Enkla triac-faskontrollkretsar utforskade

I en triac-fasstyrkrets utlöses triac endast PÅ för specifika delar av växelströmshalvcyklerna, vilket får lasten att fungera endast under den perioden av AC-vågformen. Detta resulterar i en kontrollerad kraftförsörjning till lasten.

Triacs används populärt som ett solid state-ersättning av relä för växling av högeffekts växelström. Det finns dock en annan mycket användbar egenskap hos triacs som gör att de kan användas som effektregulatorer för att kontrollera en given belastning vid önskade specifika effektnivåer.

Detta implementeras i princip genom ett par metoder: Faskontroll och nollspänningsomkoppling.

Faskontrollapplikation är normalt lämplig för belastningar som ljusdimmer, elmotorer, spännings- och strömregleringsmetoder.

Nollspänningsomkoppling är lämpligare för restbelastningar som glödlampor, värmare, lödkolvar, gejsrar etc. Även om dessa också kan styras med fasstyrningsmetod.

Hur Triac-fasstyrning fungerar

En Triac kan utlösas till aktivering över vilken del som helst av en applicerad växelströmshalvcykel, och den kommer att fortsätta att vara i ledande läge precis tills växelströmshalvcykeln har nått nollövergångslinjen.

Det betyder att när en triac utlöses i början av varje AC-halvcykel, skulle Triac i huvudsak slå PÅ precis som en ON / OFF-omkopplare, aktiverad.

Antag dock att om denna utlösande signal används någonstans mitt i AC-vågformen, skulle Triac tillåtas att leda helt enkelt under den kvarvarande perioden av den halva cykeln.

Och för att Triac aktiveras under bara halva perioden minskar den proportionellt den effekt som matas till lasten med cirka 50% (fig. 1).

Således skulle mängden effekt till belastningen kunna regleras vid vilken önskad nivå som helst, bara genom att variera triac-utlösande punkten på växelströmsfasvågformen. Så här fungerar fasstyrning med en triac.

Lätt dimmerapplikation

TILL standardljusdimmerkrets visas i fig. 2 nedan. Under varje AC-halvcykel laddas kondensatorn 0,1 µf (genom motståndet från styrpotentiometern) tills en spänningsnivå på 30-32 uppnås över dess pinouts.

Runt denna nivå tänds avtryckardioden (diac) och orsakar spänningen att passera avtryckaren triacens grind.

TILL neonlampa kan också användas i stället för a diakon för samma svar. Tiden som används av 0,1 µf kondensator för att ladda upp till skjuttröskeln för diacen är beroende av motståndsinställningen för styrpotentiometern.

Antag nu att om potentiometer justeras till ett nollmotstånd, kommer kondensatorn att ladda omedelbart till diacens avfyrningsnivå, vilket i sin tur får ledningen att gå i stort sett hela växelströmens halvcykel.

Å andra sidan, när potentiometern justeras till det kan det maximala motståndsvärdet orsaka kondensator att ladda till skjutnivån bara tills halvcykeln nästan har nått sin slutpunkt. Detta gör det möjligt för

Triac genomför endast under mycket kort tid medan växelströmsvågformen färdas över slutet av halvcykeln.

Även om dimmerkretsen som visas ovan verkligen är enkel och till en låg kostnad att konstruera ingår en betydande begränsning - det tillåter inte en smidig kontroll av kraften på lasten från noll till maximum.

När vi vrider på potentiometern kan vi uppleva att belastningsströmmen stiger ganska plötsligt från noll till några högre nivåer, varifrån denna först då kunde fungera smidigt i de högre eller de lägre nivåerna.

Om nätaggregatet kort avbryts och lampans belysning går under denna 'hopp' (hysteres) nivå förblir lampan avstängd även efter att strömmen slutligen har återställts.

Hur man minskar hysteres

Detta hystereseffekt kan sänkas avsevärt genom att implementera konstruktionen såsom visas i kretsen i fig 3 nedan.

Korrigering: Byt ut 100 uF med 100 uH för RFI-spolen

Denna krets fungerar bra som en hushålls ljusdimmer . Alla delar kan monteras på baksidan av ett väggbrytarkort och om lasten råkar vara under 200 watt, kan Triac fungera utan att bero på en kylfläns.

