Boli preskúmané jednoduché obvody riadenia triakovej fázy

V riadiacom obvode triakovej fázy sa triak spúšťa ZAPNUTÝ iba pre konkrétne časti polovičných cyklov striedavého prúdu, čo spôsobí, že záťaž bude pracovať iba po túto dobu krivky striedavého prúdu. To má za následok riadený prísun energie do záťaže.

Triaky sa populárne používajú ako polovodičová náhrada relé na spínanie vysokovýkonných striedavých záťaží. Existuje však ešte jedna veľmi užitočná vlastnosť triakov, ktorá umožňuje ich použitie ako regulátorov výkonu na riadenie danej záťaže pri požadovaných konkrétnych úrovniach výkonu.

Toto je v zásade implementované pomocou niekoľkých metód: fázové riadenie a prepínanie nulového napätia.

Aplikácia fázového riadenia je obvykle vhodná pre záťaže, ako sú stmievače svetla, elektrické motory, techniky regulácie napätia a prúdu.

Prepínanie nulového napätia je vhodnejšie pre nepokojné záťaže, ako sú žiarovky, ohrievače, spájkovačky, gejzíry atď. Aj keď je možné ich ovládať aj metódou fázového riadenia.

Ako funguje kontrola triakovej fázy

Triak by mohol byť spustený do aktivácie v ktorejkoľvek časti aplikovaného AC polovičného cyklu a bude naďalej vo vodivom režime, až kým polovičný AC cyklus nedosiahne hranicu prechodu nulou.

To znamená, že keď je triak spustený na začiatku každého AC polovičného cyklu, triak by sa v podstate zapol rovnako ako prepínač ON / OFF zapnutý.

Predpokladajme však, že ak sa tento spúšťací signál použije niekde uprostred krivky striedavého cyklu, Triaku by sa umožnilo viesť jednoducho po zvyšnú dobu tohto pol cyklu.

A pretože Triak sa aktivuje iba na polovicu obdobia proporcionálne znižuje výkon dodávaný do záťaže, približne o 50% (obr. 1).

Množstvo energie do záťaže by sa teda dalo riadiť na ľubovoľnej požadovanej úrovni, iba zmenou triakového spúšťacieho bodu na krivke striedavej fázy. Takto funguje fázové riadenie pomocou triaku.

Aplikácia stmievača svetla

TO štandardný obvod stmievača svetla je znázornený na obrázku 2 nižšie. V priebehu každého polovičného cyklu striedavého prúdu sa kondenzátor 0,1 µf nabíja (cez odpor riadiaceho potenciometra), kým sa na jeho vývodoch nedosiahne úroveň napätia 30–32.

Okolo tejto úrovne je spúšťacia dióda (diac) nútená vystreliť, čo spôsobí, že napätie prejde spúšťou cez bránu triaku.

TO neónová lampa sa môžu zamestnať aj namiesto a diakon za rovnakú odpoveď. Čas, ktorý kondenzátor 0,1 μf použije na nabitie až na prahovú hodnotu streľby, závisí od nastavenia odporu riadiaceho potenciometra.

Teraz predpokladajme, že ak potenciometer je nastavený na nulový odpor, spôsobí, že sa kondenzátor okamžite nabije na úroveň výpalu diacu, čo následne spôsobí, že sa dostane do vedenia takmer po celý AC polovičný cyklus.

Na druhej strane, keď je potenciometer nastavený na túto hodnotu, maximálna hodnota odporu môže spôsobiť kondenzátor nabíjať na úroveň streľby iba dovtedy, kým polovičný cyklus takmer nedosiahne svoj konečný bod. Toto umožní

Triak bude viesť iba veľmi krátku dobu, zatiaľ čo krivka striedavého prúdu cestuje cez svoj koniec pol cyklu.

Aj keď vyššie demonštrovaný obvod stmievača je skutočne jednoduchý a jeho konštrukcia je lacná, obsahuje jedno významné obmedzenie - neumožňuje plynulú kontrolu výkonu pri záťaži od nuly po maximum.

Keď otáčame potenciometrom, môžeme zistiť, že prúd záťaže prudko stúpa z nuly na niektoré vyššie úrovne, odkiaľ by sa potom dalo plynulo pracovať iba vo vyšších alebo nižších úrovniach.

V prípade, že dôjde k krátkemu prerušeniu napájania AC a osvetlenie žiarovky klesne pod túto „skokovú“ (hysteréznu) úroveň, žiarovka zostane zhasnutá aj po konečnom obnovení napájania.

Ako znížiť hysteréziu

Toto hysterézny efekt by sa dalo podstatne znížiť implementáciou návrhu, ako je znázornené na obvode na obrázku 3 nižšie.

Oprava: Pre cievku RFI nahraďte 100 uF 100 uH

Tento obvod funguje skvele ako a stmievač svetla pre domácnosť . Všetky diely je možné namontovať na zadnú časť nástenného rozvádzača a v prípade, že je zaťaženie menej ako 200 wattov, mohol by triak fungovať bez závislosti na chladiči.

