La maggior parte degli apparecchi elettrici utilizzati in casa richiede alimentazione CA per il loro funzionamento. Questa alimentazione CA o CA viene fornita agli apparecchi tramite l'operazione di commutazione di alcuni interruttori elettronici di alimentazione. Per un buon funzionamento dei carichi, è necessario controllare il Alimentazione CA applicata a loro. Ciò si ottiene a sua volta controllando l'operazione di commutazione degli interruttori elettronici di potenza, come un SCR.
Due metodi per controllare il funzionamento di commutazione di SCR
- Metodo di controllo di fase : Si riferisce al controllo della commutazione dell'SCR con riferimento alla fase del segnale AC. Di solito, il file Il tiristore viene attivato a 180 gradi dall'inizio del segnale AC. O, in altre parole, ai passaggi per lo zero della forma d'onda del segnale CA, gli impulsi di attivazione vengono applicati al terminale di gate del tiristore. Nel caso di controllo dell'alimentazione CA all'SCR, l'applicazione di questi impulsi viene ritardata aumentando il tempo tra gli impulsi e questo è chiamato controllo mediante ritardo dell'angolo di accensione. Tuttavia, questi circuiti causano armoniche di ordine superiore e generano RFI in radiofrequenza e forti correnti di spunto e, a livelli di potenza maggiori, sono necessari più filtri per ridurre RFI.
- Commutazione del ciclo integrale: Il controllo del ciclo integrale è un altro metodo utilizzato per la conversione diretta da CA a CA noto come commutazione zero o selezione del ciclo. L'attivazione del ciclo integrale si riferisce a circuiti di commutazione a corrente alternata e in particolare ai circuiti di commutazione alternata a tensione zero del ciclo integrale. Quando un interruttore a tensione zero viene utilizzato per commutare un fattore di potenza basso (carico induttivo) come un motore o un trasformatore di potenza, si provoca il surriscaldamento di un trasformatore di potenza sulle linee di alimentazione. Quindi la saturazione della corrente del carico è correnti di spunto eccessivamente elevate. Un altro approccio alla commutazione della tensione zero a ciclo integrale implica l'uso di disposizioni relativamente complesse di elementi di memoria bistabili e circuiti logici che in effetti contano il numero di semicicli della corrente di carico. La commutazione del ciclo integrale consiste nell'accendere l'alimentazione al carico per un numero intero di cicli e quindi disattivare l'alimentazione per un ulteriore numero di cicli integrali. A causa della tensione zero e della commutazione a corrente zero dei tiristori, le armoniche generate saranno ridotte. Non è possibile utilizzare una tensione regolare di commutazione a ciclo integrale e la frequenza è variabile. La commutazione del ciclo integrale mediante l'attivazione del busto dei tiristori come metodo per rimuovere l'intero ciclo, cicli o parti di cicli di un segnale CA, è un metodo ben noto e vecchio di controllo dell'alimentazione CA, in particolare attraverso i carichi del riscaldatore CA. Tuttavia, il concetto di ottenere il ciclo di furto della forma d'onda di tensione mediante l'uso del microcontrollore può essere molto preciso come da programma scritto in linguaggio Assembly / C. In modo che il tempo medio di tensione o attualmente sperimentato al carico sia proporzionalmente inferiore rispetto a quando l'intero segnale deve essere collegato al carico.
Un effetto collaterale dell'utilizzo di questo schema è uno squilibrio nella forma d'onda della corrente o della tensione in ingresso poiché i cicli vengono attivati e disattivati attraverso il carico, quindi sono adatti per carichi specifici rispetto al metodo controllato dall'angolo di accensione per ridurre al minimo il THD.
Prima di entrare negli esempi per ciascun tipo di controllo, illustriamo brevemente il rilevamento del passaggio per lo zero.
Rilevamento del passaggio per lo zero o passaggio per la tensione zero
Con il termine Zero Voltage Crossing si intende il punto sulla forma d'onda del segnale CA in cui il segnale attraversa il riferimento zero della forma d'onda o in altre parole dove la forma d'onda del segnale si interseca con l'asse x. Viene utilizzato per misurare la frequenza o il periodo di un segnale periodico. Può anche essere utilizzato per generare impulsi sincronizzati che possono essere utilizzati per attivare il terminale di gate del raddrizzatore controllato al silicio per farlo condurre a un angolo di accensione di 180 gradi.
Un'onda sinusoidale per natura ha nodi in cui la tensione attraversa il punto zero, inverte la direzione e completa l'onda sinusoidale.
Commutando il carico CA al punto di tensione zero, eliminiamo virtualmente le perdite e le sollecitazioni indotte dalla tensione.
