Prozkoumány jednoduché obvody řízení triakové fáze

V řídicím obvodu triakové fáze je triak spouštěn ZAPNUTÝ pouze pro konkrétní části polovičních cyklů střídavého proudu, což způsobí, že zátěž bude fungovat pouze po tuto dobu střídavého průběhu. Výsledkem je řízený přísun energie do zátěže.

Triaky se populárně používají jako polovodičová náhrada relé pro spínání vysoce výkonných střídavých zátěží. Existuje však další velmi užitečná vlastnost triaků, která jim umožňuje používat je jako regulátory výkonu pro ovládání dané zátěže na požadovaných specifických úrovních výkonu.

To je v zásadě realizováno několika způsoby: fázovým řízením a přepínáním nulového napětí.

Aplikace fázového řízení je obvykle vhodná pro zátěže, jako jsou stmívače světla, elektromotory, techniky regulace napětí a proudu.

Přepínání nulového napětí je vhodnější pro neklidné zátěže, jako jsou žárovky, ohřívače, páječky, gejzíry atd. I když je lze ovládat také metodou fázového řízení.

Jak funguje kontrola triakové fáze

Triak by mohl být spuštěn do aktivace v kterékoli části aplikovaného střídavého polocyklu a bude nadále ve vodivém režimu, dokud poloviční střídavý cyklus nedosáhne nulové hranice.

To znamená, že když je triak spuštěn na začátku každého polovičního cyklu střídavého proudu, triak by se v podstatě zapnul stejně jako vypínač ON / OFF, zapnutý.

Předpokládejme však, že pokud je tento spouštěcí signál použit někde uprostřed křivky střídavého cyklu, Triaku by bylo umožněno provádět pouze po zbývající dobu tohoto půl cyklu.

A protože Triak se aktivuje pouze na polovinu doby proporcionálně snižuje energii dodávanou do zátěže, přibližně o 50% (obr. 1).

Množství energie do zátěže by tedy mohlo být řízeno na jakékoli požadované úrovni, pouze změnou spouštěcího bodu triaku na křivce střídavé fáze. Takto funguje fázové řízení pomocí triaku.

Aplikace Light Dimmer

NA standardní obvod stmívače světla je uveden na obr. 2 níže. V průběhu každého střídavého polovičního cyklu se kondenzátor 0,1 μf nabije (odporem ovládacího potenciometru), dokud se na jeho vývodech nedosáhne úrovně napětí 30-32.

Kolem této úrovně je spouštěcí dioda (diac) nucena střílet, což způsobí, že napětí projde spoušť bránou triaku.

NA neonová lampa mohou být také použity místo a jáhen za stejnou odpověď. Čas využívaný kondenzátorem 0,1µf k nabití až na práh spalování diacu závisí na nastavení odporu ovládacího potenciometru.

Nyní předpokládejme, že pokud potenciometr je nastaven na nulový odpor, způsobí okamžité nabití kondenzátoru na úroveň vypálení diacu, což zase způsobí, že se dostane do vedení téměř po celý AC polocyklus.

Na druhou stranu, když je potenciometr nastaven na tuto hodnotu, může maximální hodnota odporu způsobit kondenzátor nabíjet na palebnou úroveň pouze do doby, než poloviční cyklus téměř dosáhne svého konečného bodu. To umožní

Triak bude provádět pouze velmi krátkou dobu, zatímco křivka střídavého proudu se bude pohybovat po konci poloviny cyklu.

Ačkoli výše ukázaný obvod stmívače je opravdu snadný a levný na konstrukci, obsahuje jedno významné omezení - neumožňuje plynulé řízení výkonu na zátěži od nuly po maximum.

Jak otáčíme potenciometrem, můžeme zjistit, že proud zátěže prudce stoupá z nuly na některé vyšší úrovně, odkud by to pak mohlo fungovat hladce ve vyšších nebo nižších úrovních.

V případě, že dojde k krátkému přerušení napájení střídavým proudem a osvětlení lampy klesne pod tuto úroveň „skoku“ (hystereze), lampa zůstane vypnutá i po konečném obnovení napájení.

Jak snížit hysterezi

Tento hysterezní efekt lze podstatně snížit implementací designu, jak je znázorněno na obvodu na obr. 3 níže.

Oprava: Vyměňte 100 uF za 100 uH pro RFI cívku

Tento obvod funguje skvěle jako stmívač světla pro domácnost . Všechny části lze namontovat na zadní stranu nástěnného rozvaděče a v případě, že je zatížení menší než 200 wattů, může Triac fungovat bez závislosti na chladiči.

