วิธีควบคุมไฟ AC

เครื่องใช้ไฟฟ้าส่วนใหญ่ที่ใช้ในบ้านต้องใช้ไฟ AC ในการทำงาน ไฟฟ้ากระแสสลับหรือ AC นี้ให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าผ่านการทำงานของสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์กำลังบางส่วน เพื่อการทำงานที่ราบรื่นของโหลดจำเป็นต้องควบคุม ใช้ไฟ AC ถึงพวกเขา. สิ่งนี้ทำได้โดยการควบคุมการทำงานของสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์กำลังเช่น SCR

สองวิธีในการควบคุมการสลับการทำงานของ SCR

• วิธีการควบคุมเฟส : หมายถึงการควบคุมการสลับ SCR โดยอ้างอิงเฟสของสัญญาณ AC โดยปกติแล้วไฟล์ ไทริสเตอร์ถูกกระตุ้น ที่ 180 องศาจากจุดเริ่มต้นของสัญญาณ AC หรืออีกนัยหนึ่งที่จุดตัดเป็นศูนย์ของรูปคลื่นสัญญาณ AC พัลส์ทริกเกอร์จะถูกนำไปใช้กับเทอร์มินัลประตูของไทริสเตอร์ ในกรณีของการควบคุมไฟฟ้ากระแสสลับไปยัง SCR การประยุกต์ใช้พัลส์เหล่านี้จะล่าช้าโดยการเพิ่มเวลาระหว่างพัลส์และสิ่งนี้เรียกว่าการควบคุมโดยการหน่วงเวลามุมยิง อย่างไรก็ตามวงจรเหล่านี้ทำให้เกิดฮาร์มอนิกลำดับที่สูงขึ้นและสร้าง RFI ความถี่วิทยุและกระแสไฟเข้าหนักและในระดับพลังงานที่มากขึ้นก็ต้องใช้ตัวกรองมากขึ้นเพื่อลด RFI

• การสลับวงจรรวม: การควบคุมวงจรอินทิกรัลเป็นอีกวิธีหนึ่งที่ใช้สำหรับการแปลง AC เป็น AC โดยตรงซึ่งเรียกว่าการสลับศูนย์หรือการเลือกรอบ การทริกเกอร์วงจรอินทิกรัลเกี่ยวข้องกับวงจรสวิตชิ่งกระแสสลับและโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับวงจรสวิตชิ่งแรงดันไฟฟ้าที่เป็นศูนย์ เมื่อใช้สวิตช์แรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์เพื่อเปลี่ยนตัวประกอบกำลังไฟฟ้าต่ำ (โหลดอุปนัย) เช่นมอเตอร์หรือหม้อแปลงไฟฟ้าทำให้หม้อแปลงไฟฟ้าร้อนเกินไปในสายสาธารณูปโภค ดังนั้นความอิ่มตัวของกระแสไฟฟ้าจึงมีกระแสไหลเข้าสูงเกินไป อีกวิธีหนึ่งในการสลับแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์แบบครบวงจรคือการใช้การจัดเรียงที่ค่อนข้างซับซ้อนขององค์ประกอบการจัดเก็บแบบไบ - เสถียรและวงจรลอจิกซึ่งจะนับจำนวนครึ่งรอบของกระแสโหลด การสลับวงจรอินทิกรัลประกอบด้วยการเปิดแหล่งจ่ายเพื่อโหลดสำหรับจำนวนรอบจำนวนเต็มจากนั้นปิดแหล่งจ่ายสำหรับจำนวนรอบอินทิกรัลเพิ่มเติม เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์และการเปลี่ยนกระแสเป็นศูนย์ของไทริสเตอร์ฮาร์มอนิกที่สร้างขึ้นจะลดลง การใช้แรงดันไฟฟ้าแบบสลับวงจรหนึ่งเป็นไปไม่ได้และความถี่เป็นตัวแปร การสลับวงจรแบบอินทิกรัลโดยการทริกเกอร์ของไทริสเตอร์เป็นวิธีการลบวงจรทั้งหมดรอบหรือบางส่วนของวงจรของสัญญาณ AC เป็นวิธีการที่รู้จักกันดีและเก่าแก่ในการควบคุมไฟ AC โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโหลด AC ของฮีตเตอร์ อย่างไรก็ตามแนวคิดในการบรรลุวงจรการขโมยรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าโดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์นั้นมีความแม่นยำมากตามโปรแกรมที่เขียนด้วยภาษา Assembly / C เพื่อให้เวลาเฉลี่ยของแรงดันไฟฟ้าหรือที่มีประสบการณ์ในปัจจุบันมีขนาดเล็กกว่าการเชื่อมต่อสัญญาณทั้งหมดกับโหลด