Praktiskt taget 100% frånvaro av hysteres är nödvändig för ljusdimmer som används i orkesterföreställningar och teatrar för att möjliggöra konsekvent belysningskontroll av lamporna. Denna funktion kan åstadkommas genom att arbeta med kretsen som visas i figur 4 nedan.

Korrigering: Byt ut 100 uF med 100 uH för RFI-spolen

Välja Triac Power

Glödlampor drar otroligt stor ström under den tid filamentet når sina driftstemperaturer. Detta slå på strömmen ström kan överträffa den nominella strömmen för triac med cirka 10 till 12 gånger.

Lyckligtvis kan hushållsglödlampor nå sin driftstemperatur på bara några växelströmscykler, och denna korta period med hög ström absorberas enkelt av Triac utan problem.

Men situationen kanske inte är densamma för teaterbelysningsscenarier, där de större wattlamporna kräver mycket längre tid för att uppnå sin arbetstemperatur. För sådana typer av applikationer måste Triac klassas till minst 5 gånger den typiska maximala belastningen.

Spänningsfluktuationer i Triac-fasstyrkretsar

Var och en av de hittills visade triac-fasstyrkretsarna är alla spänningsberoende - vilket betyder att deras utspänning varierar beroende på förändringarna i ingångsspänningen. Detta beroende av spänning kan elimineras med användning av en zenerdiod som kan stabilisera och hålla spänningen över tidskondensatorn konstant (fig 4).

Denna inställning hjälper till att upprätthålla praktiskt taget en konstant uteffekt oavsett några signifikanta variationer i nätspänning. Det finns regelbundet i fotografiska och andra applikationer där en mycket stabil och fast ljusnivå blir viktig.

Lysrörsreglering

Med hänvisning till alla fasstyrningskretsar som förklarats hittills kan glödlampor manipuleras utan några ytterligare ändringar av det befintliga hembelysningssystemet.

Dimning av lysrör kan också vara möjlig genom denna typ av triac-fasreglering. När halogenlampans yttre temperatur sjunker under 2500 grader C, blir den regenererande halogencykeln icke funktionsduglig.

Detta kan göra att glödlampan Tungsten avsätts över lampväggen, vilket minskar glödtrådens livslängd och också begränsar överföringen av belysning genom glaset. En justering som ofta används tillsammans med några av de granskade kretsarna ovan visas i fig. 5

Denna inställning tänder lamporna när mörkret börjar och stänger av dem igen vid gryningen. Det är nödvändigt att fotocellen ser det omgivande ljuset men skyddas från lampan som kontrolleras.

Motorhastighetskontroll

Triac faskontroll gör det också möjligt att justera elmotorernas hastighet . Den allmänna typen av serie-lindad motor kan styras genom kretsar som de som används för ljusdämpning.

För att garantera tillförlitlig pendling måste en kondensator och seriemotstånd dock anslutas parallellt över Triac (fig. 6).

Genom denna inställning kan motorhastigheten variera beroende på förändringar i belastning och matningsspänning,

För applikationer som inte är kritiska (till exempel fläkthastighetsreglering), där belastningen är fixerad vid en viss hastighet, kräver kretsen dock inga ändringar.

Motorhastighet som vanligtvis, när den är förprogrammerad, hålls konstant även vid förändringar i lastförhållandena verkar vara en användbar egenskap för elverktyg, omrörare, urmakars svarvar, krukmakarehjul etc. För att uppnå denna 'lastavkännande' -funktion. , ingår en SCR vanligtvis i ett halvvågsarrangemang (fig. 7).

Kretsen fungerar ganska bra inom en begränsad motorhastighetsområde även om det kan vara sårbart för 'snabba' hicka och halvvågsregeln hindrar stabiliserad drift mycket över hastighetsområdet på 50%. En lastavkännande fasstyrningskrets där en Triac levererar fullständig noll till maximal kontroll visas i fig. 8.

Kontroll av induktionsmotorhastighet

Induktionsmotorer hastigheten kan också kontrolleras med Triacs, även om du kan stöta på några svårigheter, särskilt om delade faser eller kondensatorstartmotorer är inblandade. Normalt kan induktionsmotorer styras mellan full och halv hastighet, med tanke på att dessa inte är 100% belastade.

