Прости вериги за управление на фаза триак

В верига за управление на фаза на триак, триакът се задейства ВКЛ само за определени части от полуциклите на променлив ток, което кара товара да работи само за този период от формата на вълната на променлив ток. Това води до контролирано подаване на енергия към товара.

Триаците се използват популярно като полупроводникова подмяна на реле за превключване на AC мощности с висока мощност. Има обаче още една много полезна функция на симисторите, която им позволява да се използват като контролери на мощност, за управление на даден товар при желани специфични нива на мощност.

Това се реализира основно чрез няколко метода: фазов контрол и превключване на нулево напрежение.

Приложението за управление на фазата обикновено е подходящо за товари като димери за светлина, електрически двигатели, техники за регулиране на напрежението и тока.

Превключването на нулево напрежение е по-подходящо за натоварвания с ограничено напрежение, като лампи с нажежаема жичка, нагреватели, поялници, гейзери и др. Въпреки че те могат да бъдат контролирани и чрез метод за фазов контрол.

Как работи фазовият контрол на триак

Триак може да бъде задействан за активиране във всяка част от приложения полупериод на променлив ток и ще продължи да бъде в режим на провеждане, докато полупериодът на променлив ток достигне линията на пресичане на нулата.

Това означава, че когато триак се задейства в началото на всеки полупериод на променлив ток, триакът по същество ще се включи точно като превключвател за включване / изключване.

Да предположим обаче, че ако този задействащ сигнал се използва някъде по средата на формата на вълната на цикъла на променлив ток, на Triac ще бъде позволено да провежда само за остатъчния период от този полуцикъл.

И тъй като Триакът се активира само за половината период пропорционално намалява подаваната към товара мощност с приблизително 50% (фиг. 1).

По този начин, количеството мощност на товара може да се контролира на всяко желано ниво, само чрез промяна на задействащата точка на триак на вълновата форма на променлив ток. Ето как работи фазовият контрол с помощта на триак.

Приложение Light Dimmer

ДА СЕ стандартна схема за димер на светлината е представен на фиг. 2 по-долу. В хода на всеки полупериод на променлив ток 0.1µf кондензаторът се зарежда (чрез съпротивлението на управляващия потенциометър), докато напрежението на пиновете му достигне 30-32.

Около това ниво диодът на спусъка (diac) е принуден да се задейства, причинявайки напрежението да премине през спусъка през портата на симистора.

ДА СЕ неонова лампа може да се използва и вместо дякон за същия отговор. Времето, използвано от 0.1µf кондензатор за зареждане до прага на запалване на диака, зависи от настройката на съпротивлението на управляващия потенциометър.

Сега да предположим, че ако потенциометър е настроен на нулево съпротивление, ще накара кондензаторът да се зареди незабавно до нивото на запалване на diac, което от своя страна ще доведе до преминаване в проводимост за почти целия полупериод на променлив ток.

От друга страна, когато потенциометърът се регулира при него, стойността на максималното съпротивление може да причини кондензатор да се зарежда до нивото на изпичане само докато полуцикълът почти достигне крайната си точка. Това ще позволи на

Триак да провежда само за много кратко време, докато променливата форма на вълната се движи през края на полуцикъла.

Въпреки че демонстрираната по-горе димерна схема наистина е лесна и евтина за изграждане включва едно съществено ограничение - тя не позволява плавен контрол на мощността на товара от нула до максимум.

Докато въртим потенциометъра, може да открием, че токът на натоварване се покачва доста рязко от нула до някои по-високи нива, откъдето това би могло да работи гладко в по-горните или по-ниските нива.

В случай, че захранването за променлив ток е прекъснато за кратко и осветлението на лампата падне под това ниво на „скок“ (хистерезис), лампата остава изключена дори след окончателно възстановяване на захранването.

Как да намалим хистерезиса

Това хистерезисен ефект може да бъде значително намален чрез прилагане на дизайна, както е показано на схемата на Фигура 3 по-долу.

Корекция: Моля, заменете 100 uF със 100 uH за RFI бобината

Тази схема работи чудесно като a домакински димер . Всички части могат да бъдат монтирани в задната част на платката за стенен превключвател и в случай, че натоварването е под 200 вата, Triac може да работи, без да зависи от радиатор.

