Πώς να ελέγξετε την ισχύ AC;

Οι περισσότερες από τις ηλεκτρικές συσκευές που χρησιμοποιούνται στο σπίτι απαιτούν εναλλασσόμενο ρεύμα για τη λειτουργία τους. Αυτή η τροφοδοσία AC ή AC παρέχεται στις συσκευές μέσω της λειτουργίας εναλλαγής ορισμένων ηλεκτρονικών διακοπτών ισχύος. Για την ομαλή λειτουργία των φορτίων, είναι απαραίτητο να ελέγξετε το Εφαρμόστηκε ισχύς AC σε αυτούς. Αυτό επιτυγχάνεται με τη σειρά του με τον έλεγχο της λειτουργίας μεταγωγής των ηλεκτρονικών διακοπτών ισχύος, όπως ένα SCR.

Δύο μέθοδοι για τον έλεγχο της λειτουργίας μεταγωγής SCR

• Μέθοδος ελέγχου φάσης : Αυτό αναφέρεται στον έλεγχο της μεταγωγής του SCR με αναφορά στη φάση του σήματος AC. Συνήθως, το Το Thyristor ενεργοποιείται στους 180 μοίρες από την αρχή του σήματος AC. Ή με άλλα λόγια στις μηδενικές διασταυρώσεις της κυματομορφής σήματος AC, οι παλμοί ενεργοποίησης εφαρμόζονται στο τερματικό πύλης του θυρίστορ. Στην περίπτωση ελέγχου της ισχύος AC στο SCR, η εφαρμογή αυτών των παλμών καθυστερεί αυξάνοντας το χρόνο μεταξύ των παλμών και αυτό ονομάζεται έλεγχος με καθυστέρηση γωνίας πυροδότησης. Ωστόσο, αυτά τα κυκλώματα προκαλούν αρμονικές υψηλότερης τάξης και παράγουν ραδιοσυχνότητες RFI και έντονο ρεύμα εισόδου και σε μεγαλύτερα επίπεδα ισχύος, απαιτεί περισσότερα φίλτρα για τη μείωση του RFI.

• Ολοκληρωμένη εναλλαγή κύκλου: Ο ολοκληρωμένος έλεγχος κύκλου είναι μια άλλη μέθοδος που χρησιμοποιείται για την άμεση μετατροπή AC σε AC γνωστή ως μηδενική εναλλαγή ή επιλογή κύκλου. Η ενεργοποίηση ολοκληρωμένου κύκλου σχετίζεται με κυκλώματα εναλλαγής εναλλασσόμενου ρεύματος και ιδιαίτερα με κυκλώματα εναλλαγής μηδενικής τάσης ολοκληρωμένου κύκλου. Όταν χρησιμοποιείται ένας διακόπτης μηδενικής τάσης για την αλλαγή ενός συντελεστή χαμηλής ισχύος (επαγωγικό φορτίο) όπως ένας κινητήρας ή ένας μετασχηματιστής ισχύος προκαλεί υπερθέρμανση ενός μετασχηματιστή ισχύος στις γραμμές χρησιμότητας. Ως εκ τούτου, ο κορεσμός του ρεύματος του φορτίου είναι υπερβολικά υψηλό ρεύμα εισόδου. Μία άλλη προσέγγιση για μεταγωγή μηδενικής τάσης ακέραιου κύκλου περιλαμβάνει τη χρήση σχετικά περίπλοκων διατάξεων δι-σταθερών στοιχείων αποθήκευσης και λογικών κυκλωμάτων τα οποία στην ουσία μετρά τον αριθμό των μισών κύκλων ρεύματος φορτίου. Η ολοκληρωμένη εναλλαγή κύκλων συνίσταται στην ενεργοποίηση της τροφοδοσίας για φόρτωση για έναν ακέραιο αριθμό κύκλων και στη συνέχεια τη διακοπή της παροχής για έναν περαιτέρω αριθμό ολοκληρωμένων κύκλων. Λόγω μηδενικής τάσης και εναλλαγής μηδενικού ρεύματος θυρίστορ, οι αρμονικές που δημιουργούνται θα μειωθούν. Η χρήση ολοκληρωμένου κύκλου δεν είναι δυνατή η ομαλή τάση και η συχνότητα είναι μεταβλητή. Ολοκληρωμένη εναλλαγή κύκλου με ενεργοποίηση προτομής θυρίστορ ως μέθοδος αφαίρεσης ολόκληρου κύκλου, κύκλων ή τμημάτων κύκλων σήματος AC, είναι μια πολύ γνωστή και παλιά μέθοδος ελέγχου ισχύος AC, ειδικά σε φορτία θερμαντήρα AC. Ωστόσο, η έννοια της επίτευξης του κύκλου κλοπής της κυματομορφής τάσης με τη χρήση μικροελεγκτή μπορεί να είναι πολύ ακριβής σύμφωνα με το πρόγραμμα που γράφεται στη γλώσσα Assembly / C. Έτσι, ο μέσος χρόνος τάσης ή επί του παρόντος που βιώνεται στο φορτίο είναι αναλογικά μικρότερος από ό, τι εάν ολόκληρο το σήμα πρόκειται να συνδεθεί με το φορτίο.

