Enkle Triac-fasekontrolkredsløb udforsket

I et triac-fasekontrolkredsløb udløses triac kun ON for specifikke dele af AC-halvcyklussen, hvilket får belastningen til kun at fungere i den periode af AC-kurveformen. Dette resulterer i en kontrolleret strømforsyning til lasten.

Triacs bruges populært som en solid state-udskiftning af relæ til at skifte AC-belastning med høj effekt. Der er dog en anden meget nyttig funktion i triacs, der gør det muligt for dem at blive brugt som effektregulatorer til styring af en given belastning ved et ønsket specifikt effektniveau.

Dette implementeres grundlæggende gennem et par metoder: Fasestyring og nul spændingskobling.

Fasestyringsapplikation er normalt velegnet til belastninger som lysdæmpere, elektriske motorer, spændings- og strømreguleringsteknikker.

Nulspændingskobling er mere hensigtsmæssig til restive belastninger såsom glødelamper, varmelegemer, loddejern, gejsere osv. Skønt disse også kan styres via fasestyringsmetode.

Sådan fungerer Triac Phase Control

En Triac kunne udløses til aktivering på tværs af en hvilken som helst del af en anvendt vekselstrømshalvcyklus, og den vil fortsætte med at være i ledende tilstand lige indtil vekselstrømshalvcyklen har nået nulkrydsningslinjen.

Det betyder, at når en triac udløses i starten af ​​hver vekselstrømshalvcyklus, ville Triac i det væsentlige tænde ligesom en ON / OFF-kontakt, slået til.

Antag dog, at hvis dette udløsersignal bruges et eller andet sted midt i vekselstrømsbølgeformen, ville Triac få lov til at udføre blot i den resterende periode af den halve cyklus.

Og fordi den Triac aktiveres i kun halve perioden reducerer den forholdsmæssigt den strøm, der leveres til lasten, med ca. 50% (fig. 1).

Således kunne mængden af ​​effekt til belastningen styres på et hvilket som helst ønsket niveau, blot ved at variere triac-udløsepunktet på AC-fasebølgeformen. Sådan fungerer fasestyring ved hjælp af en triac.

Let dæmpningsapplikation

TIL standard lys dæmper kredsløb er vist i fig. 2 nedenfor. I løbet af hver vekselstrømshalvcyklus oplades kondensatoren på 0,1 µf (gennem modstanden fra kontrolpotentiometeret), indtil et spændingsniveau på 30-32 nås over dets pinouts.

Omkring dette niveau tvinges udløserdioden (diac) til at affyre, hvilket får spændingen til at passere udløseren til triacens port.

TIL neonlampe kan også anvendes i stedet for a diakon for det samme svar. Den tid, der anvendes af 0,1 µf kondensatoren til at oplade op til diacens affyringstærskel, afhænger af modstandsindstillingen for kontrolpotentiometeret.

Antag nu, at hvis potentiometer er justeret til en nul modstand, vil få kondensatoren til at oplade øjeblikkeligt til diacs affyringsniveau, hvilket igen får den til at gå i ledning i stort set hele vekselstrømshalvcyklen.

På den anden side, når potentiometeret justeres til det, kan den maksimale modstandsværdi forårsage kondensator kun at oplade til affyringsniveauet indtil halvcyklus næsten er nået sit slutpunkt. Dette vil gøre det muligt for

Triac udføres kun i meget kort tid, mens vekselstrømsbølgeformen bevæger sig over slutningen af ​​halvcyklussen.

Selvom det dæmpede kredsløb, der er vist ovenfor, virkelig er let og billigt at konstruere inkluderer en væsentlig begrænsning - det tillader ikke en jævn kontrol af strømmen på belastningen fra nul til maksimum.

Når vi roterer potentiometeret, kan vi finde, at belastningsstrømmen stiger temmelig brat fra nul til nogle højere niveauer, hvorfra dette først derefter kunne betjenes glat i de højere eller de lavere niveauer.

Hvis strømforsyningen kortvarigt afbrydes, og lampens belysning går under dette 'spring' (hysterese) niveau, forbliver lampen slukket, selv efter at strømmen er endelig genoprettet.

Sådan reduceres hysterese

Det her hysterese effekt kunne sænkes væsentligt ved at implementere designet som vist i kredsløbet i fig. 3 nedenfor.

Korrektion: Udskift 100 uF med 100 uH til RFI-spolen

Dette kredsløb fungerer godt som en lysdæmper til husstanden . Alle dele kunne monteres bag på et vægafbryderkort, og hvis belastningen tilfældigvis er under 200 watt, kunne Triac fungere uden at være afhængig af en køleplade.

