La majoria dels electrodomèstics que s’utilitzen a casa necessiten alimentació de CA per al seu funcionament. Aquesta alimentació de CA o CA es dóna als aparells mitjançant l'operació de commutació d'alguns interruptors electrònics de potència. Per a un bon funcionament de les càrregues, és necessari controlar el Alimentació de CA aplicada a ells. Això s'aconsegueix al seu torn controlant l'operació de commutació dels interruptors electrònics de potència, com un SCR.
Dos mètodes per controlar l'operació de commutació de SCR
- Mètode de control de fase : Es refereix al control de la commutació del SCR amb una referència a la fase del senyal de corrent altern. Normalment, el Es dispara el tiristor a 180 graus des del començament del senyal de corrent altern. O dit d’una altra manera, en els passos zero de la forma d’ona del senyal de corrent altern, s’apliquen polsos de desencadenament al terminal de la porta del tiristor. En el cas de controlar la potència de corrent altern a l’SCR, l’aplicació d’aquests impulsos es retarda augmentant el temps entre els impulsos i això s’anomena control per retard d’angle de disparació. Tanmateix, aquests circuits provoquen harmònics d’ordre superior i generen RFI de radiofreqüència i corrent d’entrada intens i, a nivells de potència més grans, requereixen més filtres per reduir la RFI.
- Canvi de cicle integral: El control integral del cicle és un altre mètode utilitzat per a la conversió directa de CA a CA conegut com a commutació zero o selecció de cicle. L'activació del cicle integral es refereix als circuits de commutació de corrent altern i, en particular, als circuits de commutació alterns de voltatge zero de cicle integral. Quan s’utilitza un interruptor de tensió zero per canviar un factor de potència baix (càrrega inductiva), com ara un motor o un transformador de potència, provoca un sobreescalfament d’un transformador de potència a les línies de serveis públics. Per tant, la saturació del corrent de càrrega és de corrents d’entrada excessivament elevats. Un altre enfocament de la commutació de voltatge zero de cicle integral implica l'ús d'arranjaments relativament complexos d'elements d'emmagatzematge biestables i circuits lògics que, de fet, compten el nombre de semicicles de corrent de càrrega. La commutació de cicle integral consisteix a activar el subministrament per carregar-lo durant un nombre sencer de cicles i després apagar el subministrament per un nombre més de cicles integrals. A causa de la commutació de voltatge zero i de corrent zero dels tiristor, es reduiran els harmònics generats. L’ús de commutació de cicle integral no és possible una tensió suau i la freqüència és variable. El canvi de cicle integral mitjançant el desencadenament automàtic de tiristors com a mètode per eliminar cicles sencers, cicles o porcions de cicles d’un senyal de corrent altern, és un mètode antic i conegut de controlar l’alimentació de corrent altern, especialment entre les càrregues de l’escalfador alternatiu. Tanmateix, el concepte d’aconseguir el robatori de cicles de forma d’ona de voltatge mitjançant l’ús del microcontrolador pot ser molt precís segons el programa escrit en llenguatge Assembly / C. De manera que el temps mitjà de tensió o actualment experimentat a la càrrega és proporcionalment menor que si s'ha de connectar tot el senyal a la càrrega.
Un dels efectes secundaris de la utilització d’aquest esquema és el desequilibri en la forma d’ona de corrent o tensió d’entrada ja que els cicles s’encenen i s’apaguen a través de la càrrega, de manera que són adequats per a càrregues específiques enfront del mètode controlat per l’angle de tir per minimitzar el THD.
Abans d'entrar en exemples per a cada tipus de control, fem un breu resum de la detecció de creuament zero.
Detecció de creuament zero o creuament de voltatge zero
Amb el terme encreuament de voltatge zero, ens referim al punt de la forma d'ona del senyal de CA on el senyal creua la referència zero de la forma d'ona o, en altres paraules, on la forma d'ona del senyal es creua amb l'eix x. S'utilitza per mesurar la freqüència o el període d'un senyal periòdic. També es pot utilitzar per generar polsos sincronitzats que es poden utilitzar per activar el terminal de la porta del rectificador de silici controlat per fer-lo conduir a un angle de foc de 180 graus.
Per naturalesa, una ona sinusoïdal té nodes on la tensió creua el punt zero, inverteix la direcció i completa l’ona sinusoïdal.
En canviar la càrrega de CA en el punt de tensió zero, eliminem pràcticament les pèrdues i tensions induïdes per tensió.