Μία παρενέργεια της χρήσης αυτού του σχήματος είναι μια ανισορροπία στο ρεύμα εισόδου ή στην κυματομορφή τάσης καθώς οι κύκλοι ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται κατά μήκος του φορτίου, επομένως είναι κατάλληλοι για συγκεκριμένα φορτία σε αντίθεση με την ελεγχόμενη γωνία πυροδότησης μέθοδο για την ελαχιστοποίηση του THD

Πριν πάμε σε παραδείγματα για κάθε τύπο ελέγχου, ας ενημερώσουμε λίγο για την ανίχνευση μηδενικής διέλευσης.

Ανίχνευση μηδενικής διέλευσης ή διέλευση μηδενικής τάσης

Με τον όρο Zero Voltage Crossing εννοούμε το σημείο στην κυματομορφή σήματος AC όπου το σήμα διασχίζει την μηδενική αναφορά της κυματομορφής ή με άλλα λόγια όπου η κυματομορφή σήματος τέμνει με τον άξονα x. Χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της συχνότητας ή της περιόδου ενός περιοδικού σήματος. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία συγχρονισμένων παλμών οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ενεργοποίηση του τερματικού πύλης του ελεγχόμενου ανορθωτή πυριτίου για να το κάνει να λειτουργεί σε γωνία πυροδότησης 180 μοιρών.

Ένα ημιτονοειδές κύμα από τη φύση έχει κόμβους όπου η τάση διασχίζει το μηδέν σημείο, αντιστρέφει την κατεύθυνση και ολοκληρώνει το ημιτονοειδές κύμα.

Αλλάζοντας το φορτίο AC στο σημείο μηδενικής τάσης, ουσιαστικά εξαλείφουμε τις απώλειες και τις τάσεις που προκαλούνται από την τάση.

Zero Cross Sensing ή Zero Voltage Sensing ZVS ή ZVR Circuit

Συνήθως, το OPAMP που χρησιμοποιείται στην ανίχνευση μηδενικής διέλευσης λειτουργεί ως συγκριτής που συγκρίνει το παλμικό σήμα DC (που λαμβάνεται με τη διόρθωση του σήματος AC), με μια τάση DC αναφοράς (που λαμβάνεται με φιλτράρισμα του παλμικού σήματος DC). Το σήμα αναφοράς δίνεται στο μη αναστρέψιμο τερματικό ενώ η παλλόμενη τάση δίνεται στον ακροδέκτη αναστροφής.

Σε περίπτωση που η παλμική τάση DC είναι μικρότερη από το σήμα αναφοράς, ένα λογικό υψηλό σήμα αναπτύσσεται στην έξοδο του συγκριτή. Έτσι, για κάθε σημείο μηδενικής διέλευσης του σήματος AC, οι παλμοί παράγονται από την έξοδο του Zero Crossing Detector.

Ένα βίντεο για ανιχνευτές μηδενικής διέλευσης

Integral Switching Cycle Control (ISCC):

Για την εξάλειψη των μειονεκτημάτων της ολοκληρωμένης εναλλαγής κύκλου και της αλλαγής ελέγχου φάσης, ο ολοκληρωμένος έλεγχος κύκλου μεταγωγής χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του φορτίου θέρμανσης. Το κύκλωμα ISCC έχει 3 τμήματα. Ο πρώτος αποτελείται από ένα τροφοδοτικό που οδηγεί όλους τους εσωτερικούς ενισχυτές και τροφοδοτεί την ενέργεια της πύλης στις συσκευές ημιαγωγών ισχύος. Η δεύτερη ενότητα αποτελείται από ανίχνευση μηδενικής τάσης ανιχνεύοντας την παρουσία μηδενικής τάσης τροφοδοσίας και παρέχει καθυστέρηση φάσης. Στην τρίτη ενότητα, απαιτείται ένα στάδιο ενισχυτή που μεγεθύνεται το σήμα ελέγχου για να παρέχει τη μονάδα που απαιτείται για να ενεργοποιήσετε το διακόπτη λειτουργίας. Τα κυκλώματα ISCC αποτελούνται από κύκλωμα πυρκαγιάς & ενισχυτή ισχύος (FCPA) και τροφοδοτικό για τον έλεγχο του φορτίου.

