Kako kontrolirati izmjeničnu struju?

Kako kontrolirati izmjeničnu struju?

Većina električnih uređaja koji se koriste kod kuće za svoj rad trebaju izmjeničnu struju. Ova izmjenična ili izmjenična struja daje se uređajima prebacivanjem nekih prekidača za napajanje. Za nesmetan rad tereta potrebno je kontrolirati Primijenjena izmjenična snaga njima. To se zauzvrat postiže upravljanjem preklopnim radom prekidača snage, poput SCR-a.



Dvije metode za upravljanje preklopnim radom SCR-a

  • Metoda kontrole faze : To se odnosi na upravljanje prebacivanjem SCR-a s osvrtom na fazu izmjeničnog signala. Obično, Pokreće se tiristor na 180 stupnjeva od početka izmjeničnog signala. Ili drugim riječima, na nultim križanjima valnog oblika izmjeničnog signala, impulsi okidanja primjenjuju se na terminal vrata tiristora. U slučaju upravljanja izmjeničnom snagom na SCR, primjena ovih impulsa odgađa se povećanjem vremena između impulsa, a to se naziva kontrola odgodom kuta ispaljivanja. Međutim, ti krugovi uzrokuju harmonike višeg reda i generiraju radio frekvenciju RFI i jaku udarnu struju, a pri većim razinama snage zahtijeva više filtara za smanjenje RFI.
  • Integralno prebacivanje ciklusa: Integralna kontrola ciklusa je još jedna metoda koja se koristi za izravnu pretvorbu izmjenične u izmjeničnu struju poznata kao prebacivanje nule ili odabir ciklusa. Pokretanje integralnog ciklusa odnosi se na sklopne krugove izmjenične struje, a posebno na izmjenične sklopne krugove izmjeničnog napona integralnog ciklusa. Kada se prekidač nultog napona koristi za prebacivanje niskog faktora snage (induktivno opterećenje), poput motora ili energetskog transformatora, uzrokuje pregrijavanje energetskog transformatora na vodovima. Stoga je zasićenje struje opterećenja pretjerano visokim udarnim strujama. Sljedeći pristup prebacivanju nultog napona u integralni ciklus uključuje upotrebu relativno složenih rasporeda bi-stabilnih memorijskih elemenata i logičkih krugova koji u stvari broje broj poluciklusa struje opterećenja. Uključivanje integralnog ciklusa sastoji se od uključivanja napajanja za opterećenje tijekom cijelog broja ciklusa, a zatim isključivanja napajanja za daljnji broj integralnih ciklusa. Zbog prebacivanja tiristora na nulti napon i nultu struju, generirani harmoniki će se smanjiti. Korištenje integralnog prebacivanja ciklusa glatkim naponom nije moguće, a frekvencija je promjenjiva. Integralno prebacivanje ciklusa grupnim okidanjem tiristora kao metoda uklanjanja cijelog ciklusa, ciklusa ili dijelova ciklusa izmjeničnog signala, dobro je poznata i stara metoda upravljanja izmjeničnom snagom, posebno među izmjeničnim opterećenjima grijača. Međutim, koncept postizanja krađe ciklusa naponskog oblika pomoću mikrokontrolera može biti vrlo precizan prema programu napisanom na jeziku Assembly / C. Tako da je prosječno vrijeme napona ili trenutno iskusno opterećenje proporcionalno manje nego ako se cijeli signal mora spojiti na opterećenje.

Jedan od nuspojava korištenja ove sheme je neravnoteža u ulaznom toku ili naponu valnog oblika dok se ciklusi uključuju i isključuju na cijelom opterećenju, stoga su prikladni za specifična opterećenja u odnosu na metodu kontroliranu kutom paljenja kako bi se THD sveo na najmanju moguću mjeru.


dva





Prije nego što krenemo u primjere za svaku vrstu upravljanja, ukratko ćemo se upoznati s otkrivanjem presijecanja nule.

Detekcija nul-križanja ili prelazak nultog napona

Pod pojmom prelaz nultog napona podrazumijevamo točku na valnom obliku izmjeničnog signala gdje signal prelazi nultu referencu valnog oblika ili drugim riječima gdje se signalni val presijeca s osi x. Koristi se za mjerenje frekvencije ili razdoblja periodičnog signala. Također se može koristiti za generiranje sinkroniziranih impulsa koji se mogu upotrijebiti za pokretanje vratne stezaljke silicijskog kontroliranog ispravljača kako bi se on ponašao pod kutom paljenja od 180 stupnjeva.



Sinusni val po prirodi ima čvorove u kojima napon prelazi nultu točku, obrće smjer i dovršava sinusni val.

Nulti presjek 1

Prebacivanjem izmjeničnog opterećenja u nultoj naponskoj točki gotovo eliminiramo gubitke i naprezanja uzrokovane naponom.