Pre stmievače svetla používané v orchestrálnych predstaveniach a divadlách je prakticky nevyhnutná 100% absencia hysterézie, aby sa umožnila dôsledná regulácia osvetlenia žiaroviek. Túto vlastnosť je možné dosiahnuť prácou s obvodom zobrazeným na obrázku 4 nižšie.

Oprava: Pre cievku RFI nahraďte 100 uF 100 uH

Výber triakovej sily

Žiarovky priťahujú neuveriteľne veľký prúd počas obdobia, keď vlákno dosiahne svoju prevádzkovú teplotu. Toto zapnúť prepätie prúd môže prekročiť menovitý prúd triaku asi 10 až 12 krát.

Našťastie sú žiarovky pre domácnosť schopné dosiahnuť svoju prevádzkovú teplotu len za pár cyklov striedavého prúdu a toto krátke obdobie vysokého prúdu je triakom ľahko absorbované bez akýchkoľvek problémov.

Situácia však nemusí byť rovnaká pre scenáre divadelného osvetlenia, v ktorých žiarovky s väčším príkonom potrebujú na dosiahnutie svojej pracovnej teploty oveľa dlhší čas. Pre tento typ aplikácií musí byť triak dimenzovaný na minimálne 5-násobok typického maximálneho zaťaženia.

Kolísanie napätia v obvodoch riadenia triakovej fázy

Každý z doteraz zobrazených riadiacich obvodov triakovej fázy je závislý iba od napätia - to znamená, že jeho výstupné napätie sa mení v závislosti od zmien vstupného napájacieho napätia. Táto závislosť na napätí by mohla byť eliminovaná použitím zenerovej diódy, ktorá je schopná stabilizovať a udržiavať napätie na časovacom kondenzátore konštantné (obr. 4).

Toto nastavenie pomáha udržiavať prakticky konštantný výstup bez ohľadu na akékoľvek významné zmeny vstupného napätia striedavého prúdu v sieti. Pravidelne sa vyskytuje vo fotografických a iných aplikáciách, kde je nevyhnutná vysoko stabilná a stála úroveň svetla.

Ovládanie žiarivky

Pokiaľ ide o všetky doposiaľ vysvetlené obvody fázového riadenia, s žiarovkami sa dalo manipulovať bez akýchkoľvek ďalších úprav existujúceho systému domáceho osvetlenia.

Stmievanie žiariviek je možné aj pomocou tohto druhu riadenia triakovej fázy. Keď vonkajšia teplota halogénovej žiarovky klesne pod 2 500 stupňov C, regeneračný halogénový cyklus prestane byť funkčný.

To môže spôsobiť, že sa vlákno volfrám usadzuje na stene žiarovky, čo znižuje životnosť vlákna a tiež obmedzuje prenos osvetlenia sklom. Úprava, ktorá sa často používa spolu s niektorými obvodmi preskúmanými vyššie, je znázornená na obr

Toto nastavenie rozsvieti lampy, keď sa zotmie, a znova ich vypne za úsvitu. Je potrebné, aby fotobunka videla okolité svetlo, ale bola chránená pred žiarovkou, ktorá je ovládaná.

Regulácia otáčok motora

Ovládanie triakovej fázy vám umožňuje tiež upraviť rýchlosť elektromotorov . Všeobecný druh sériovo vinutého motora je možné riadiť obvodmi, podobne ako obvody používané na stmievanie svetla.

Aby sa však zaručila spoľahlivá komutácia, je potrebné paralelne zapojiť kondenzátor a sériový odpor cez triak (obr. 6).

Prostredníctvom tohto nastavenia sa môžu otáčky motora meniť v závislosti od zmien záťaže a napájacieho napätia,

Avšak pre aplikácie, ktoré nie sú kritické (napríklad regulácia otáčok ventilátora) a v ktorých je zaťaženie fixované na danú rýchlosť, nebude obvod vyžadovať žiadne zmeny.

Otáčky motora, ktoré sa zvyčajne predprogramujú a udržujú na konštantnej hodnote aj pri zmenách zaťaženia, sa javia ako užitočná vlastnosť pre elektrické náradie, laboratórne miešadlá, kolesá hodinárov, sústruhy, hrnčiarske kruhy atď. , SCR je zvyčajne zahrnutý v polovlnnom usporiadaní (obr. 7).

Okruh funguje v obmedzenom rozsahu celkom dobre rozsah otáčok motora aj keď môže byť citlivý na „škytavku“ pri nízkej rýchlosti a pravidlo polovičnej vlny brzdí stabilizovaný chod veľmi vysoko nad 50% rozsahom otáčok. Obvod fázového riadenia snímania záťaže, kde triak dodáva úplnú nulu po maximálnu kontrolu, je zobrazený na obr.

Riadenie rýchlosti indukčného motora

Indukčné motory rýchlosť sa dá ovládať aj pomocou triakov, aj keď sa môžete stretnúť s niekoľkými ťažkosťami, najmä ak sa jedná o motory s split-fázou alebo s kondenzátorom. Normálne je možné indukčné motory ovládať medzi plnou a polovičnou rýchlosťou, pretože tieto nie sú 100% zaťažené.

