Hoe de wisselstroom te regelen?

De meeste elektrische apparaten die thuis worden gebruikt, hebben wisselstroom nodig voor hun werking. Deze wisselstroom of wisselstroom wordt aan de apparaten gegeven door de schakelwerking van sommige vermogenselektronische schakelaars. Voor een soepele werking van de belastingen is het noodzakelijk om de Wisselstroom toegepast naar hen. Dit wordt op zijn beurt bereikt door de schakelwerking van de vermogenselektronische schakelaars, zoals een SCR, te regelen.

Twee methoden om de schakelwerking van SCR te regelen

• Fasecontrolemethode : Dit verwijst naar het besturen van het schakelen van de SCR met verwijzing naar de fase van het AC-signaal. Meestal is de Thyristor wordt geactiveerd op 180 graden vanaf het begin van het AC-signaal. Of met andere woorden, op de nuldoorgangen van de wisselspanningssignaalgolfvorm worden triggeringimpulsen toegevoerd aan de poortaansluiting van de thyristor. In het geval van het regelen van het wisselstroomvermogen naar de SCR, wordt het aanleggen van deze pulsen vertraagd door de tijd tussen de pulsen te verlengen en dit wordt de regeling door afvuurhoekvertraging genoemd. Deze circuits veroorzaken echter harmonischen van hogere orde en genereren radiofrequente RFI en zware inschakelstroom en bij grotere vermogensniveaus zijn meer filters nodig om RFI te verminderen.

• Integrale cyclusomschakeling: Integrale cycluscontrole is een andere methode die wordt gebruikt voor directe conversie van AC naar AC, bekend als nulschakeling of cyclusselectie. Integrale cyclusactivering heeft betrekking op wisselstroomschakelcircuits en in het bijzonder op nulspanningswisselcircuits met integrale cyclus. Wanneer een nulspanningsschakelaar wordt gebruikt voor het schakelen van een lage arbeidsfactor (inductieve belasting), zoals een motor of vermogenstransformator, veroorzaakt dit oververhitting van een vermogenstransformator op de nutsleidingen. Daarom is de verzadiging van de stroom van de belasting te hoge inschakelstromen. Een andere benadering van nulspanningsomschakeling met integrale cyclus omvat het gebruik van relatief complexe opstellingen van bi-stabiele opslagelementen en logische schakelingen die in feite het aantal halve cycli van belastingsstroom tellen. Integrale cyclusomschakeling bestaat uit het inschakelen van de voeding naar de belasting voor een geheel aantal cycli en vervolgens het uitschakelen van de voeding voor een volgend aantal integrale cycli. Vanwege nulspanning en nulstroomschakeling van thyristors, zullen de gegenereerde harmonischen worden verminderd. Het gebruik van een gelijkmatige spanning met integrale cyclus is niet mogelijk en de frequentie is variabel. Integrale cyclusomschakeling door buste triggering van thyristors als een methode om de hele cyclus, cycli of delen van cycli van een AC-signaal te verwijderen, is een bekende en oude methode om wisselstroom te regelen, vooral over AC-verwarmingsbelastingen. Het concept van het bereiken van de cyclusstelen van de spanningsgolfvorm door middel van een microcontroller kan echter zeer nauwkeurig zijn volgens het programma dat is geschreven in de Assembly / C-taal. Zodat de gemiddelde spanningstijd of die momenteel wordt ervaren bij de belasting proportioneel kleiner is dan wanneer het volledige signaal op de belasting moet worden aangesloten.

Een neveneffect van het gebruik van dit schema is een onbalans in de ingangsstroom of spanningsgolfvorm wanneer de cycli over de belasting worden in- en uitgeschakeld, daarom zijn ze geschikt voor specifieke belastingen in tegenstelling tot de afvuurhoekgestuurde methode om THD te minimaliseren.

Voordat we voorbeelden voor elk type controle bespreken, willen we eerst kort iets vertellen over nuldoorgangsdetectie.

Zero-Crossing Detection of Zero Voltage Crossing

Met de term Zero Voltage Crossing bedoelen we het punt op de AC-signaalgolfvorm waar het signaal de nulreferentie van de golfvorm kruist of met andere woorden waar de signaalgolfvorm de x-as snijdt. Het wordt gebruikt om de frequentie of periode van een periodiek signaal te meten. Het kan ook worden gebruikt om gesynchroniseerde pulsen te genereren die kunnen worden gebruikt om de poortaansluiting van de Silicon Controlled Rectifier te activeren om deze te laten geleiden onder een afvuurhoek van 180 graden.

Een sinusgolf heeft van nature knooppunten waar de spanning het nulpunt kruist, van richting verandert en de sinusgolf voltooit.

Door de AC-belasting op het nulspanningspunt te schakelen, elimineren we door spanning veroorzaakte verliezen en spanningen vrijwel.

