Circuiti di controllo di fase triac semplici esplorati

In un circuito di controllo di fase triac, il triac viene attivato solo per porzioni specifiche dei semicicli CA, facendo sì che il carico funzioni solo per quel periodo della forma d'onda CA. Ciò si traduce in un'alimentazione controllata di potenza al carico.

I triac sono comunemente usati come sostituzione a stato solido del relè per la commutazione di carichi CA ad alta potenza. Tuttavia, c'è un'altra caratteristica molto utile dei triac che consente loro di essere utilizzati come controller di potenza, per controllare un dato carico a livelli di potenza specifici desiderati.

Questo è fondamentalmente implementato attraverso un paio di metodi: controllo di fase e commutazione a tensione zero.

L'applicazione del controllo di fase è normalmente adatta per carichi come dimmer di luce, motori elettrici, tecniche di regolazione della tensione e della corrente.

La commutazione a tensione zero è più appropriata per carichi restitivi come lampade a incandescenza, riscaldatori, saldatori, geyser, ecc. Sebbene questi possano essere controllati anche tramite il metodo di controllo di fase.

Come funziona il controllo di fase del triac

Un Triac può essere attivato in qualsiasi parte di un semiciclo AC applicato e continuerà a essere in modalità di conduzione fino a quando il semiciclo AC non avrà raggiunto la linea di zero crossing.

Ciò significa che quando un triac viene attivato all'inizio di ogni semiciclo AC, il Triac si accenderà essenzialmente proprio come un interruttore ON / OFF, attivato.

Tuttavia, si supponga che se questo segnale di attivazione viene utilizzato da qualche parte a metà della forma d'onda del ciclo CA, il Triac potrebbe condurre semplicemente per il periodo rimanente di quel semiciclo.

E poiché il Il triac si attiva per solo la metà del periodo riduce proporzionalmente la potenza fornita al carico, di circa il 50% (Fig. 1).

Pertanto, la quantità di potenza al carico potrebbe essere controllata a qualsiasi livello desiderato, semplicemente variando il punto di attivazione del triac sulla forma d'onda della fase CA. Ecco come funziona il controllo di fase utilizzando un triac.

Applicazione dimmer leggera

PER circuito dimmer luce standard è presentato nella Fig. 2 di seguito. Nel corso di ogni semiciclo AC il condensatore da 0.1µf viene caricato (attraverso la resistenza del potenziometro di controllo) fino a raggiungere un livello di tensione di 30-32 sui suoi piedini.

Intorno a questo livello il diodo trigger (diac) è costretto a scattare facendo sì che la tensione passi il trigger del gate del triac.

PER lampada al neon può anche essere impiegato al posto di a diacono per la stessa risposta. Il tempo utilizzato dal condensatore da 0,1 µf per caricarsi fino alla soglia di accensione del diac dipende dall'impostazione della resistenza del potenziometro di controllo.

Supponiamo ora che il file potenziometro è regolato su una resistenza zero, farà sì che il condensatore si carichi istantaneamente al livello di accensione del diac, che a sua volta farà entrare in conduzione per quasi l'intero semiciclo CA.

D'altra parte, quando il potenziometro è regolato al valore massimo di resistenza potrebbe causare il condensatore caricare al livello di sparo solo fino a quando il mezzo ciclo non ha quasi raggiunto il suo punto finale. Ciò consentirà a

Triac per condurre solo per un tempo molto breve mentre la forma d'onda AC viaggia attraverso la sua fine del semiciclo.

Sebbene il circuito dimmer dimostrato sopra sia davvero facile ed economico da costruire include una limitazione significativa: non consente un controllo regolare della potenza sul carico da zero al massimo.

Mentre ruotiamo il potenziometro, potremmo scoprire che la corrente di carico sale abbastanza bruscamente da zero ad alcuni livelli più alti da dove questo potrebbe essere azionato solo in modo fluido nei livelli più alto o più basso.

Nel caso in cui l'alimentazione CA venga interrotta brevemente e l'illuminazione della lampada scenda al di sotto di questo livello di 'salto' (isteresi), la lampada rimane spenta anche dopo che l'alimentazione è stata finalmente ripristinata.

Come ridurre l'isteresi

Questo effetto di isteresi potrebbe essere sostanzialmente abbassato implementando il progetto come mostrato nel circuito in Fig 3 sotto.

Correzione: sostituire 100 uF con 100 uH per la bobina RFI

Questo circuito funziona alla grande come un file dimmer luce domestica . Tutte le parti possono essere montate sul retro di un quadro elettrico a muro e nel caso in cui il carico sia inferiore a 200 watt, il Triac potrebbe funzionare senza dipendere da un dissipatore di calore.