Практически 100% отсъствие на хистерезис е необходимо за димери за светлина, използвани в оркестрови представления и театри, за да се даде възможност за последователен контрол на осветеността на лампите. Тази функция може да бъде постигната чрез работа с веригата, показана на фиг. 4 по-долу.

Корекция: Моля, заменете 100 uF със 100 uH за RFI бобината

Избор на силата на триак

Крушките с нажежаема жичка изтеглят невероятно голям ток през периода, в който нажежаемата жичка достига работните си температури. Това включете пренапрежение токът може да надмине номиналния ток на симистора с около 10 до 12 пъти.

За щастие битовите крушки могат да достигнат работната си температура само за няколко цикъла на променлив ток и този кратък период на силен ток се абсорбира лесно от Triac без никакви проблеми.

Ситуацията обаче може да не е същата за сценариите на театрално осветление, при които по-големите крушки с мощност изискват много по-дълго време, за да достигнат работната си температура. За такъв тип приложения Triac трябва да бъде оценен най-малко 5 пъти от типичното максимално натоварване.

Колебания на напрежението във вериги за управление на фаза триак

Всяка от показаните досега схеми за управление на фазата на триак зависи от напрежението - което означава, че изходното им напрежение варира в отговор на промените във входното захранващо напрежение. Тази зависимост от напрежението може да бъде елиминирана, като се използва ценеров диод, който е в състояние да стабилизира и поддържа напрежението в кондензатора за синхронизация постоянен (Фиг. 4).

Тази настройка помага да се поддържа практически постоянна мощност, независимо от значителните промени в мрежовото входно напрежение. Редовно се среща във фотографски и други приложения, при които изключително стабилно и фиксирано ниво на светлина става от съществено значение.

Контрол на флуоресцентна лампа

Позовавайки се на всички схеми за фазово управление, обяснени досега, лампите с нажежаема жичка могат да бъдат манипулирани без допълнителни промени в съществуващата система за домашно осветление.

Затъмняването на флуоресцентните лампи също може да бъде възможно чрез този тип триак фазов контрол. Когато външната температура на халогенната лампа падне под 2500 градуса C, регенериращият халогенен цикъл става неактивен.

Това може да доведе до отлагане на нажежаема жичка върху стената на лампата, намалявайки живота на нажежаемата жичка и също така ограничавайки пропускането на осветлението през стъклото. Настройка, която често се използва заедно с някои от веригите, разгледани по-горе, е показана на фиг. 5

Тази настройка включва лампите с настъпването на тъмнината и ги изключва отново призори. Необходимо е фотоклетката да вижда околната светлина, но да бъде защитена от контролираната лампа.

Контрол на скоростта на двигателя

Контролът на фазата на триак също ви позволява да регулирате скорост на електродвигателите . Общият вид серийно намотан двигател може да се управлява чрез вериги, много подобни на тези, прилагани за затъмняване на светлината.

За да се гарантира надеждна комутация, кондензаторът и серийното съпротивление трябва да бъдат закачени паралелно през триака (фиг. 6).

Чрез тази настройка скоростта на двигателя може да варира в отговор на промените в товара и захранващото напрежение,

Въпреки това, за приложения, които не са критични (например контрол на скоростта на вентилатора), при които натоварването е фиксирано при дадена скорост, веригата няма да изисква промени.

Скоростта на двигателя, която обикновено, когато е предварително програмирана, се поддържа постоянна, дори и при промени в условията на натоварване, изглежда полезна характеристика за електрически инструменти, лабораторни бъркалки, часовникарски стругове на грънчарски колела и др. , SCR обикновено се включва в полувълново устройство (фиг. 7).

Веригата работи доста добре в рамките на ограничен обхват на скоростта на двигателя въпреки че може да е уязвим за нискоскоростни „хълцания“ и правилото за работа на полувълни инхибира стабилизираната работа много над 50% обхват на скоростта. На фиг. 8 е показана верига за фазово управление на натоварване, при която Triac доставя пълен нулев до максимален контрол.

Управление на скоростта на асинхронния двигател

Асинхронни двигатели скоростта също може да се контролира с помощта на триаци, въпреки че може да срещнете няколко трудности, особено ако са включени двигатели с разделена фаза или кондензатор. Обикновено асинхронните двигатели могат да се управляват между пълни и половин скорости, като се има предвид, че те не са натоварени на 100%.