Zero Cross Sensing of Zero Voltage Sensing ZVS of ZVR-circuit

Gewoonlijk werkt de OPAMP die wordt gebruikt bij nuldoorgangsdetectie als een comparator die het pulserende DC-signaal (verkregen door het AC-signaal gelijkrichten) te vergelijken met een referentie-DC-spanning (verkregen door het pulserende DC-signaal te filteren). Het referentiesignaal wordt aan de niet-inverterende aansluiting gegeven, terwijl de pulserende spanning aan de inverterende aansluiting wordt gegeven.

In het geval dat de pulserende gelijkspanning lager is dan het referentiesignaal, wordt een logisch hoog signaal ontwikkeld aan de uitgang van de comparator. Dus voor elk nuldoorgangspunt van het AC-signaal worden pulsen gegenereerd vanuit de uitgang van de Zero Crossing Detector.

Een video over Zero Crossing-detectoren

Integrale schakelcycluscontrole (ISCC):

Om de nadelen van integrale cyclusschakeling en faseschakeling weg te nemen, wordt integrale schakelcyclusregeling gebruikt voor de regeling van de verwarmingsbelasting. ISCC-circuit heeft 3 secties. De eerste bestaat uit een voeding om alle interne versterkers aan te drijven en de poortenergie naar de vermogenshalfgeleiderinrichtingen te leiden. De tweede sectie bestaat uit nulspanningsdetectie door het detecteren van nul voedingsspanning en biedt een fasevertraging. In het derde deel is een versterkertrap nodig die vergroot het stuursignaal om de drive te leveren die nodig is om de stroomschakelaar in te schakelen. ISCC-circuits bestaan ​​uit Firing-circuit & Power Amplifier (FCPA) en voeding voor het regelen van de belasting.

FCPA bestaat uit poortdrivers voor thyristor en TRIAC wordt in het voorgestelde ontwerp gebruikt als voedingsapparatuur. Triac kan stroom in beide richtingen geleiden wanneer deze is ingeschakeld en wordt vroeger een bidirectionele triode-thyristor of bilaterale triode-thyristor genoemd. Triac is een handige schakelaar voor wisselstroomcircuits waarmee grote vermogensstromen kunnen worden geregeld met regelstromen op milliampère-schaal.

Een toepassing van integrale cyclusomschakeling - industriële vermogensregeling door integrale schakeling

Deze methode kan worden gebruikt voor het regelen van wisselstroom, vooral over lineaire belastingen, zoals verwarmers die in een elektrische oven worden gebruikt. Hierin levert de microcontroller de uitvoer op basis van de ontvangen onderbreking als referentie voor het genereren van triggerpulsen.

Met behulp van deze triggerpulsen kunnen we de optoisolators aansturen voor het triggeren van de Triac om integrale cycluscontrole te bereiken volgens schakelaars die zijn gekoppeld aan de microcontroller. In plaats van de motor is een elektrische lamp aangebracht om de werking ervan te observeren.

Blokschema van vermogensregeling door integrale cyclusomschakeling

Hier wordt een nuldoorgangsdetector gebruikt om triggerpulsen aan de poortpulsen van de Thyristor te leveren. De toepassing van deze pulsen wordt aangestuurd door een microcontroller en een optoisolator. De Microcontroller is geprogrammeerd om de pulsen voor een vaste tijd aan de opto-isolator toe te dienen en vervolgens de afgifte van pulsen voor een andere vaste tijd te stoppen. Dit resulteert in de volledige eliminatie van een paar cycli van AC-signaalgolfvorm die op de belasting wordt toegepast. De optoisolator stuurt dienovereenkomstig de thyristor aan op basis van de input van de microcontroller. Het wisselstroomvermogen dat aan de lamp wordt gegeven, wordt dus geregeld.

Een toepassing van fasegestuurd schakelen - programmeerbare wisselstroomregeling

Blokschema van vermogensregeling via fasecontrolemethode

Deze methode wordt gebruikt om de intensiteit van de lamp te regelen door de wisselstroom naar de lamp te regelen. Dit wordt gedaan door de toepassing van triggerpulsen aan de TRIAC te vertragen of door de afvuurhoekvertragingsmethode te gebruiken. De nuldoorgangsdetector levert pulsen bij elke nuldoorgang van de AC-golfvorm die wordt toegepast op de microcontroller. In eerste instantie geeft de microcontroller deze pulsen af ​​aan de optoisolator die dienovereenkomstig de thyristor zonder enige vertraging activeert en zo de lamp met volle intensiteit gloeit. Nu met behulp van het toetsenbord dat is gekoppeld aan de Microcontroller, wordt de vereiste intensiteit in procenten toegepast op de Microcontroller en het is geprogrammeerd om dienovereenkomstig de afgifte van pulsen aan de optoisolator te vertragen. Aldus wordt het triggeren van de thyristor vertraagd en dienovereenkomstig wordt de intensiteit van de lamp geregeld.