Το FCPA αποτελείται από οδηγούς πύλης για το θυρίστορ και το TRIAC χρησιμοποιείται ως συσκευές ισχύος στον προτεινόμενο σχεδιασμό. Το Triac μπορεί να εκπέμψει ρεύμα προς οποιαδήποτε κατεύθυνση όταν είναι ενεργοποιημένο και παλαιότερα ονομαζόταν αμφίδρομη θυρίστορ τριόδου ή διμερή θυρίστορ τριόδου. Το Triac είναι ένας βολικός διακόπτης για κυκλώματα AC που επιτρέπει τον έλεγχο μεγάλων ροών ισχύος με ρεύματα ελέγχου κλίμακας milliamp.

Εφαρμογή Integral Cycle Switching - Βιομηχανικός έλεγχος ισχύος από Integral Switching

Αυτή η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο ισχύος AC, ειδικά σε γραμμικά φορτία όπως θερμαντήρες που χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικό φούρνο. Σε αυτό, ο μικροελεγκτής παρέχει την έξοδο με βάση τη διακοπή που λαμβάνεται ως αναφορά για μια γενιά παλμών ενεργοποίησης.

Χρησιμοποιώντας αυτούς τους παλμούς ενεργοποίησης μπορούμε να οδηγήσουμε τους οπτοαπομονωτές για να ενεργοποιήσουν το Triac για να επιτύχουν ολοκληρωμένο έλεγχο κύκλου σύμφωνα με τους διακόπτες που είναι διασυνδεδεμένοι με τον μικροελεγκτή. Στη θέση του κινητήρα παρέχεται ηλεκτρικός λαμπτήρας για την παρατήρηση της λειτουργίας του.

Διάγραμμα μπλοκ ελέγχου ισχύος με ολοκληρωμένη εναλλαγή κύκλων

Εδώ χρησιμοποιείται ένας ανιχνευτής διέλευσης μηδέν για την παροχή παλμών ενεργοποίησης στους παλμούς πύλης του Thyristor. Η εφαρμογή αυτών των παλμών ελέγχεται μέσω ενός μικροελεγκτή και ενός οπτοαπομονωτή. Ο Μικροελεγκτής είναι προγραμματισμένος να εφαρμόζει τους παλμούς στον οπτικοαπολυτήρα για ένα σταθερό χρονικό διάστημα και μετά να σταματά την εφαρμογή παλμών για ένα άλλο σταθερό χρονικό διάστημα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την πλήρη εξάλειψη μερικών κύκλων κυματομορφής σήματος AC που εφαρμόζονται στο φορτίο. Ο οπτοαπομονωτής οδηγεί ανάλογα το θυρίστορ με βάση την είσοδο από τον μικροελεγκτή. Έτσι ελέγχεται η ισχύς AC που δίνεται στη λάμπα.

Εφαρμογή εναλλαγής ελεγχόμενης φάσης - Προγραμματιζόμενος έλεγχος ισχύος AC

Διάγραμμα μπλοκ ελέγχου ισχύος με μέθοδο ελέγχου φάσης

Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της έντασης του λαμπτήρα ελέγχοντας την ισχύ AC στη λάμπα. Αυτό γίνεται καθυστερώντας την εφαρμογή παλμών ενεργοποίησης στο TRIAC ή χρησιμοποιώντας τη μέθοδο καθυστέρησης γωνίας πυροδότησης. Ο ανιχνευτής διέλευσης μηδέν παρέχει παλμούς σε κάθε μηδενική διέλευση της κυματομορφής AC που εφαρμόζεται στον μικροελεγκτή. Αρχικά, ο Μικροελεγκτής δίνει αυτούς τους παλμούς στον οπτοαπομονωτή που ενεργοποιεί συνεπώς τον θυρίστορ χωρίς καθυστέρηση και έτσι η λάμπα ανάβει με πλήρη ένταση. Τώρα χρησιμοποιώντας το πληκτρολόγιο που είναι διασυνδεδεμένο με τον Μικροελεγκτή, η απαιτούμενη ένταση σε ποσοστό εφαρμόζεται στον Μικροελεγκτή και προγραμματίζεται να καθυστερήσει αναλόγως την εφαρμογή παλμών στον οπτικό ρυθμιστή. Έτσι, η ενεργοποίηση του θυρίστορ καθυστερεί και επομένως ελέγχεται η ένταση του λαμπτήρα.