Zero Cross Sensing ili Zero Voltage Sensing ZVS ili ZVR krug

ZCS vs ZVS

Obično OPAMP koji se koristi u otkrivanju presijecanja nule djeluje kao komparator uspoređujući pulsirajući istosmjerni signal (dobiven ispravljanjem izmjeničnog signala) s referentnim istosmjernim naponom (dobiven filtriranjem pulsirajućeg istosmjernog signala). Referentni signal daje se neinvertirajući priključak, dok se pulsirajući napon daje invertirajući terminal.

U slučaju da je pulsirajući istosmjerni napon manji od referentnog signala, na izlazu komparatora razvija se logički visoki signal. Tako se za svaku točku presijecanja nule izmjeničnog signala generiraju impulsi iz izlaza detektora nultih križanja.

Video o detektorima nultog prijelaza

Integralna kontrola ciklusa prebacivanja (ISCC):

Da bi se uklonili nedostaci integriranog prebacivanja ciklusa i faznog prebacivanja, integralno upravljanje prekidačkim ciklusom koristi se za kontrolu opterećenja grijanja. ISCC krug ima 3 dijela. Prva se sastoji od napajanja za pogon svih unutarnjih pojačala i napajanja vrata vrata u energetske poluvodičke uređaje. Drugi odjeljak sastoji se od otkrivanja nultog napona osjetljivim na slučaj nultog napajanja i pruža fazno kašnjenje. U trećem odjeljku potreban je stupanj pojačala koji se povećava upravljački signal kako bi se osigurao pogon potreban za uključivanje prekidača napajanja. ISCC krugovi sastoje se od kruga za paljenje i pojačala snage (FCPA) i napajanja za kontrolu opterećenja.

FCPA se sastoji od pogonskih sklopova za tiristore, a TRIAC se koristi kao pogonski uređaj u predloženom dizajnu. Triac može provoditi struju u bilo kojem smjeru kad je uključen, a ranije se naziva dvosmjerni triodni tiristor ili dvostrani triodni tiristor. Triac je prikladan prekidač za izmjenične krugove koji omogućuje kontrolu velikih protoka snage upravljačkim strujama skale od milliampa.

Primjena integralnog prebacivanja ciklusa - industrijsko upravljanje snagom integriranim prebacivanjem

Ova se metoda može koristiti za upravljanje izmjeničnom snagom, posebno kod linearnih opterećenja, poput grijača koji se koriste u električnoj peći. U ovom slučaju, mikrokontroler isporučuje izlaz temeljen na prekidu primljenom kao referenca za generaciju okidačkih impulsa.

Korištenjem ovih okidačkih impulsa možemo pokretati optoizolatore za okidanje Triaca kako bismo postigli integriranu kontrolu ciklusa prema prekidačima koji su povezani s mikrokontrolerom. Umjesto motora predviđena je električna svjetiljka za promatranje njezinog funkcioniranja.

Blok dijagram upravljanja napajanjem integriranim prebacivanjem ciklusa

Blok dijagram upravljanja napajanjem integriranim prebacivanjem ciklusa

Ovdje se koristi detektor prelaska nule za pružanje impulsa za aktiviranje impulsa vrata tiristora. Primjena ovih impulsa kontrolira se putem mikrokontrolera i optičkog izolatora. Mikrokontroler je programiran da primjenjuje impulse na optički izolator određeno vrijeme, a zatim zaustavlja primjenu impulsa još određeno vrijeme. To rezultira potpunom eliminacijom nekoliko ciklusa valnog oblika izmjeničnog signala primijenjenog na opterećenje. Optoizolator sukladno tome pokreće tiristor na temelju ulaza iz mikrokontrolera. Tako se kontrolira izmjenična snaga koja se daje lampi.

Primjena fazno kontroliranog prebacivanja - programabilna kontrola izmjeničnog napajanja

Blok dijagram kontrole napajanja metodom fazne kontrole

Blok dijagram kontrole napajanja metodom fazne kontrole

Ova se metoda koristi za kontrolu jačine žarulje upravljanjem izmjeničnom snagom žarulje. To se postiže odgodom primjene impulsa okidanja na TRIAC ili metodom odgode kuta pucanja. Detektor presijecanja nule opskrbljuje impulsima na svakom prijelazu nule izmjeničnog valnog oblika koji se primjenjuje na mikrokontroler. U početku mikrokontroler daje te impulse optoizolatoru koji u skladu s tim bez ikakvog odgađanja pokreće tiristor, a samim time žarulja svijetli punim intenzitetom. Sada se pomoću tipkovnice povezane s mikrokontrolerom na mikrokontroler primjenjuje potreban postotni intenzitet i on je programiran da u skladu s tim odgodi primjenu impulsa na optički izolator. Tako se aktiviranje tiristora odgađa i u skladu s tim kontrolira se intenzitet žarulje.