Motortemperaturen kan användas som en ganska pålitlig referens. Temperaturen bör aldrig överskrida tillverkarens specifikationer, i någon hastighet.

Återigen kan den förbättrade ljusdimmerkretsen som anges i fig. 6 ovan appliceras, dock måste belastningen vara ansluten på den alternativa platsen som avslöjas i de streckade linjerna.

Varierande transformatorspänning genom fasstyrning

Kretsuppsättningen som förklarats ovan kan också användas för att reglera spänningen inom en transformators primärlindning och därigenom erhålla en sekundär utgång med variabel hastighet.

Denna design användes i olika mikroskoplampstyrenheter. En variabel nolluppsättning har tillhandahållits genom att ändra 47K-motståndet med en 100k potentiometer.

Kontroll av uppvärmningslaster

De olika Triac-fasstyrkretsarna som diskuterats hittills kan användas för att styra belastningstillämpningar av värmertyp, även om belastningstemperaturen som kontrolleras kan förändras med variationer i ingångs växelspänningen och omgivningstemperaturen. En krets som kompenserar för sådana varierande parametrar visas i figur 10.

Hypotetiskt kan denna krets hålla temperaturen stabiliserad till inom 1% av den förutbestämda punkten oavsett växelströmsspänningsförändringar på +/- 10%. Exakt övergripande prestanda kan bestämmas av strukturen och utformningen av systemet där styrenheten används.

Denna krets ger en relativ kontroll, vilket innebär att total effekt ges till värmebelastningen när belastningen börjar värmas upp, sedan sänks effekten vid någon halvvägs genom ett mått som är proportionellt mot skillnaden mellan den faktiska temperaturen på belastningen och den avsedda belastningstemperaturen.

Det proportionella intervallet är variabelt genom en 'förstärkning' -kontroll. Kretsen är enkel men ändå effektiv, men den innehåller en betydande nackdel som begränsar dess användning till i princip lägre belastningar. Den här frågan gäller utsläpp av kraftig radiostörning på grund av triac-fashuggning.

Radiofrekvensstörningar i fasstyrsystem

Alla triac-fasstyrenheter vrider ut stora mängder RF-störningar (radiofrekvensstörning eller RFI). Detta händer i grunden vid lägre och måttliga frekvenser.

Radiofrekvensutsläpp tas upp starkt av alla närliggande medelvågsradioer och till och med av ljudutrustning och förstärkare, vilket genererar ett irriterande högt ringande ljud.

Denna RFI kan också påverka utrustning för forskningslaboratorier, särskilt pH-mätare, vilket kan resultera i oförutsägbar funktion hos datorer och andra liknande känsliga elektroniska enheter.

Ett möjligt botemedel för att minska RFI är att lägga till en RF-induktor i serie med kraftledningen (indikerad som L1 i kretsarna). En lämpligt dimensionerad choke kan byggas genom att linda 40 till 50 varv av super emaljerad koppartråd över en liten ferritstav eller någon ferritkärna.

Detta kan införa en induktans på ca. 100 uH undertrycker RFI-svängningarna i stor utsträckning. För ökad dämpning kan det vara viktigt att maximera antalet varv till så högt som det kan vara möjligt, eller induktanser upp till 5 H.

Nackdelen med RF-choke

Nedgången för denna typ av RF-spiralbaserad triacfaskontrollkrets är att lasteffekten måste beaktas enligt chokertrådens tjocklek. För att lasten är avsedd att ligga inom kilowatt-området måste RF-choke-kabeln vara tillräckligt tjock för att spolens storlek ska öka avsevärt och skrymmande.

RF-bruset är proportionellt mot belastningseffekten, så högre belastningar kan orsaka högre RF-utsläpp som kräver mer förbättrad undertryckningskrets.

Det här problemet kanske inte är så svårt för induktiva belastningar som elektriska motorer, eftersom i sådana fall själva lastlindringen dämpar RFI. Triac-fasstyrning är också involverad i en ytterligare fråga - det är lasteffektfaktorn.

Lasteffektfaktorn kan påverkas negativt och är ett problem som kraftförsörjningsregulatorerna ser ganska allvarligt.