Praticamente l'assenza di isteresi del 100% è necessaria per i dimmer della luce utilizzati nelle rappresentazioni orchestrali e nei teatri, per consentire un controllo coerente dell'illuminazione delle lampade. Questa caratteristica può essere ottenuta lavorando con il circuito mostrato nella Fig. 4 sotto.

Correzione: sostituire 100 uF con 100 uH per la bobina RFI

Selezione della potenza del triac

Le lampadine a incandescenza assorbono una corrente incredibilmente grande durante il periodo in cui il filamento raggiunge la sua temperatura operativa. Questo accendere sovratensione la corrente potrebbe superare la corrente nominale del triac di circa 10-12 volte.

Fortunatamente le lampadine domestiche sono in grado di raggiungere la loro temperatura di esercizio in un paio di cicli AC, e questo breve periodo di alta corrente viene facilmente assorbito dal Triac senza problemi.

Tuttavia, la situazione potrebbe non essere la stessa per gli scenari di illuminazione teatrale, in cui le lampadine di maggiore potenza richiedono molto più tempo per raggiungere la loro temperatura di lavoro. Per questo tipo di applicazioni il Triac deve essere valutato a un minimo di 5 volte il carico massimo tipico.

Fluttuazione di tensione nei circuiti di controllo di fase triac

Ciascuno dei circuiti di controllo di fase triac visualizzati finora dipende dalla tensione, il che significa che la loro tensione di uscita varia in risposta alle variazioni della tensione di alimentazione in ingresso. Questa dipendenza dalla tensione potrebbe essere eliminata impiegando un diodo zener in grado di stabilizzare e mantenere costante la tensione ai capi del condensatore di temporizzazione (Fig.4).

Questa configurazione aiuta a mantenere virtualmente un'uscita costante indipendentemente da eventuali variazioni significative della tensione di ingresso CA di rete. Si trova regolarmente in applicazioni fotografiche e in altre applicazioni in cui un livello di luce stabile e fisso diventa essenziale.

Controllo della lampada fluorescente

Facendo riferimento a tutti i circuiti di controllo di fase spiegati finora, le lampade a filamento incandescente potrebbero essere manipolate senza alcuna alterazione aggiuntiva al sistema di illuminazione domestica esistente.

Anche le lampade fluorescenti dimmerabili possono essere possibili tramite questo tipo di controllo di fase triac. Quando la temperatura esterna della lampada alogena scende al di sotto di 2500 gradi C, il ciclo di rigenerazione alogeno diventa non operativo.

Ciò potrebbe causare il deposito del filamento di tungsteno sulla parete della lampada, riducendo la durata del filamento e limitando anche la trasmissione dell'illuminazione attraverso il vetro. Una regolazione che viene spesso impiegata insieme ad alcuni dei circuiti esaminati sopra è mostrata in Fig.5

Questa configurazione accende le lampade quando cala l'oscurità e le spegne di nuovo all'alba. È necessario che la fotocellula veda la luce ambientale ma sia schermata dalla lampada che viene controllata.

Controllo della velocità del motore

Il controllo di fase Triac consente anche di regolare il velocità dei motori elettrici . Il tipo generale di motore avvolto in serie potrebbe essere governato attraverso circuiti molto simili a quelli applicati per l'oscuramento della luce.

Tuttavia, per garantire una commutazione affidabile, un condensatore e una resistenza in serie devono essere collegati in parallelo attraverso il Triac (Fig.6).

Attraverso questa configurazione la velocità del motore può variare in risposta alle variazioni del carico e della tensione di alimentazione,

Tuttavia, per applicazioni non critiche (ad esempio controllo della velocità della ventola), in cui il carico è fissato a una data velocità, il circuito non richiederà alcuna modifica.

La velocità del motore che di solito, quando preprogrammata, viene mantenuta costante anche al variare delle condizioni di carico, sembra essere una caratteristica utile per utensili elettrici, agitatori da laboratorio, tornio da orologiaio, ruote da vasaio, ecc. , un SCR è solitamente incluso in una disposizione a mezza onda (Fig. 7).

Il circuito funziona abbastanza bene entro un limite gamma di velocità del motore sebbene possa essere vulnerabile ai 'singhiozzi' a bassa velocità e la regola di funzionamento a mezza onda inibisce il funzionamento stabilizzato molto al di sopra della gamma di velocità del 50%. Un circuito di controllo di fase con rilevamento del carico in cui un Triac fornisce lo zero completo al controllo massimo è visualizzato in Fig.8.