Praktisk taget 100% fravær af hysterese er nødvendig for lysdæmpere, der bruges i orkestervirksomheder og teatre, for at muliggøre ensartet belysningskontrol af lamperne. Denne funktion kan opnås ved at arbejde med kredsløbet afsløret i fig. 4 nedenfor.

Korrektion: Udskift 100 uF med 100 uH til RFI-spolen

Valg af Triac Power

Glødepærer trækker utrolig stor strøm i den periode, glødetråden når sine driftstemperaturer. Det her tænd for overspænding strøm kan overgå den nominelle strøm for triac med ca. 10 til 12 gange.

Heldigvis er husholdningspærerne i stand til at nå deres driftstemperatur på blot et par vekselstrømscyklusser, og denne korte periode med høj strøm absorberes let af Triac uden problemer.

Situationen er dog muligvis ikke den samme for teaterbelysningsscenarier, hvor de større wattpærer kræver meget længere tid at nå deres arbejdstemperatur. Til en sådan type applikationer skal Triac vurderes til mindst 5 gange den typiske maksimale belastning.

Spændingsudsving i Triac-fasekontrolkredsløb

Hvert af de hidtil viste triac-fasekontrolkredsløb er alle spændingsafhængige - hvilket betyder, deres udgangsspænding varierer afhængigt af ændringerne i inputforsyningsspændingen. Denne afhængighed af spænding kunne elimineres ved anvendelse af en zener-diode, der er i stand til at stabilisere og holde spændingen på tværs af tidskondensatoren konstant (fig. 4).

Denne opsætning hjælper med at opretholde stort set en konstant udgang uanset væsentlige variationer i lysnets AC-indgangsspænding. Det findes regelmæssigt i fotografiske og andre applikationer, hvor et meget stabilt og fast lysniveau bliver afgørende.

Lysstofrørskontrol

Med henvisning til alle fasekontrolkredsløb, der hidtil er forklaret, kunne glødetrådslamper manipuleres uden yderligere ændringer af det eksisterende hjemmebelysningssystem.

Dæmpning af lysstofrør kan også være mulig gennem denne form for triac-fasekontrol. Når halogenlampens udvendige temperatur falder til under 2500 grader C, bliver den regenererende halogencyklus ikke-operationel.

Dette kan få glødetrådens wolfram til at blive aflejret over væggen på lampen, hvilket reducerer glødetrådens levetid og også begrænser transmission af belysning gennem glasset. En justering, der ofte anvendes sammen med nogle af de ovenfor gennemgåede kredsløb, er vist i fig. 5

Denne opsætning tænder lamperne, når mørket begynder, og slukker dem igen ved daggry. Det er nødvendigt for fotocellen at se det omgivende lys, men være afskærmet fra lampen, der styres.

Motorhastighedskontrol

Triac fase-kontrol giver dig også mulighed for at justere elektriske motorers hastighed . Den generelle serie af serie-viklet motor kunne styres gennem kredsløb, som dem, der blev anvendt til lys dæmpning.

For at garantere pålidelig kommutering skal en kondensator og seriemodstand imidlertid tilsluttes parallelt over Triac (fig. 6).

Gennem denne opsætning kan motorhastigheden variere som reaktion på ændringer i belastning og forsyningsspænding,

For applikationer, der ikke er kritiske (for eksempel kontrol af blæserhastighed), hvor belastningen er fastgjort med en given hastighed, kræver kredsløbet dog ingen ændringer.

Motorhastighed, som normalt, når det er forprogrammeret, holdes konstant, selv med ændringer i belastningsforholdene, synes at være en nyttig egenskab for elværktøj, omrørere, urmageres drejebænke, pottemagerhjul osv. For at opnå denne 'load sensing' funktion , er en SCR normalt inkluderet i et halvbølge arrangement (fig. 7).

Kredsløbet fungerer ret godt inden for et begrænset antal motorhastighedsområde skønt det kan være sårbart over for 'hurtige' hikke ', og halvbølge-arbejdsreglen hæmmer stabiliseret drift meget over 50% hastighedsområdet. Et belastningsfølende fasekontrolkredsløb, hvor en Triac leverer fuldstændig nul til maksimal kontrol, vises i fig. 8.

Styring af induktionsmotorhastighed

Induktionsmotorer hastighed kunne også kontrolleres ved hjælp af Triacs, selvom du måske støder på et par vanskeligheder, især hvis splitfase eller kondensatorstartmotorer er involveret. Normalt kunne induktionsmotorer styres mellem fuld og halv hastighed, forudsat at disse ikke er 100% belastede.