Circuito ZVS o ZVR con rilevamento a croce zero o rilevamento a tensione zero
Di solito, l'OPAMP utilizzato nel rilevamento del passaggio per lo zero funziona come un comparatore confrontando il segnale CC pulsante (ottenuto rettificando il segnale CA), con una tensione CC di riferimento (ottenuta filtrando il segnale CC pulsante). Il segnale di riferimento è dato al terminale non invertente mentre la tensione pulsante è data al terminale invertente.
Nel caso in cui la tensione continua pulsante sia inferiore al segnale di riferimento, viene sviluppato un segnale logico alto all'uscita del comparatore. Pertanto, per ogni punto di passaggio per lo zero del segnale CA, vengono generati impulsi dall'uscita del rilevatore di passaggio per lo zero.
Un video sui rilevatori di passaggio per lo zero
Controllo integrale del ciclo di commutazione (ISCC):
Per eliminare gli svantaggi della commutazione del ciclo integrale e della commutazione del controllo di fase, il controllo del ciclo di commutazione integrale viene utilizzato per il controllo del carico di riscaldamento. Il circuito ISCC ha 3 sezioni. Il primo consiste in un alimentatore per pilotare tutti gli amplificatori interni e alimentare l'energia del gate ai dispositivi semiconduttori di potenza. La seconda sezione consiste nel rilevamento della tensione zero rilevando l'istanza della tensione di alimentazione zero e fornisce un ritardo di fase. Nella terza sezione, è necessario uno stadio amplificatore che ingrandisca il segnale di controllo per fornire l'unità necessaria per accendere l'interruttore di alimentazione. I circuiti ISCC sono costituiti da circuito di accensione e amplificatore di potenza (FCPA) e alimentatore per il controllo del carico.
FCPA è costituito da gate driver per tiristori e TRIAC è utilizzato come dispositivi di alimentazione nel progetto proposto. Il triac può condurre corrente in entrambe le direzioni quando è acceso ed è precedentemente chiamato tiristore triodo bidirezionale o tiristore triodo bilaterale. Triac è un comodo interruttore per circuiti CA che consente il controllo di grandi flussi di potenza con correnti di controllo in scala milliampere.
Un'applicazione della commutazione a ciclo integrale - Controllo della potenza industriale mediante commutazione integrale
Questo metodo può essere utilizzato per controllare l'alimentazione CA, in particolare attraverso carichi lineari come i riscaldatori utilizzati in un forno elettrico. In questo, il microcontrollore fornisce l'uscita basata sull'interruzione ricevuta come riferimento per una generazione di impulsi di attivazione.
Usando questi impulsi di attivazione possiamo pilotare gli optoisolatori per l'attivazione del Triac per ottenere il controllo del ciclo integrale come per gli interruttori che sono interfacciati con il microcontrollore. Al posto del motore è prevista una lampada elettrica per l'osservazione del suo funzionamento.
Diagramma a blocchi del controllo della potenza mediante commutazione a ciclo integrale
Qui un rilevatore di zero crossing viene utilizzato per fornire impulsi di attivazione agli impulsi di gate del tiristore. L'applicazione di questi impulsi è controllata tramite un microcontrollore e un optoisolatore. Il microcontrollore è programmato per applicare gli impulsi all'optoisolatore per un periodo di tempo fisso e quindi interrompere l'applicazione degli impulsi per un altro periodo di tempo fisso. Ciò si traduce nella completa eliminazione di alcuni cicli della forma d'onda del segnale CA applicata al carico. L'optoisolatore controlla di conseguenza il tiristore in base all'ingresso dal microcontrollore. In questo modo viene controllata l'alimentazione CA fornita alla lampada.
Un'applicazione della commutazione a controllo di fase - Controllo dell'alimentazione CA programmabile
Diagramma a blocchi del controllo della potenza in base al metodo di controllo della fase
Questo metodo viene utilizzato per controllare l'intensità della lampada controllando l'alimentazione CA alla lampada. Ciò viene fatto ritardando l'applicazione degli impulsi di attivazione al TRIAC o utilizzando il metodo del ritardo dell'angolo di accensione. Il rilevatore di zero crossing fornisce impulsi ad ogni zero crossing della forma d'onda CA applicata al microcontrollore. Inizialmente, il microcontrollore fornisce questi impulsi all'optoisolatore che di conseguenza fa scattare il tiristore senza alcun ritardo e quindi la lampada si illumina a piena intensità. Ora utilizzando la tastiera interfacciata con il Microcontrollore, l'intensità in percentuale richiesta viene applicata al Microcontrollore ed è programmato per ritardare di conseguenza l'applicazione degli impulsi all'optoisolatore. Così l'attivazione del tiristore viene ritardata e di conseguenza viene controllata l'intensità della lampada.