Zero Cross Sensing o Zero Voltage Sensing ZVS o ZVR Circuit
Normalment, l’OPAMP utilitzat en la detecció de creuament de zero funciona com a comparador comparant el senyal de CC pulsant (obtingut rectificant el senyal de CA), amb una tensió de CC continuada (obtinguda filtrant el senyal de CC pulsant). El senyal de referència es dóna al terminal que no inverteix, mentre que la tensió pulsant es dóna al terminal que inverteix.
En cas que la tensió de CC pulsant sigui menor que el senyal de referència, es desenvolupa un senyal lògic alt a la sortida del comparador. Així, per a cada punt de creuament zero del senyal de corrent altern, es generen impulsos des de la sortida del detector de creuament zero.
Un vídeo sobre detectors de creuament zero
Control de cicle de commutació integral (ISCC):
Per eliminar els desavantatges de la commutació de cicle integral i del control de fase, es fa servir el control de cicle de commutació integral per al control de la càrrega de calefacció. El circuit ISCC té 3 seccions. El primer consisteix en una font d'alimentació per accionar tots els amplificadors interns i alimentar l'energia de la porta als dispositius semiconductors de potència. La segona secció consisteix en la detecció de voltatge zero en detectar la instància de tensió d'alimentació zero i proporciona un retard de fase. A la tercera secció, es necessita un escenari amplificador que augmenti el senyal de control per proporcionar la unitat necessària per engegar l'interruptor. Els circuits ISCC consisteixen en un circuit de tret i amplificador de potència (FCPA) i una font d'alimentació per controlar la càrrega.
FCPA consta de controladors de porta per a tiristor i TRIAC s’utilitza com a dispositius d’alimentació en el disseny proposat. El Triac pot conduir el corrent en qualsevol direcció quan s’encén i abans s’anomenava tiristor de triode bidireccional o tiristor de triode bilateral. Triac és un commutador convenient per a circuits de corrent altern que permet controlar grans fluxos de potència amb corrents de control d’escala de miliamperis.
Una aplicació de commutació de cicle integral: control de potència industrial mitjançant commutació integral
Aquest mètode es pot utilitzar per controlar l'alimentació de CA, especialment a través de càrregues lineals, com ara escalfadors utilitzats en un forn elèctric. En això, el microcontrolador lliura la sortida basada en la interrupció rebuda com a referència per a una generació d’impulsos d’activació.
Mitjançant aquests polsos de desencadenament podem conduir els optoisoladors per activar el Triac per aconseguir un control de cicle integral segons els commutadors que estan interfaciats amb el microcontrolador. En lloc del motor, es proporciona una làmpada elèctrica per a l'observació del seu funcionament.
Esquema de blocs de control de potència mitjançant commutació de cicle integral
Aquí s’utilitza un detector de creuament de zero per proporcionar impulsos d’activació als impulsos de la porta del Tiristor. L’aplicació d’aquests impulsos es controla a través d’un microcontrolador i un optoisolador. El microcontrolador està programat per aplicar els polsos a l’optoisolador durant un temps fix i, a continuació, aturar l’aplicació de polsos durant un altre temps fixat. Això resulta en l’eliminació completa d’uns quants cicles de forma d’ona de senyal de CA aplicats a la càrrega. Per tant, l’optoisolador condueix el tiristor basat en l’entrada del microcontrolador. Així, es controla la potència de CA donada a la làmpada.
Una aplicació de commutació controlada de fase: control d’alimentació de CA programable
Esquema de blocs de control de potència per mètode de control de fase
Aquest mètode s’utilitza per controlar la intensitat de la làmpada controlant l’alimentació de CA de la làmpada. Això es fa retardant l’aplicació d’impulsos d’activació al TRIAC o mitjançant el mètode de retard de l’angle de cocció. El detector de creuament zero subministra polsos a cada creuament zero de la forma d'ona de CA que s'aplica al microcontrolador. Inicialment, el microcontrolador dóna aquests polsos a l’optoisolador que, en conseqüència, activa el tiristor sense cap mena de retard i, per tant, la llum brilla amb tota intensitat. Ara, utilitzant el teclat interfície amb el microcontrolador, la intensitat requerida en percentatge s'aplica al microcontrolador i es programa per retardar l'aplicació de polsos a l'optoisolador. Així, l'activació del tiristor es retarda i, per tant, es controla la intensitat de la làmpada.
