Eenvoudige triac-fasecontrolecircuits onderzocht

Probeer Ons Instrument Voor Het Oplossen Van Problemen





In een triac-faseregelcircuit wordt de triac alleen geactiveerd voor specifieke delen van de AC-halve cycli, waardoor de belasting alleen werkt gedurende die periode van de AC-golfvorm. Dit resulteert in een gecontroleerde stroomtoevoer naar de belasting.

Triacs worden in de volksmond gebruikt als een solid-state vervanging van relais voor het schakelen van AC-belastingen met hoog vermogen. Er is echter nog een andere zeer nuttige functie van triacs waardoor ze kunnen worden gebruikt als vermogensregelaars, voor het regelen van een bepaalde belasting op een gewenst specifiek vermogensniveau.



Dit wordt in principe geïmplementeerd via een aantal methoden: fasecontrole en nulspanningsomschakeling.

Fasecontrole-applicatie is normaal gesproken geschikt voor belastingen zoals lichtdimmers, elektromotoren, spannings- en stroomregeltechnieken.



Nulspanningsomschakeling is geschikter voor restieve belastingen zoals gloeilampen, verwarmingstoestellen, soldeerbouten, geisers, enz. Hoewel deze ook kunnen worden bestuurd via fasecontrolemethode.

Hoe Triac Phase Control werkt

Een Triac kan worden geactiveerd in elk deel van een toegepaste AC-halve cyclus, en het zal in de geleidende modus blijven totdat de AC-halve cyclus de nuldoorgang heeft bereikt.

Dat betekent dat wanneer een triac wordt geactiveerd aan het begin van elke AC-halve cyclus, de Triac in wezen AAN zou gaan, net als een AAN / UIT-schakelaar, ingeschakeld.

Stel echter dat als dit triggersignaal ergens halverwege de wisselstroomcyclusgolfvorm wordt gebruikt, de Triac zou kunnen geleiden gedurende de resterende periode van die halve cyclus.

En omdat de Triac activeert gedurende slechts de helft van de periode vermindert het proportioneel de stroomtoevoer naar de belasting met ongeveer 50% (Fig. 1).

De hoeveelheid vermogen naar de belasting zou dus op elk gewenst niveau kunnen worden geregeld, alleen door het triac-triggerpunt op de wisselstroomfasegolfvorm te variëren. Dit is hoe fasecontrole werkt met een triac.

Light Dimmer-toepassing

NAAR standaard licht dimmer circuit wordt weergegeven in Fig. 2 hieronder. In de loop van elke AC halve cyclus wordt de 0.1 µf condensator opgeladen (door de weerstand van de stuurpotentiometer) tot een spanningsniveau van 30-32 wordt bereikt over de pinouts.

Rond dit niveau wordt de triggerdiode (diac) gedwongen te vuren, waardoor de spanning de trigger de poort van de triac passeert.

NAAR neon lamp kan ook worden gebruikt in plaats van een diaken voor hetzelfde antwoord. De tijd die de condensator van 0,1 µf gebruikt om op te laden tot aan de ontstekingsdrempel van de diac is afhankelijk van de weerstandsinstelling van de regelpotentiometer.

Stel nu dat het potentiometer wordt ingesteld op een weerstand van nul, zal de condensator onmiddellijk opladen tot het ontstekingsniveau van de diac, wat er op zijn beurt voor zal zorgen dat deze gedurende vrijwel de hele AC-halve cyclus in geleiding gaat.

Aan de andere kant, wanneer de potentiometer op zijn maximale weerstandswaarde wordt afgesteld, kan de condensator pas op te laden naar het bakniveau totdat de halve cyclus bijna het eindpunt heeft bereikt. Hierdoor kan het

Triac om slechts een zeer korte tijd te geleiden terwijl de AC-golfvorm over het einde van de halve cyclus reist.

Hoewel het hierboven gedemonstreerde dimcircuit echt eenvoudig en goedkoop te construeren is, bevat het een belangrijke beperking: het maakt een soepele regeling van het vermogen van de belasting van nul tot maximaal niet mogelijk.

Terwijl we de potentiometer draaien, kunnen we merken dat de belastingsstroom behoorlijk abrupt stijgt van nul naar een aantal hogere niveaus vanwaar dit alleen dan soepel zou kunnen worden bediend in de hogere of lagere niveaus.

In het geval dat de AC-voeding kortstondig wordt onderbroken en de lampverlichting onder dit 'jump'-niveau (hysterese) komt, blijft de lamp uitgeschakeld, zelfs nadat de stroom eindelijk is hersteld.

Hoe hysterese te verminderen

Deze hysterese effect aanzienlijk verlaagd kunnen worden door het ontwerp te implementeren zoals getoond in het circuit in figuur 3 hieronder.

Correctie: vervang 100 uF door 100 uH voor de RFI-spoel

Dit circuit werkt prima als een dimmer voor huishoudelijk licht ​Alle onderdelen kunnen aan de achterkant van een wandschakelbord worden gemonteerd en als de belasting onder de 200 watt is, zou de Triac kunnen werken zonder afhankelijk te zijn van een koellichaam.