Motorens temperatur kan bruges som en forholdsvis pålidelig reference. Temperaturen bør aldrig gå ud over producentens specifikationer, uanset hastighed.

Endnu en gang kunne det forbedrede lysdæmperkredsløb, der er angivet i fig. 6 ovenfor, anvendes, men belastningen skal imidlertid være forbundet på det alternative sted som afsløret i de stiplede linjer

Varierende transformatorspænding gennem fasekontrol

Det kredsløbssæt, der er forklaret ovenfor, kunne også bruges til at regulere spændingen inden i en transformers primære sidevikling og derved erhverve en sekundær output med variabel hastighed.

Dette design blev anvendt i forskellige mikroskoplampe-controllere. Et variabelt nul-sæt er leveret ved at ændre 47K modstanden med et 100k potentiometer.

Styring af varmebelastninger

De forskellige Triac-fasekontrolkredsløb, der hidtil er diskuteret, kan anvendes til at styre belastningsapplikationer for varmelegeme, skønt den belastningstemperatur, der styres, kan ændre sig med variationer i indgangs-AC-spændingen og den omgivende temperatur. Et kredsløb, der kompenserer for sådanne forskellige parametre, er vist i fig. 10.

Hypotetisk kunne dette kredsløb holde temperaturen stabiliseret inden for 1% af det forudbestemte punkt uanset vekselstrømsspændingsændringer på +/- 10%. Den nøjagtige samlede ydelse kan bestemmes af strukturen og designet af det system, hvor controlleren anvendes.

Dette kredsløb leverer en relativ kontrol, hvilket betyder, at der gives total effekt til varmebelastningen, da belastningen begynder at varme op, og derefter sænkes effekten på et halvvejs punkt gennem et mål, der er proportionalt med forskellen mellem den faktiske temperatur på belastningen og den påtænkte belastningstemperatur.

Det proportionelle interval er variabelt gennem en 'forstærkning' kontrol. Kredsløbet er ligetil, men alligevel effektivt, men det inkluderer en væsentlig ulempe, der begrænser dets anvendelse til dybest set lettere belastninger. Dette spørgsmål vedrører emission af kraftig radiointerferens på grund af triac-faseskæring.

Radiofrekvensinterferens i fasekontrolsystemer

Alle triac-fasekontrolenheder svinger enorme mængder RF-forstyrrelser (radiofrekvensinterferens eller RFI) ud. Dette sker grundlæggende ved lavere og moderate frekvenser.

Radiofrekvensemission optages stærkt af alle nærliggende mellembølgeradioer og endda af lydudstyr og forstærkere, hvilket genererer en irriterende høj ringelyd.

Denne RFI kan også påvirke udstyr til forskningslaboratorier, især pH-målere, hvilket resulterer i uforudsigelig funktion af computere og andre lignende følsomme elektroniske enheder.

Et muligt middel til at reducere RFI er at tilføje en RF-induktor i serie med strømledningen (angivet som L1 i kredsløbene). En passende dimensioneret choker kunne bygges ved at vikle 40 til 50 omdrejninger af superemaleret kobbertråd over en lille ferritstang eller en hvilken som helst ferritkerne.

Dette kan indføre en induktans på ca. 100 uH undertrykker RFI-svingningerne i høj grad. For øget undertrykkelse kan det være vigtigt at maksimere antallet af drejninger så højt som det kan være muligt, eller induktanser op til 5 H.

Ulempen ved RF-choker

Nedgangen i denne type RF-spiralbaseret triac-fasekontrolkredsløb er, at belastningseffekten skal tages i betragtning i henhold til chokertrådstykkelsen. For belastningen er beregnet til at være inden for kilowatt-området, så skal RF-choker-ledningen være tilstrækkelig tyk, hvilket får spolens størrelse til at stige betydeligt og omfangsrig.

RF-støj er proportional med belastningseffekten, så højere belastninger kan forårsage højere RF-emission, der kræver mere forbedret undertrykkelseskredsløb.

Dette problem er muligvis ikke så alvorligt for induktive belastninger ligesom elmotorer, da selve lastviklingen i sådanne tilfælde dæmper RFI. Triac-fasekontrol er også involveret i et yderligere problem - det er belastningseffektfaktoren.

Belastningseffektfaktoren kan blive påvirket negativt og er et problem, som strømforsyningsregulatorer ser meget alvorligt på.