Většina domácích elektrických spotřebičů vyžaduje pro svůj provoz střídavé napájení. Tento střídavý proud nebo střídavý proud se dodává do spotřebičů přepínáním některých výkonových elektronických spínačů. Pro plynulý provoz břemen je nutné ovládat Napájení střídavým proudem jim. Toho je dosaženo pomocí řízení spínací činnosti výkonových elektronických spínačů, jako je SCR.
Dva způsoby řízení přepínání provozu SCR
- Metoda fázového řízení : To se týká řízení spínání SCR s odkazem na fázi střídavého signálu. Obvykle Tyristor je spuštěn na 180 stupňů od začátku střídavého signálu. Jinými slovy, při nulovém přechodu tvaru vlny střídavého signálu se spouštěcí impulzy aplikují na hradlovou svorku tyristoru. V případě řízení střídavého proudu do SCR se aplikace těchto impulzů zpožďuje prodlužováním času mezi impulsy a toto se nazývá řízení zpožděním úhlu střelby. Tyto obvody však způsobují harmonické vyššího řádu a generují vysokofrekvenční RFI a silný zapínací proud a při vyšších úrovních výkonu vyžadují ke snížení RFI více filtrů.
- Integrované přepínání cyklů: Integrální řízení cyklu je další metoda používaná pro přímou konverzi střídavého proudu na střídavý proud, která se označuje jako přepínání nuly nebo výběr cyklu. Spouštění integrálního cyklu se týká spínacích obvodů se střídavým proudem a zejména s integrovanými střídavými spínacími obvody s nulovým napětím. Pokud je pro spínání použit spínač nulového napětí, nízký účiník (indukční zátěž), jako je motor nebo výkonový transformátor, způsobí přehřátí výkonového transformátoru na veřejných rozvodech. Proto je nasycení proudu zátěže nadměrně vysoké zapínací proudy. Další přístup k přepínání nulového napětí integrálního cyklu zahrnuje použití relativně složitých uspořádání bistabilních úložných prvků a logických obvodů, které ve skutečnosti počítají počet půlcyklů zatěžovacího proudu. Přepínání integrálního cyklu spočívá v zapnutí napájení na zátěž pro celý počet cyklů a poté vypnutí napájení pro další počet integrálních cyklů. Díky spínání tyristorů s nulovým napětím a nulovým proudem se generované harmonické sníží. Pomocí integrovaného přepínání cyklů není možné hladké napětí a frekvence je proměnlivá. Integrované přepínání cyklů spouštěním tyristorů jako metoda odstraňování celého cyklu, cyklů nebo částí cyklů střídavého signálu, je dobře známá a stará metoda řízení střídavého proudu, zejména napříč zátěžemi střídavého proudu. Koncept dosažení krádeže cyklu vlnového napětí pomocí mikrokontroléru však může být podle programu napsaného v jazyce Assembly / C velmi přesný. Takže průměrná doba napětí nebo aktuálně zaznamenaná při zátěži je proporcionálně menší, než kdyby měl být k zátěži připojen celý signál.
Jedním z vedlejších účinků využití tohoto schématu je nevyváženost vstupního proudu nebo napěťové křivky, protože cykly se zapínají a vypínají napříč zátěží, a proto jsou vhodné pro konkrétní zátěže oproti metodě řízené úhlem střelby k minimalizaci THD.
Než se pustíme do příkladů pro každý typ ovládání, pojďme se stručně seznámit s detekcí křížení nuly.
Detekce nulového přechodu nebo překročení nulového napětí
Pod pojmem Zero Voltage Crossing rozumíme bod na křivce střídavého signálu, kde signál prochází nulovou referencí křivky, nebo jinými slovy, kde se křivka signálu protíná s osou x. Používá se k měření frekvence nebo periody periodického signálu. Lze jej také použít ke generování synchronizovaných pulzů, které lze použít ke spuštění hradlového terminálu křemíkově řízeného usměrňovače, aby se dirigoval pod úhlem vypalování 180 stupňů.
Sinusová vlna má od přírody uzly, kde napětí prochází nulovým bodem, obrací směr a dokončuje sinusoidu.
Přepínáním střídavého zatížení v bodě nulového napětí prakticky eliminujeme ztráty a napětí indukované napětím.