Vrijwel 100% afwezigheid van hysterese is nodig voor lichtdimmers die worden gebruikt in orkestuitvoeringen en theaters, om een ​​consistente verlichtingsregeling van de lampen mogelijk te maken. Deze functie kan worden bereikt door te werken met het circuit dat wordt onthuld in figuur 4 hieronder.

Correctie: vervang 100 uF door 100 uH voor de RFI-spoel

De Triac Power selecteren

Gloeilampen trekken ongelooflijk veel stroom tijdens de periode dat de gloeidraad zijn bedrijfstemperatuur bereikt. Deze schakel de piek in De stroom kan de nominale stroom van de triac ongeveer 10 tot 12 keer overtreffen.

Gelukkig bereiken gloeilampen hun bedrijfstemperatuur in slechts een paar wisselstroomcycli, en deze korte periode van hoge stroom wordt probleemloos door de Triac geabsorbeerd.

De situatie is echter misschien niet hetzelfde voor theatrale verlichtingsscenario's, waarin lampen met een groter wattage veel meer tijd nodig hebben om hun werktemperatuur te bereiken. Voor dergelijke toepassingen moet de Triac worden beoordeeld op minimaal 5 keer de typische maximale belasting.

Spanningsschommelingen in Triac Phase-regelcircuits

Elk van de triac-faseregelcircuits die tot nu toe zijn weergegeven, zijn allemaal spanningsafhankelijk - wat betekent dat hun uitgangsspanning varieert als reactie op de veranderingen in de ingangsvoedingsspanning. Deze afhankelijkheid van de spanning zou kunnen worden geëlimineerd door een zenerdiode te gebruiken die in staat is om te stabiliseren en de spanning over de timingcondensator constant te houden (Fig. 4).

Deze opstelling helpt om een ​​vrijwel constante output te behouden, ongeacht significante variaties in de AC-ingangsspanning van het lichtnet. Het wordt regelmatig aangetroffen in fotografische en andere toepassingen waar een zeer stabiel en vast lichtniveau essentieel wordt.

Fluorescentielampregeling

Verwijzend naar alle fasecontrolecircuits die tot nu toe zijn uitgelegd, kunnen gloeilampen worden gemanipuleerd zonder enige aanvullende wijzigingen aan het bestaande verlichtingssysteem voor thuis.

Dimmen Fluorescentielampen zijn wellicht ook mogelijk door middel van dit soort triac-faseregeling. Wanneer de buitentemperatuur van een halogeenlamp onder de 2500 ° C daalt, wordt de regenererende halogeencyclus buiten werking gesteld.

Dit kan ertoe leiden dat de gloeidraad van wolfraam over de wand van de lamp wordt afgezet, waardoor de levensduur van de gloeidraad afneemt en ook de transmissie van verlichting door het glas wordt beperkt. Een aanpassing die vaak wordt gebruikt samen met enkele van de hierboven besproken circuits, wordt gedemonstreerd in Fig.5

Deze opstelling zet de lampen AAN als de duisternis invalt en schakelt ze weer uit bij zonsopgang. Het is noodzakelijk dat de fotocel het omgevingslicht ziet, maar afgeschermd is van de lamp die wordt bestuurd.

Motor snelheidsregeling

Met Triac phase-control kunt u ook de snelheid van elektromotoren ​Het algemene soort in serie gewikkelde motor kan worden bestuurd via circuits die vergelijkbaar zijn met die welke worden toegepast voor het dimmen van licht.

Om een ​​betrouwbare commutatie te garanderen, moeten een condensator en serieweerstand echter parallel over de Triac worden aangesloten (afb. 6).

Door deze opstelling kan het motortoerental variëren in reactie op veranderingen in belasting en voedingsspanning,

Voor toepassingen die niet kritisch zijn (bijvoorbeeld ventilatorsnelheidsregeling), waarbij de belasting op een bepaald toerental wordt vastgezet, behoeft het circuit geen wijzigingen.

Het motortoerental dat gewoonlijk, indien voorgeprogrammeerd, constant wordt gehouden, zelfs bij veranderingen in de belastingscondities, blijkt een nuttige eigenschap te zijn voor elektrisch gereedschap, laboratoriumroerders, draaibanken van horlogemakers, pottenbakkerswielen, enz. is een SCR meestal opgenomen in een opstelling met een halve golf (Fig. 7).

Het circuit werkt redelijk goed binnen een beperkte motortoerentalbereik hoewel het mogelijk kwetsbaar is voor 'hikken' bij lage snelheid en de werkregel van de halve golf een gestabiliseerde werking verhindert die ver boven het snelheidsbereik van 50% ligt. Een belastingsdetectief fasecontrolecircuit waarbij een Triac volledige nul- tot maximale controle levert, wordt weergegeven in Fig.8.

De snelheid van de inductiemotor regelen

Inductiemotoren snelheid kan ook worden geregeld met behulp van Triacs, hoewel u enkele problemen kunt tegenkomen, vooral als het gaat om split-phase of condensator-startmotoren. Normaal gesproken kunnen inductiemotoren worden aangestuurd tussen volle en halve snelheid, aangezien deze niet 100% belast zijn.