Controllo della velocità del motore a induzione

Motori a induzione la velocità potrebbe anche essere controllata usando i Triac, anche se potresti incontrare alcune difficoltà, in particolare se sono coinvolti motori di avviamento a fase divisa o condensatori. Normalmente, i motori a induzione potrebbero essere controllati tra la piena e la metà della velocità, dato che non sono caricati al 100%.

La temperatura del motore potrebbe essere utilizzata come riferimento abbastanza affidabile. La temperatura non dovrebbe mai superare le specifiche del produttore, a nessuna velocità.

Ancora una volta, potrebbe essere applicato il circuito dimmer della luce migliorato indicato in Fig.6 sopra, tuttavia il carico deve essere collegato alla posizione alternativa come mostrato nelle linee tratteggiate

Variazione della tensione del trasformatore attraverso il controllo di fase

La configurazione circuitale spiegata sopra potrebbe anche essere usata per regolare la tensione all'interno dell'avvolgimento del lato primario di un trasformatore acquisendo così un'uscita secondaria a velocità variabile.

Questo design è stato applicato in vari controller di lampade per microscopi. È stato fornito un azzeramento variabile cambiando il resistore da 47K con un potenziometro da 100k.

Controllo dei carichi di riscaldamento

I vari circuiti di controllo di fase Triac discussi fino ad ora possono essere applicati per controllare applicazioni di carico di tipo riscaldatore, sebbene la temperatura del carico controllata possa cambiare con le variazioni della tensione CA in ingresso e della temperatura circostante. Un circuito che compensa tali parametri variabili è mostrato in Fig.10.

Ipoteticamente questo circuito potrebbe mantenere la temperatura stabilizzata entro l'1% del punto predeterminato indipendentemente dalle alterazioni della tensione di linea CA del +/- 10%. Le prestazioni complessive precise possono essere determinate dalla struttura e dal design del sistema in cui viene applicato il controller.

Questo circuito fornisce un controllo relativo, il che significa che la potenza totale viene fornita al carico di riscaldamento quando il carico inizia a riscaldarsi, quindi a un certo punto a metà, la potenza viene abbassata attraverso una misura proporzionale alla differenza tra la temperatura effettiva di il carico e la temperatura di carico prevista.

L'intervallo proporzionale è variabile tramite un controllo di 'guadagno'. Il circuito è semplice ma efficace, tuttavia include uno svantaggio significativo che limita il suo utilizzo a carichi sostanzialmente più leggeri. Questo problema riguarda l'emissione di forti interferenze radio, dovute al triac di fase.

Interferenza in radiofrequenza nei sistemi di controllo di fase

Tutti i dispositivi di controllo della fase triac generano enormi quantità di disturbi RF (interferenze in radiofrequenza o RFI). Ciò avviene fondamentalmente a frequenze inferiori e moderate.

L'emissione di radiofrequenze viene rilevata con forza da tutte le radio a onde medie vicine e persino da apparecchiature audio e amplificatori, generando un forte suono fastidioso.

Questa RFI potrebbe anche avere un impatto sulle apparecchiature del laboratorio di ricerca, in particolare i misuratori di pH, determinando un funzionamento imprevedibile di computer e altri dispositivi elettronici sensibili simili.

Un rimedio fattibile per ridurre RFI è aggiungere un induttore RF in serie con la linea di alimentazione (indicata come L1 nei circuiti). È possibile costruire un'induttanza di dimensioni adeguate avvolgendo da 40 a 50 spire di filo di rame super smaltato su una piccola barra di ferrite o su qualsiasi nucleo di ferrite.

Questo può introdurre un'induttanza di ca. 100 uH che sopprimono in larga misura le oscillazioni RFI. Per una maggiore soppressione potrebbe essere essenziale massimizzare il numero di giri al massimo possibile o induttanze fino a 5 H.

Svantaggio di RF Choke

Lo svantaggio di questo tipo di circuito di controllo di fase triac basato su bobina RF è che la potenza del carico deve essere considerata in base allo spessore del filo dell'induttanza. Affinché il carico sia compreso tra i kilowatt, il filo dell'induttanza RF deve essere abbastanza spesso da causare un aumento significativo e ingombrante delle dimensioni della bobina.

Il rumore RF è proporzionale alla potenza del carico, quindi carichi più elevati possono causare emissioni RF più elevate che richiedono circuiti di soppressione più migliorati.

Questo problema potrebbe non essere così grave per carichi induttivi come i motori elettrici, poiché in tali casi l'avvolgimento di carico stesso attenua la RFI. Anche il controllo di fase Triac è coinvolto in un problema aggiuntivo: il fattore di potenza del carico.

Il fattore di potenza del carico può essere influenzato negativamente ed è un problema che i regolatori di alimentazione considerano abbastanza seriamente.