U stmívačů světla používaných v orchestrálních představeních a divadlech je prakticky nutná 100% absence hystereze, aby bylo možné konzistentní ovládání osvětlení lamp. Této vlastnosti lze dosáhnout prací s obvodem znázorněným na obr. 4 níže.

Oprava: Vyměňte 100 uF za 100 uH pro RFI cívku

Výběr síly triaku

Žárovky přitahují neuvěřitelně velký proud během doby, kdy vlákno dosáhne svých provozních teplot. Tento zapněte přepětí proud může překročit jmenovitý proud triaku přibližně 10 až 12krát.

Naštěstí jsou žárovky pro domácnost schopné dosáhnout své provozní teploty během několika cyklů střídavého proudu a tato krátká doba vysokého proudu je triakem snadno absorbována bez jakýchkoli problémů.

Situace však nemusí být stejná pro scénáře divadelního osvětlení, kdy žárovky s větším příkonem vyžadují k dosažení své pracovní teploty mnohem delší dobu. U tohoto typu aplikací musí být triak dimenzován na minimálně 5násobek typické maximální zátěže.

Kolísání napětí v obvodech řízení triakové fáze

Každý z dosud zobrazených řídicích obvodů triakové fáze je závislý na napětí - to znamená, že jejich výstupní napětí se mění v závislosti na změnách vstupního napájecího napětí. Tuto závislost na napětí lze vyloučit použitím zenerovy diody, která je schopna stabilizovat a udržovat napětí napříč časovacím kondenzátorem konstantní (obr. 4).

Toto nastavení pomáhá udržovat prakticky konstantní výstup bez ohledu na jakékoli významné změny vstupního střídavého napětí v síti. Pravidelně se vyskytuje ve fotografických a jiných aplikacích, kde je nezbytná vysoce stabilní a pevná úroveň světla.

Ovládání zářivky

S odkazem na všechny dosud vysvětlené obvody fázového řízení bylo možné manipulovat s žárovkami bez dalších úprav stávajícího systému domácího osvětlení.

Stmívání zářivek může být také možné díky tomuto druhu řízení triakové fáze. Když vnější teplota halogenové žárovky klesne pod 2500 stupňů C, regenerační halogenový cyklus přestane fungovat.

To může způsobit usazování vlákna wolframu na stěně lampy, což snižuje životnost vlákna a také omezuje přenos osvětlení skrz sklo. Úprava, která se často používá společně s některými výše uvedenými obvody, je znázorněna na obr. 5

Toto nastavení rozsvítí lampy při setmění a za úsvitu je opět vypne. Je nutné, aby fotobuňka viděla okolní světlo, ale byla chráněna před ovládanou lampou.

Řízení otáček motoru

Řízení triakové fáze vám také umožňuje upravit rychlost elektromotorů . Obecný druh sériově vinutého motoru lze ovládat obvody podobně jako ty, které se používají pro stmívání světla.

Aby se však zajistila spolehlivá komutace, je třeba paralelně zapojit kondenzátor a sériový odpor přes triak (obr.6).

Díky tomuto nastavení se mohou otáčky motoru měnit v závislosti na změnách zátěže a napájecího napětí,

U aplikací, které nejsou kritické (například regulace otáček ventilátoru), ve kterých je zátěž fixována na danou rychlost, však obvod nebude vyžadovat žádné změny.

Otáčky motoru, které se při předprogramování obvykle udržují konstantní i při změnách zátěžových podmínek, se jeví jako užitečná charakteristika pro elektrické nářadí, laboratorní míchadla, hodinářská kola soustruhů atd. K dosažení této funkce „snímání zátěže“ , SCR je obvykle zahrnut v uspořádání polovičních vln (obr.7).

Okruh funguje docela dobře v omezeném rozsahu rozsah otáček motoru i když může být citlivý na „škytavku“ při nízké rychlosti a pracovní pravidlo půlvlny výrazně potlačuje stabilizovaný provoz nad 50% rozsahem otáček. Obvod fázového řízení snímání zátěže, kde triak dodává úplnou nulu na maximální kontrolu, je zobrazen na obr.8.

Řízení rychlosti indukčního motoru

Indukční motory rychlost lze také ovládat pomocí triaků, i když se můžete setkat s několika obtížemi, zejména pokud se jedná o motory s dělenými fázemi nebo kondenzátory. Normálně lze indukční motory ovládat mezi plnou a poloviční rychlostí, protože nejsou 100% zatížené.