Obvod nulového křížového snímání nebo nulového napětí se snímáním ZVS nebo ZVR
OPAMP používaný při detekci křížení nuly obvykle funguje jako komparátor porovnávající pulzující stejnosměrný signál (získaný usměrněním střídavého signálu) s referenčním stejnosměrným napětím (získaný filtrací pulzujícího stejnosměrného signálu). Referenční signál je dán neinvertující svorce, zatímco pulzující napětí je dáno invertující svorce.
V případě, že pulzující stejnosměrné napětí je menší než referenční signál, je na výstupu komparátoru vyvíjen logicky vysoký signál. Proto pro každý bod přechodu nuly střídavého signálu jsou generovány impulsy z výstupu detektoru nulového přechodu.
Video na detektorech nulového přechodu
Integrované řízení spínacího cyklu (ISCC):
Aby se odstranily nevýhody integrálního spínání cyklu a spínání fázového řízení, používá se pro řízení topné zátěže integrované ovládání spínacího cyklu. Obvod ISCC má 3 sekce. První z nich se skládá z napájecího zdroje, který pohání všechny interní zesilovače a dodává energii brány do výkonových polovodičových zařízení. Druhá část sestává z detekce nulového napětí snímáním instance nulového napájecího napětí a poskytuje fázové zpoždění. Ve třetí části je zapotřebí zesilovací stupeň, který se zvětšuje řídicí signál poskytnout jednotku potřebnou k zapnutí hlavního vypínače. Obvody ISCC se skládají z topného obvodu a výkonového zesilovače (FCPA) a napájecího zdroje pro řízení zátěže.
FCPA se skládá z hradlových ovladačů pro tyristor a TRIAC se v navrhovaném provedení používá jako napájecí zařízení. Triak může při zapnutí vést proud v obou směrech a dříve se mu říká obousměrný triodový tyristor nebo oboustranný triodový tyristor. Triac je pohodlný spínač pro střídavé obvody, který umožňuje řízení velkých toků energie pomocí řídicích proudů v měřítku miliampérů.
Aplikace integrálního přepínání cyklu - průmyslová regulace výkonu pomocí integrovaného přepínání
Tuto metodu lze použít k řízení střídavého proudu, zejména u lineárních zátěží, jako jsou ohřívače používané v elektrické peci. V tomto poskytuje mikrokontrolér výstup na základě přerušení přijatého jako reference pro generování spouštěcích impulzů.
Pomocí těchto spouštěcích impulzů můžeme řídit optoizolátory pro spouštění triaku, abychom dosáhli integrální kontroly cyklu podle spínačů, které jsou propojeny s mikrokontrolérem. Místo motoru je poskytována elektrická lampa pro sledování jeho fungování.
Blokové schéma řízení výkonu pomocí integrálního přepínání cyklu
Zde se používá detektor nulového přechodu k poskytování spouštěcích impulzů k hradlovým impulzům tyristoru. Aplikace těchto pulzů je řízena pomocí mikrokontroléru a optoizolátoru. Mikrokontrolér je naprogramován tak, aby na pevnou dobu aplikoval pulsy na optoizolátor a poté zastavil aplikaci pulsů na další pevnou dobu. To má za následek úplné vyloučení několika cyklů průběhu signálu střídavého signálu aplikovaného na zátěž. Optoizolátor podle toho pohání tyristor na základě vstupu z mikrokontroléru. Tím je řízeno střídavé napětí dodávané lampě.
Aplikace fázově řízeného přepínání - programovatelné řízení střídavého proudu
Blokové schéma řízení výkonu metodou fázového řízení
Tato metoda se používá k řízení intenzity lampy řízením střídavého proudu do lampy. To se provádí zpožděním aplikace spouštěcích pulzů na TRIAC nebo metodou zpoždění úhlu střelby. Detektor nulového přechodu dodává impulsy při každém přechodu nulového bodu tvaru vlny AC, který je aplikován na mikrokontrolér. Mikroprocesor zpočátku dává tyto impulsy do optoizolátoru, který podle toho spouští tyristor bez jakéhokoli zpoždění a lampa tak svítí plnou intenzitou. Nyní se pomocí klávesnice propojené s mikrokontrolérem aplikuje na mikrokontrolér požadovaná intenzita v procentech a je naprogramována tak, aby odpovídajícím způsobem zpozdila aplikaci pulsů na optoizolátor. Spuštění tyristoru se tak zpozdí a podle toho se reguluje intenzita lampy.
