampy, gdy zapada ciemność, i wyłącza je ponownie o świcie. Konieczne jest, aby fotokomórka widziała światło otoczenia, ale była osłonięta przed kontrolowaną lampą.

Kontrola prędkości silnika

Kontrola fazy triaka umożliwia również regulację prędkość silników elektrycznych . Ogólny rodzaj silnika z uzwojeniem szeregowym mógłby być sterowany przez obwody podobne do tych stosowanych do ściemniania światła.

Jednak, aby zagwarantować niezawodną komutację, kondensator i rezystancja szeregowa muszą być podłączone równolegle do triaka (rys. 6).

Dzięki takiej konfiguracji prędkość silnika może się zmieniać w odpowiedzi na zmiany obciążenia i napięcia zasilania,

Jednak w zastosowaniach, które nie są krytyczne (na przykład sterowanie prędkością wentylatora), w których obciążenie jest ustalane przy dowolnej określonej prędkości, obwód nie będzie wymagał żadnych zmian.

Prędkość silnika, która zwykle, gdy jest wstępnie zaprogramowana, utrzymuje się na stałym poziomie nawet przy zmianach warunków obciążenia, wydaje się być przydatną cechą dla elektronarzędzi, mieszadeł laboratoryjnych, kół garncarskich tokarek zegarmistrzowskich itp. Aby osiągnąć tę funkcję wykrywania obciążenia SCR jest zwykle zawarty w układzie półfalowym (ryc. 7).

Obwód działa całkiem dobrze w ograniczonym zakresie zakres prędkości silnika chociaż może być podatny na „czkawkę” przy niskiej prędkości, a reguła pracy półfalowej hamuje stabilizowaną pracę znacznie powyżej 50% zakresu prędkości. Obwód kontroli fazy z wykrywaniem obciążenia, w którym triak zapewnia sterowanie od zera do maksimum, pokazano na rys.8.

Sterowanie prędkością silnika indukcyjnego

Silniki indukcyjne prędkość może być również kontrolowana za pomocą triaków, chociaż możesz napotkać kilka trudności, szczególnie w przypadku silników z rozruchem fazowym lub kondensatorowym. Zwykle silniki indukcyjne mogą być sterowane między pełną a połową prędkości, pod warunkiem, że nie są one w 100% obciążone.

Temperatura silnika może być wykorzystana jako dość niezawodna wartość odniesienia. Temperatura nigdy nie powinna przekraczać specyfikacji producenta, przy żadnej prędkości.

Po raz kolejny można zastosować ulepszony obwód ściemniacza światła pokazany na rys. 6 powyżej, jednak obciążenie musi być podłączone w innym miejscu, jak pokazano liniami przerywanymi

Zmienne napięcie transformatora poprzez kontrolę fazy

Objaśniony powyżej układ obwodu może być również użyty do regulacji napięcia w uzwojeniu strony pierwotnej transformatora, uzyskując w ten sposób wyjście wtórne o zmiennej częstotliwości.

Ten projekt został zastosowany w różnych kontrolerach lamp mikroskopowych. Zmienne zerowanie zostało zapewnione poprzez wymianę rezystora 47K potencjometrem 100k.

Sterowanie obciążeniami cieplnymi

Różne omówione do tej pory obwody sterowania fazami triaka mogą być stosowane do sterowania obciążeniami typu grzejnika, chociaż kontrolowana temperatura obciążenia może się zmieniać wraz ze zmianami napięcia wejściowego prądu przemiennego i temperatury otoczenia. Obwód kompensujący takie zmienne parametry przedstawiono na rys.10.

Hipotetycznie obwód ten mógłby utrzymywać temperaturę ustabilizowaną w granicach 1% z góry określonego punktu niezależnie od zmian napięcia sieci AC o +/- 10%. Dokładną ogólną wydajność można określić na podstawie struktury i projektu systemu, w którym zastosowano kontroler.

Obwód ten zapewnia kontrolę względną, co oznacza, że ​​całkowita moc jest przekazywana do obciążenia grzewczego, gdy obciążenie zaczyna się nagrzewać, a następnie w pewnym punkcie środkowym moc jest obniżana przez miarę proporcjonalną do różnicy między rzeczywistą temperaturą ładunek i zamierzoną temperaturę ładunku.

Zakres proporcjonalności można zmieniać za pomocą regulacji „wzmocnienia”. Obwód jest prosty, ale skuteczny, jednak ma jedną istotną wadę, która ogranicza jego użycie do zasadniczo lżejszych obciążeń. Ta kwestia dotyczy emisji ciężkich zakłóceń radiowych z powodu przerywania fazy triaka.

Zakłócenia częstotliwości radiowych w systemach kontroli fazy

Wszystkie urządzenia sterujące fazą triaka generują ogromne ilości zakłóceń RF (zakłócenia częstotliwości radiowych lub RFI). Dzieje się to zasadniczo przy niższych i średnich częstotliwościach.

Emisja częstotliwości radiowych jest silnie wychwytywana przez wszystkie pobliskie radia fal średnich, a nawet przez sprzęt audio i wzmacniacze, generując irytujący głośny dzwonek.

To RFI może również wpłynąć na wyposażenie laboratorium badawczego, w szczególności na mierniki pH, powodując nieprzewidywalne działanie komputerów i innych podobnych wrażliwych urządzeń elektronicznych.

Realnym środkiem zaradczym w celu zmniejszenia RFI jest dodanie cewki indukcyjnej RF szeregowo z linią zasilania (oznaczoną jako L1 w obwodach). Odpowiednio zwymiarowany dławik można zbudować, nawijając 40 do 50 zwojów super emaliowanego drutu miedzianego na mały pręt ferrytowy lub dowolny rdzeń ferrytowy.

Może to spowodować indukcyjność ok. 100 uH w znacznym stopniu tłumiąc oscylacje RFI. W celu zwiększenia tłumienia może być istotne, aby zmaksymalizować liczbę zwojów do tak dużej, jak to tylko możliwe, lub indukcyjności do 5 H.

Wada dławika RF

Wadą tego typu obwodu sterującego fazą triaka opartego na cewce RF jest to, że moc obciążenia należy rozpatrywać w zależności od grubości drutu dławika. Aby obciążenie miało być w kilowatach, drut dławika RF musi być dostatecznie gruby, powodując znaczny wzrost wielkości cewki i jej masywność.

Szum RF jest proporcjonalny do mocy obciążenia, dlatego wyższe obciążenia mogą powodować wyższą emisję RF, wymagając bardziej ulepszonego obwodu tłumiącego.

Ten problem może nie być tak poważny dla obciążenia indukcyjne podobnie jak silniki elektryczne, ponieważ w takich przypadkach samo uzwojenie obciążenia osłabia RFI. Kontrola fazy triaka jest również związana z dodatkową kwestią - to jest współczynnik mocy obciążenia.

Może to mieć negatywny wpływ na współczynnik mocy obciążenia i jest to kwestia, którą regulatorzy zasilania traktują dość poważnie.