Jako poměrně spolehlivou referenci lze použít teplotu motoru. Teplota by nikdy neměla překročit specifikace výrobce při jakékoli rychlosti.

Opět lze použít vylepšený obvod stmívače světla uvedený na obr. 6 výše, avšak zátěž musí být připojena v alternativním místě, jak je znázorněno tečkovanými čarami

Měnící se napětí transformátoru prostřednictvím fázového řízení

Výše popsané nastavení obvodu lze také použít k regulaci napětí v primárním bočním vinutí transformátoru, čímž se získá sekundární výstup s proměnnou rychlostí.

Tento design byl použit v různých řadičích lamp mikroskopu. Variabilní nulová sada byla poskytnuta změnou rezistoru 47K s potenciometrem 100k.

Řízení vytápění

Různé doposud diskutované obvody řízení triakové fáze mohou být použity pro aplikace zátěže typu ovládání topení, ačkoli regulovaná teplota zátěže se může měnit s kolísáním vstupního střídavého napětí a okolní teploty. Obvod, který kompenzuje tyto měnící se parametry, je znázorněn na obr.10.

Hypoteticky by tento obvod mohl udržovat stabilizovanou teplotu na 1% od předem stanoveného bodu bez ohledu na změny střídavého síťového napětí +/- 10%. Přesný celkový výkon může být určen strukturou a designem systému, ve kterém je regulátor použit.

Tento obvod poskytuje relativní řízení, což znamená, že celkový výkon je dán topné zátěži, když se zátěž začíná zahřívat, a poté se v nějakém prostředním bodě sníží výkon prostřednictvím opatření, které je úměrné rozdílu mezi skutečnou teplotou zátěž a předpokládaná teplota zátěže.

Proporcionální rozsah je variabilní prostřednictvím ovládání „zisku“. Obvod je přímočarý, ale účinný, ale obsahuje jednu významnou nevýhodu, která omezuje jeho použití na v podstatě lehčí zátěže. Tato otázka se týká emise silného rádiového rušení v důsledku sekání triakové fáze.

Vysokofrekvenční rušení v systémech fázového řízení

Všechna zařízení pro řízení triakové fáze vyzařují obrovské množství vysokofrekvenčních rušení (vysokofrekvenční rušení nebo RFI). To se zásadně děje na nižších a středních frekvencích.

Vysokofrekvenční emise je silně zachycena všemi blízkými rádiovými vlnami a dokonce i zvukovým zařízením a zesilovači, což generuje dráždivý hlasitý vyzváněcí zvuk.

Tato RFI by také mohla ovlivnit vybavení výzkumných laboratoří, zejména pH metry, což by mělo za následek nepředvídatelné fungování počítačů a jiných podobných citlivých elektronických zařízení.

Možným řešením ke snížení RFI je přidání vysokofrekvenčního induktoru do série s napájecím vedením (v obvodech označeno jako L1). Vhodně dimenzovanou tlumivku lze vytvořit navinutím 40 až 50 závitů super smaltovaného měděného drátu na malou feritovou tyč nebo jakékoli feritové jádro.

To může zavést indukčnost přibližně. 100 uH do značné míry potlačuje kmity RFI. Pro zvýšené potlačení může být nezbytné maximalizovat počet otáček na nejvyšší možnou hodnotu nebo indukčnost až 5 H.

Nevýhoda RF tlumivky

Pád tohoto typu triakového fázového řídicího obvodu založeného na vysokofrekvenční cívce spočívá v tom, že je třeba brát v úvahu zátěžový výkon podle tloušťky tlumivkového drátu. Pokud má být zátěž v kilowatovém rozsahu, musí být vysokofrekvenční tlumivkový vodič dostatečně silný, aby se velikost cívky významně zvýšila a byla objemná.

Vysokofrekvenční šum je úměrný příkonu zátěže, takže vyšší zátěže mohou způsobit vyšší vysokofrekvenční emise vyžadující lepší potlačení obvodů.

Tento problém nemusí být tak závažný indukční zátěže jako elektrické motory, protože v takových případech samotné vinutí zátěže tlumí RFI. Řízení triakové fáze je také spojeno s dalším problémem - to je účiník zátěže.

Faktor zatížení může být negativně ovlivněn a je to problém, který regulátory napájení berou docela vážně.