Väčšina domácich spotrebičov vyžaduje pre svoju činnosť sieťové napájanie. Tento striedavý prúd alebo striedavý prúd sa dodáva spotrebičom prostredníctvom prepínania niektorých výkonových elektronických spínačov. Pre hladký chod bremien je potrebné ovládať Je pripojené napájanie k nim. Toho sa dosiahne zasa riadením spínacej činnosti výkonových elektronických spínačov, ako je SCR.
Dva spôsoby riadenia prepínacej činnosti SCR
- Metóda fázového riadenia : To sa týka riadenia spínania SCR s odkazom na fázu striedavého signálu. Zvyčajne Spustí sa tyristor na 180 stupňov od začiatku striedavého signálu. Alebo inými slovami, pri prechode nulou krivky signálu AC sa na spúšťaciu svorku tyristora privádzajú spúšťacie impulzy. V prípade riadenia striedavého prúdu do SCR sa použitie týchto impulzov oneskoruje predĺžením času medzi impulzmi, čo sa nazýva riadenie oneskorením uhla streľby. Avšak tieto obvody spôsobujú harmonické vyššieho rádu a vytvárajú vysokofrekvenčné RFI a silný nárazový prúd a pri vyšších úrovniach výkonu vyžadujú na zníženie RFI viac filtrov.
- Integrované prepínanie cyklov: Integrované riadenie cyklu je ďalšou metódou používanou na priamu konverziu striedavého prúdu na striedavý prúd, ktorá sa označuje ako prepínanie nuly alebo výber cyklu. Spúšťanie integrálneho cyklu sa týka spínacích obvodov na striedavý prúd a najmä integrovaných striedavých spínacích obvodov s nulovým napätím cyklu. Keď sa na prepínanie používa prepínač nulového napätia, nízky účinník (indukčné zaťaženie), ako je motor alebo výkonový transformátor, spôsobuje prehriatie výkonového transformátora na inžinierskych sieťach. Preto je nasýtenie prúdu záťaže nadmerne vysoké zapínacie prúdy. Iný prístup k prepínaniu nulového napätia integrálneho cyklu zahŕňa použitie relatívne zložitých usporiadaní bistabilných úložných prvkov a logických obvodov, ktoré v skutočnosti počítajú počet polcyklov záťažového prúdu. Prepínanie integrálnych cyklov spočíva v zapnutí napájania na záťaž na celý počet cyklov a potom v vypnutí napájania na ďalší počet integrálnych cyklov. Z dôvodu spínania tyristorov nulovým napätím a nulovým prúdom sa generované harmonické znížia. Pomocou integrálneho prepínania cyklov nie je možné plynulé napätie a frekvencia je premenlivá. Integrálne prepínanie cyklov impulzným spúšťaním tyristorov ako metóda na odstránenie celého cyklu, cyklov alebo častí cyklov striedavého signálu, je dobre známa a stará metóda riadenia striedavého prúdu, najmä pri zaťažení striedavým prúdom. Avšak koncepcia dosiahnutia kradnutia cyklu vlnového napätia pomocou mikrokontroléra môže byť podľa programu napísaného v jazyku Assembly / C veľmi presná. Takže priemerný čas napätia, ktorý je momentálne pri záťaži, je proporcionálne menší, ako keby mal byť k signálu pripojený celý signál.
Jedným z vedľajších účinkov využitia tejto schémy je nerovnováha vo vstupnom prúdovom alebo napäťovom priebehu, pretože cykly sa zapínajú a vypínajú cez záťaž, a preto sú vhodné pre špecifické zaťaženie oproti metóde riadenej uhlom streľby na minimalizáciu THD.
Predtým, ako sa pustíme do príkladov pre jednotlivé typy ovládacích prvkov, poďme si v krátkosti predstaviť detekciu prechodu nulou.
Detekcia nulového kríženia alebo prekročenie nulového napätia
Pod pojmom Zero Voltage Crossing rozumieme bod na krivke striedavého signálu, kde signál pretína nulovú referenciu krivky, alebo inými slovami, kde sa krivka signálu kríži s osou x. Používa sa na meranie frekvencie alebo periódy periodického signálu. Môže sa tiež použiť na generovanie synchronizovaných impulzov, ktoré sa môžu použiť na spustenie hradlového terminálu kremíka riadeného usmerňovača tak, aby sa dirigoval pod uhlom streľby 180 stupňov.
Sínusová vlna má od prírody uzly, kde napätie prechádza cez nulový bod, obracia smer a dokončuje sínusoidu.
Prepínaním striedavého zaťaženia v bode nulového napätia prakticky eliminujeme straty a pnutia vyvolané napätím.