Ako pomerne spoľahlivú referenciu je možné použiť teplotu motora. Teplota by nikdy nemala ísť nad rámec špecifikácií výrobcu a to pri akejkoľvek rýchlosti.

Opäť je možné použiť vylepšený obvod stmievača svetla uvedený na obrázku 6 vyššie, avšak záťaž musí byť pripojená na alternatívnom mieste, ako je to znázornené prerušovanými čiarami.

Meniace sa napätie transformátora prostredníctvom fázového riadenia

Vyššie vysvetlené nastavenie obvodu by sa mohlo tiež použiť na reguláciu napätia v primárnom bočnom vinutí transformátora, čím sa získa sekundárny výstup s premenlivou rýchlosťou.

Tento dizajn sa uplatnil v rôznych radičoch mikroskopov. Nastavením nuly 47K pomocou potenciometra 100k sa získala variabilná nulová sada.

Riadenie vykurovacích nákladov

Rôzne triakové riadiace obvody triakovej fázy, ktoré sa doteraz diskutovali, sa dajú použiť na aplikácie zaťaženia riadeného typu ohrievača, aj keď sa regulovaná teplota záťaže môže meniť so zmenami vstupného striedavého napätia a okolitej teploty. Obvod, ktorý kompenzuje tieto premenlivé parametre, je znázornený na obr.

Hypoteticky by tento obvod mohol udržiavať teplotu stabilizovanú na 1% od vopred určeného bodu bez ohľadu na zmeny sieťového napätia +/- 10%. Presný celkový výkon môže byť určený štruktúrou a dizajnom systému, v ktorom sa používa regulátor.

Tento obvod poskytuje relatívnu kontrolu, čo znamená, že celkový výkon sa dodáva vykurovacej záťaži, keď sa záťaž začína ohrievať, potom sa v určitom strede energie zníži výkon pomocou opatrenia, ktoré je úmerné rozdielu medzi skutočnou teplotou zaťaženie a predpokladaná teplota nákladu.

Proporcionálny rozsah je variabilný pomocou ovládacieho prvku „zisk“. Okruh je priamy, ale efektívny, obsahuje však jednu významnú nevýhodu, ktorá obmedzuje jeho použitie na v podstate menšie zaťaženie. Táto otázka sa týka emisie silného rádiového rušenia v dôsledku prerušenia triakovej fázy.

Vysokofrekvenčné rušenie v systémoch fázového riadenia

Všetky zariadenia na riadenie triakovej fázy vytvárajú veľké množstvo vysokofrekvenčného rušenia (vysokofrekvenčné rušenie alebo RFI). To sa zásadne deje pri nižších a stredných frekvenciách.

Vysokofrekvenčnú emisiu zachytávajú všetky blízke rádiá so strednými vlnami a dokonca aj zvukové zariadenia a zosilňovače, ktoré vytvárajú dráždivý hlasitý zvonivý zvuk.

Táto RFI môže mať vplyv aj na vybavenie výskumných laboratórií, najmä na pH metre, čo má za následok nepredvídateľné fungovanie počítačov a iných podobných citlivých elektronických zariadení.

Realizovateľným prostriedkom na zníženie RFI je pridanie vysokofrekvenčného induktora do série s elektrickým vedením (v obvodoch označené ako L1). Vhodne dimenzovanú tlmivku je možné vytvoriť navinutím 40 až 50 závitov super smaltovaného medeného drôtu na malú feritovú tyč alebo akékoľvek feritové jadro.

To môže vniesť indukčnosť približne. 100 uH do značnej miery potláča oscilácie RFI. Pre zvýšené potlačenie môže byť nevyhnutné maximalizovať počet závitov na čo najvyššiu možnú hodnotu alebo indukčnosti až do 5 H.

Nevýhoda RF tlmivky

Pád tohto typu riadiaceho obvodu triakovej fázy na báze RF cievky spočíva v tom, že je potrebné brať do úvahy výkon záťaže podľa hrúbky tlmivkového drôtu. Pretože záťaž má byť v rozsahu kilowattov, potom musí byť vysokofrekvenčný tlmivkový drôt dostatočne hrubý, čo spôsobí, že veľkosť cievky sa výrazne zvýši a zväčší.

Vysokofrekvenčný šum je úmerný príkonu záťaže, a preto vyššie zaťaženie môže spôsobiť vyššiu vysokofrekvenčnú emisiu, ktorá si vyžaduje lepšie potlačovacie obvody.

Tento problém nemusí byť taký závažný indukčné záťaže ako elektrické motory, pretože v takýchto prípadoch samotné vinutie záťaže zoslabuje RFI. Riadenie triakovej fázy je spojené aj s ďalším problémom - to je činiteľom zaťaženia.

Faktor zaťaženia môže byť negatívne ovplyvnený a je to problém, ktorý regulátory napájania berú dosť vážne.