Повечето електрически уреди, използвани у дома, се нуждаят от променливотоково захранване за своята работа. Тази променлива мощност или променлив ток се дава на уредите чрез операцията на превключване на някои силови електронни превключватели. За безпроблемна работа на натоварванията е необходимо да се контролира Приложено променливотоково захранване на тях. Това се постига от своя страна чрез контролиране на превключването на силовите електронни ключове, като SCR.
Два метода за управление на комутационната работа на SCR
- Метод за фазов контрол : Това се отнася до управление на превключването на SCR с препратка към фазата на променливотоковия сигнал. Обикновено Тиристорът се задейства на 180 градуса от началото на променливотоковия сигнал. Или с други думи при нулевите пресичания на формата на вълната на променливотоковия сигнал, задействащите импулси се подават към терминала на затвора на тиристора. В случай на управление на променливотоковото захранване към SCR, прилагането на тези импулси се забавя чрез увеличаване на времето между импулсите и това се нарича управление чрез забавяне на ъгъла на стрелба. Тези схеми обаче причиняват хармоници от по-висок порядък и генерират радиочестотни RFI и силен пусков ток, а при по-големи нива на мощност се изискват повече филтри за намаляване на RFI.
- Интегрално превключване на цикъла: Интегралният контрол на цикъла е друг метод, използван за директно преобразуване на AC в AC, известен като нулево превключване или избор на цикъл. Включването на интегрален цикъл се отнася до веригите за превключване на променлив ток и по-специално до веригите за променливо превключване с нулево напрежение на интегралния цикъл. Когато се използва превключвател за нулево напрежение за превключване на нисък коефициент на мощност (индуктивен товар), като двигател или силов трансформатор, причинява прегряване на силов трансформатор на електропроводите. Следователно насищането на тока на товара е прекомерно високи пускови токове. Друг подход към превключването на нулево напрежение с интегрален цикъл включва използването на относително сложни устройства на бистабилни елементи за съхранение и логически вериги, които всъщност отчитат броя на полуциклите на тока на товара. Включването на интегрален цикъл се състои от включване на захранването за натоварване за цял брой цикли и след това изключване на захранването за допълнителен брой интегрални цикли. Поради нулевото превключване на напрежението и нулевия ток на тиристорите, генерираните хармоници ще бъдат намалени. Използването на интегрално превключване на цикъла гладко напрежение не е възможно и честотата е променлива. Интегралното превключване на цикъла чрез задействане на тиристори чрез бюст като метод за премахване на целия цикъл, цикли или части от цикли на променлив сигнал е добре познат и стар метод за управление на променливотоковото захранване, особено при натоварвания на нагреватели с променлив ток. Концепцията за постигане на кражба на цикъла на формата на вълната на напрежение чрез използване на микроконтролер може да бъде много точна според програмата, написана на езика Assembly / C. Така че средното време на напрежение или изпитваното в момента натоварване е пропорционално по-малко, отколкото ако целият сигнал трябва да бъде свързан към товара.
Единият страничен ефект от използването на тази схема е дисбаланс във формата на вълната на входния ток или напрежение, тъй като циклите се включват и изключват в натоварването, поради което те са подходящи за специфични натоварвания спрямо метода, контролиран от ъгъла на стрелба, за да се сведе до минимум THD.
Преди да влезем в примери за всеки тип контрол, нека разкажем малко за откриването на пресичане на нула.
Откриване на нулево пресичане или пресичане на нулево напрежение
Под термина Zero Voltage Crossing имаме предвид точката на сигнала на променлив ток, където сигналът пресича нулевата референция на формата на вълната или с други думи, където сигналната форма на вълната се пресича с оста x. Използва се за измерване на честотата или периода на периодичен сигнал. Той може да се използва и за генериране на синхронизирани импулси, които могат да се използват за задействане на порталния терминал на Силиконовия контролиран токоизправител, за да го накара да работи под ъгъл на стрелба 180 градуса.
Синусоидалната вълна по природа има възли, където напрежението пресича нулевата точка, обръща посоката и завършва синусоидалната вълна.
Чрез превключване на променливотоковото натоварване в точката с нулево напрежение ние практически елиминираме предизвиканите от напрежението загуби и напрежения.