Obvod ZVS alebo ZVR s nulovým krížovým snímaním alebo nulovým napätím
OPAMP používaný pri detekcii prechodu nulou zvyčajne funguje ako komparátor porovnávajúci pulzujúci jednosmerný signál (získaný usmernením striedavého signálu) s referenčným jednosmerným napätím (získaný filtráciou pulzujúceho jednosmerného signálu). Referenčný signál sa privádza do neinvertujúcej svorky, zatiaľ čo pulzujúce napätie sa privádza do invertujúcej svorky.
V prípade, že pulzujúce jednosmerné napätie je menšie ako referenčný signál, na výstupe komparátora sa vygeneruje logicky vysoký signál. Pre každý bod prechodu nulou striedavého signálu sú teda generované impulzy z výstupu detektora prechodu nulou.
Video o detektoroch prechodu nulou
Integrované riadenie spínacieho cyklu (ISCC):
Aby sa odstránili nevýhody integrálneho spínania cyklov a spínania fázového riadenia, používa sa na riadenie vykurovacej záťaže integrované riadenie spínacích cyklov. Obvod ISCC má 3 sekcie. Prvý pozostáva z napájacieho zdroja na napájanie všetkých interných zosilňovačov a napájania energie hradla na výkonové polovodičové zariadenia. Druhá časť pozostáva z detekcie nulového napätia snímaním inštancie nulového napájacieho napätia a poskytuje fázové oneskorenie. V tretej časti je potrebný zosilňovač, ktorý sa zväčšuje riadiaci signál poskytnúť pohon potrebný na zapnutie vypínača. Obvody ISCC pozostávajú z vypalovacieho obvodu a výkonového zosilňovača (FCPA) a napájacieho zdroja na riadenie záťaže.
FCPA pozostáva z hradlových budičov pre tyristor a TRIAC sa v navrhovanom prevedení používa ako napájacie zariadenie. Triak môže viesť prúd v oboch smeroch, keď je zapnutý, a predtým sa mu hovorilo obojsmerný triodový tyristor alebo dvojstranný triodový tyristor. Triac je praktický prepínač pre striedavé obvody, ktorý umožňuje riadenie veľkých tokov energie pomocou miliampérových regulačných prúdov.
Aplikácia integrálneho prepínania cyklov - riadenie priemyselného výkonu pomocou integrovaného prepínania
Túto metódu možno použiť na riadenie striedavého prúdu, najmä pri lineárnych zaťaženiach, ako sú napríklad ohrievače používané v elektrickej peci. V tomto poskytuje mikrokontrolér výstup na základe prerušenia prijatého ako referencia pre generovanie spúšťacích impulzov.
Pomocou týchto spúšťacích impulzov môžeme riadiť optoizolátory na spustenie triaku, aby sme dosiahli integrovanú kontrolu cyklu podľa spínačov, ktoré sú prepojené s mikrokontrolérom. Namiesto motora je poskytnutá elektrická žiarovka na sledovanie jeho fungovania.
Bloková schéma riadenia výkonu pomocou integrálneho prepínania cyklov
Tu sa používa detektor prechodu nulou na zabezpečenie spúšťacích impulzov k hradlovým impulzom tyristora. Aplikácia týchto impulzov je riadená mikrokontrolérom a optoizolátorom. Mikrokontrolér je naprogramovaný tak, aby na pevnú dobu aplikoval impulzy na optoizolátor a potom na ďalšiu pevnú dobu zastavil použitie impulzov. To vedie k úplnej eliminácii niekoľkých cyklov krivky AC signálu aplikovaného na záťaž. Optoizolátor teda riadi tyristor na základe vstupu z mikrokontroléra. Takto je riadený striedavý prúd dodávaný žiarovke.
Aplikácia fázovo riadeného prepínania - programovateľné riadenie striedavého prúdu
Bloková schéma riadenia výkonu metódou fázového riadenia
Táto metóda sa používa na riadenie intenzity žiarovky riadením striedavého prúdu žiarovky. To sa deje oneskorením aplikácie spúšťacích impulzov na TRIAC alebo použitím metódy oneskorenia uhla streľby. Detektor prechodu nulou dodáva impulzy pri každom prechode nulou krivky AC, ktorá sa aplikuje na mikrokontrolér. Mikroprocesor spočiatku dáva tieto impulzy do optoizolátora, ktorý podľa toho spúšťa tyristor bez akéhokoľvek oneskorenia a žiarovka tak svieti plnou intenzitou. Teraz sa pomocou klávesnice prepojenej s mikrokontrolérom aplikuje na mikrokontrolér požadovaná intenzita v percentách a je naprogramovaná tak, aby zodpovedajúcim spôsobom oneskorila aplikáciu impulzov na optoizolátor. Spúšťanie tyristora sa tak oneskorí a podľa toho sa reguluje intenzita žiarovky.