De temperatuur van de motor zou als een redelijk betrouwbare referentie kunnen worden gebruikt. De temperatuur mag bij geen enkele snelheid hoger zijn dan de specificaties van de fabrikant.

Nogmaals, het verbeterde lichtdimmercircuit, aangegeven in Fig. 6 hierboven, zou kunnen worden toegepast, maar de belasting moet op de alternatieve locatie worden aangesloten, zoals blijkt uit de stippellijnen

Variërende transformatorspanning door fasecontrole

De hierboven beschreven schakeling kan ook worden gebruikt om de spanning in de primaire zijwikkeling van een transformator te regelen, waardoor een secundaire uitgang met variabele snelheid wordt verkregen.

Dit ontwerp is toegepast in verschillende microscooplampcontrollers. Er is gezorgd voor een variabele nulstelling door de 47K-weerstand te veranderen met een 100k-potentiometer.

Verwarmingsbelastingen regelen

De verschillende Triac-faseregelcircuits die tot nu toe zijn besproken, kunnen worden toegepast om belastingstoepassingen van het verwarmingstype te regelen, hoewel de te regelen belastingtemperatuur kan veranderen met variaties in de AC-ingangsspanning en de omgevingstemperatuur. Een circuit dat dergelijke variërende parameters compenseert, wordt gedemonstreerd in Fig.10.

Hypothetisch zou dit circuit de temperatuur gestabiliseerd kunnen houden tot binnen 1% van het vooraf bepaalde punt, ongeacht veranderingen in de AC-lijnspanning van +/- 10%. De precieze algehele prestatie kan worden bepaald door de structuur en het ontwerp van het systeem waarop de controller wordt toegepast.

Dit circuit levert een relatieve regeling, wat betekent dat het totale vermogen wordt gegeven aan de verwarmingsbelasting terwijl de belasting begint op te warmen, en ergens halverwege het vermogen wordt verlaagd door een maatregel die evenredig is met het verschil tussen de werkelijke temperatuur van de lading en de beoogde ladingstemperatuur.

Het proportionele bereik is variabel door middel van een 'gain'-regeling. Het circuit is eenvoudig maar effectief, maar het heeft een belangrijk nadeel dat het gebruik ervan beperkt tot in wezen lichtere belastingen. Dit probleem betreft de emissie van zware radiostoringen als gevolg van triac phase chopping.

Radiofrequentie-interferentie in fasecontrolesystemen

Alle triac-fasecontroleapparaten veroorzaken enorme hoeveelheden RF-storingen (radiofrequentie-interferentie of RFI). Dit gebeurt fundamenteel bij lagere en gematigde frequenties.

Radiofrequentie-emissie wordt sterk opgevangen door alle middengolfradio's in de buurt en zelfs door audioapparatuur en versterkers, waardoor een irritant luid belsignaal wordt gegenereerd.

Deze RFI kan ook gevolgen hebben voor onderzoekslaboratoriumapparatuur, met name de pH-meters, wat resulteert in een onvoorspelbare werking van computers en andere soortgelijke gevoelige elektronische apparaten.

Een haalbare oplossing om RFI te verminderen, is om een ​​RF-inductor in serie met de voedingslijn toe te voegen (aangegeven als L1 in de circuits). Een passend gedimensioneerde smoorspoel zou kunnen worden gebouwd door 40 tot 50 windingen van supergeëmailleerd koperdraad over een kleine ferrietstaaf of een ferrietkern te wikkelen.

Dit kan een inductantie van ca. 100 uH die de RFI-oscillaties grotendeels onderdrukt. Voor meer onderdrukking kan het essentieel zijn om het aantal windingen te maximaliseren tot zo hoog als mogelijk is, of inductanties tot 5 H.

Nadeel van RF-smoorspoel

Het nadeel van dit type op RF-spoel gebaseerde triac-fasecontrolecircuit is dat het belastingswattage moet worden overwogen in overeenstemming met de dikte van de smoorspoeldraad. Als de belasting bedoeld is om in het kilowattbereik te liggen, moet de RF-smoorspoeldraad dik genoeg zijn, waardoor de omvang van de spoel aanzienlijk en omvangrijk wordt.

De RF-ruis is evenredig met het belastingswattage, dus hogere belastingen kunnen een hogere RF-emissie veroorzaken, waardoor een beter onderdrukkingscircuit nodig is.

Dit probleem is mogelijk niet zo ernstig voor inductieve belastingen zoals elektromotoren, omdat in dergelijke gevallen de lastwikkeling zelf de RFI verzwakt. Triac Phase-regeling is ook betrokken bij een bijkomend probleem - dat is de belastingsfactor.

De vermogensfactor van de belasting kan negatief worden beïnvloed en is een probleem dat de regelgevers van de stroomvoorziening vrij serieus nemen.




Vorige: LM10 Op Amp-toepassingscircuits - werkt met 1,1 V Volgende: Circuit voor sinus-cosinusgolfvormgenerator