Температурата на двигателя може да се използва като доста надеждна референция. Температурата никога не трябва да надхвърля спецификациите на производителя, при каквато и да е скорост.

И все пак, подобрената верига за димер, посочена на фиг. 6 по-горе, може да бъде приложена, но товарът трябва да бъде свързан на алтернативно място, както е показано в пунктираните линии

Вариращо напрежение на трансформатора чрез фазово управление

Обяснената по-горе схема може да се използва и за регулиране на напрежението в първичната странична намотка на трансформатор, като по този начин се получава вторичен изход с променлива скорост.

Този дизайн е приложен в различни контролери за микроскопски лампи. Предоставена е променлива нулева настройка чрез смяна на 47K резистор със 100k потенциометър.

Управление на нагревателни товари

Различните схеми за управление на фаза Triac, обсъждани досега, могат да бъдат приложени за управление на приложения на нагревател от тип нагревател, въпреки че температурата на товара, която се контролира, може да се промени с вариации на входното променливо напрежение и околната температура. Схема, която компенсира такива вариращи параметри, е показана на фиг. 10.

Хипотетично тази схема може да поддържа температурата стабилизирана с точност до 1% от предварително определената точка, независимо от промените в напрежението на променливотоковото напрежение от +/- 10%. Точната цялостна производителност може да се определи от структурата и дизайна на системата, където се прилага контролерът.

Тази верига осигурява относително управление, което означава, че общата мощност се дава на нагряващия товар, когато натоварването започва да се затопля, след това в някаква средна точка мощността се намалява чрез мярка, пропорционална на разликата между действителната температура на натоварването и предвидената температура на натоварване.

Пропорционалният диапазон е променлив чрез контрола за усилване. Веригата е ясна, но ефективна, но включва един съществен недостатък, който ограничава използването й до по-леки товари. Този въпрос се отнася до излъчването на тежки радиосмущения, дължащи се на рязане на фазата на триак.

Радиочестотни смущения в системи за фазово управление

Всички устройства за контрол на фазата на триак предизвикват огромно количество RF смущения (радиочестотни смущения или RFI). Това се случва основно при по-ниски и умерени честоти.

Радиочестотното излъчване се улавя силно от всички близки радиостанции със средни вълни и дори от аудио оборудване и усилватели, генерирайки дразнещ силен звънещ звук.

Този RFI може също да повлияе на лабораторното оборудване на изследователите, особено на рН-метрите, което води до непредсказуемо функциониране на компютри и други подобни чувствителни електронни устройства.

Възможно средство за намаляване на RFI е добавянето на RF индуктор последователно с електропровода (обозначен като L1 във веригите). Дросел с подходящи размери може да бъде изграден чрез навиване на 40 до 50 завъртания от супер емайлирана медна тел върху малка феритна пръчка или която и да е феритна сърцевина.

Това може да въведе индуктивност от прибл. 100 uH потискане на RFI трептенията до голяма степен. За повишено потискане може да е от съществено значение да се увеличи максимално броят на завъртанията до толкова висок, колкото е възможно, или индуктивност до 5 H.

Недостатък на RF дросела

Падането на този тип верига за управление на триазна фаза, базирана на RF намотка, е, че мощността на товара трябва да се вземе предвид според дебелината на проводника на дросела. Тъй като натоварването е предвидено да бъде в киловат диапазон, тогава RF дроселната тел трябва да е достатъчно дебела, което води до значително увеличаване на размера на намотката и обемисти.

РЧ шумът е пропорционален на мощността на натоварването, като по този начин по-високите натоварвания могат да причинят по-високи РЧ емисии, изискващи по-подобрена схема за потискане.

Този проблем може да не е толкова тежък за индуктивни натоварвания като електрическите двигатели, тъй като в такива случаи намотката на товара сама по себе си намалява RFI. Контролът на фазата на триак също е свързан с допълнителен проблем - това е коефициентът на мощност на натоварване.

Коефициентът на мощност на натоварване може да бъде повлиян отрицателно и е въпрос, който регулаторите на захранване разглеждат доста сериозно.