Нулева кръстосана чувствителност или верига на нулево напрежение ZVS или ZVR
Обикновено OPAMP, използван при откриване на пресичане на нула, работи като компаратор, сравняващ пулсиращия DC сигнал (получен чрез коригиране на AC сигнала), с референтно DC напрежение (получено чрез филтриране на пулсиращия DC сигнал). Референтният сигнал се подава към неинвертиращия терминал, докато пулсиращото напрежение се подава към инвертиращия терминал.
В случай, че пулсиращото постояннотоково напрежение е по-малко от еталонния сигнал, на изхода на компаратора се развива логически висок сигнал. По този начин за всяка точка на пресичане на нулата на променливотоковия сигнал се генерират импулси от изхода на нулевия кръстосан детектор.
Видео за детектори за нулево преминаване
Интегрален контрол на цикъла на превключване (ISCC):
За отстраняване на недостатъците на интегралното превключване на цикъла и превключването на фазата се използва интегрално управление на цикъла на превключване за управление на нагряващия товар. Веригата ISCC има 3 секции. Първият се състои от захранване за задвижване на всички вътрешни усилватели и захранване на енергията на портата към силовите полупроводникови устройства. Вторият раздел се състои от откриване на нулево напрежение чрез засичане на екземпляра на нулево захранващо напрежение и осигурява фазово забавяне. В третия раздел е необходим усилвател, който увеличава контролния сигнал за осигуряване на устройството, необходимо за включване на превключвателя на захранването. Веригите ISCC се състоят от верига за задействане и усилвател на мощността (FCPA) и захранване за управление на товара.
FCPA се състои от задвижващи устройства за тиристори и TRIAC се използва като захранващи устройства в предложения дизайн. Триак може да провежда ток в двете посоки, когато е включен и по-рано се нарича двупосочен триоден тиристор или двустранен триоден тиристор. Triac е удобен превключвател за променливотокови вериги, който позволява управлението на големи мощни потоци с управляващи токове в мащаб милиампера.
Приложение на интегрално превключване на цикъла - Индустриално управление на мощността чрез интегрално превключване
Този метод може да се използва за управление на променливотоковото захранване, особено при линейни товари, като нагреватели, използвани в електрическа пещ. При това микроконтролерът доставя изхода въз основа на прекъсване, получено като еталон за генериране на задействащи импулси.
Използвайки тези задействащи импулси, ние можем да задвижваме оптоизолаторите за задействане на триака, за да постигнем интегрално управление на цикъла според превключвателите, които са свързани с микроконтролера. На мястото на мотора е предвидена електрическа лампа за наблюдение на неговото функциониране.
Блок-схема на управление на мощността чрез интегрално превключване на цикъла
Тук се използва детектор за пресичане на нула за подаване на задействащи импулси към импулсите на затвора на тиристора. Прилагането на тези импулси се контролира чрез микроконтролер и оптоизолатор. Микроконтролерът е програмиран да прилага импулси към оптоизолатора за фиксиран период от време и след това да спира прилагането на импулси за друг фиксиран период от време. Това води до пълно елиминиране на няколко цикъла на сигнала на променлив ток, приложени към товара. Оптоизолаторът съответно задвижва тиристора въз основа на входа от микроконтролера. По този начин се контролира променливотоковата мощност, подавана на лампата.
Приложение на фазово контролирано превключване - Програмируемо управление на променливотоковото захранване
Блокова диаграма на контрола на мощността чрез метод за фазов контрол
Този метод се използва за контрол на интензитета на лампата чрез контролиране на променливотоковото захранване на лампата. Това се прави чрез забавяне на прилагането на задействащи импулси към TRIAC или чрез използване на метода за забавяне на ъгъла на стрелба. Детекторът за нулево пресичане подава импулси при всяко нулево пресичане на променливотоковата форма, която се прилага към микроконтролера. Първоначално микроконтролерът подава тези импулси към оптоизолатора, който съответно задейства тиристора без никакво забавяне и по този начин лампата свети с пълна интензивност. Сега, използвайки клавиатурата, свързана с микроконтролера, необходимият интензитет в проценти се прилага към микроконтролера и той е програмиран да забави прилагането на импулси към оптоизолатора. По този начин задействането на тиристора се забавя и съответно се контролира интензивността на лампата.