ผลข้างเคียงอย่างหนึ่งของการใช้โครงร่างนี้คือความไม่สมดุลของกระแสอินพุตหรือรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าเนื่องจากวงจรจะเปิดและปิดตลอดโหลดดังนั้นจึงเหมาะสำหรับโหลดเฉพาะเมื่อเทียบกับวิธีการควบคุมมุมยิงเพื่อลด THD

ก่อนที่จะดูตัวอย่างของการควบคุมแต่ละประเภทขอให้เราสรุปข้อมูลเล็กน้อยเกี่ยวกับการตรวจจับการข้ามศูนย์

Zero-Crossing Detection หรือ Zero Voltage Crossing

ตามคำว่า Zero Voltage Crossing เราหมายถึงจุดที่รูปคลื่นสัญญาณ AC ที่สัญญาณข้ามการอ้างอิงศูนย์ของรูปคลื่นหรืออีกนัยหนึ่งที่รูปคลื่นสัญญาณตัดกับแกน x ใช้เพื่อวัดความถี่หรือช่วงเวลาของสัญญาณเป็นระยะ นอกจากนี้ยังสามารถใช้เพื่อสร้างพัลส์ที่ซิงโครไนซ์ซึ่งสามารถใช้เพื่อทริกเกอร์เทอร์มินัลประตูของ Silicon Controlled Rectifier เพื่อให้ทำงานที่มุมยิง 180 องศา

คลื่นไซน์โดยธรรมชาติมีโหนดที่แรงดันไฟฟ้าข้ามจุดศูนย์กลับทิศทางและทำให้คลื่นไซน์สมบูรณ์

ด้วยการสลับโหลด AC ที่จุดแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์เราจะกำจัดการสูญเสียและความเครียดที่เกิดจากแรงดันไฟฟ้าได้อย่างแท้จริง

Zero Cross Sensing หรือ Zero Voltage Sensing ZVS หรือ ZVR Circuit

โดยปกติแล้ว OPAMP ที่ใช้ในการตรวจจับการข้ามศูนย์จะทำงานเป็นตัวเปรียบเทียบเปรียบเทียบสัญญาณ DC แบบพัลซิ่ง (ได้จากการแก้ไขสัญญาณ AC) กับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงอ้างอิง (ได้จากการกรองสัญญาณ DC แบบพัลส์) สัญญาณอ้างอิงจะถูกส่งไปยังเทอร์มินัลที่ไม่เปลี่ยนทิศทางในขณะที่แรงดันไฟฟ้าแบบพัลซิ่งจะถูกกำหนดให้กับขั้วกลับด้าน

ในกรณีที่แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงแบบกะพริบน้อยกว่าสัญญาณอ้างอิงสัญญาณลอจิกสูงจะถูกพัฒนาที่เอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบ ดังนั้นสำหรับทุกจุดข้ามศูนย์ของสัญญาณ AC พัลส์จะถูกสร้างขึ้นจากเอาต์พุตของ Zero Crossing Detector

วิดีโอเกี่ยวกับเครื่องตรวจจับการข้ามศูนย์

Integral Switching Cycle Control (ISCC):

เพื่อลบข้อเสียของการสลับวงจรอินทิกรัลและการควบคุมเฟสการสลับการควบคุมวงจรการสลับอินทิกรัลใช้สำหรับการควบคุมภาระความร้อน วงจร ISCC มี 3 ส่วน อันแรกประกอบด้วยแหล่งจ่ายไฟเพื่อขับเคลื่อนแอมพลิฟายเออร์ภายในทั้งหมดและป้อนพลังงานเกตให้กับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลัง ส่วนที่สองประกอบด้วยการตรวจจับแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์โดยการตรวจจับอินสแตนซ์ของแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์และให้การหน่วงเฟส ในส่วนที่สามจำเป็นต้องมีเวทีเครื่องขยายเสียงซึ่งจะขยาย สัญญาณควบคุม เพื่อจัดหาไดรฟ์ที่จำเป็นในการเปิดสวิตช์ไฟ วงจร ISCC ประกอบด้วย Firing circuit & Power Amplifier (FCPA) และแหล่งจ่ายไฟสำหรับควบคุมโหลด

FCPA ประกอบด้วยตัวขับเกตสำหรับไทริสเตอร์และ TRIAC ใช้เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าในการออกแบบที่เสนอ Triac สามารถนำกระแสไปในทิศทางใดก็ได้เมื่อเปิดเครื่องและเดิมเรียกว่าไทริสเตอร์ไตรโอดแบบสองทิศทางหรือไทริสเตอร์ไตรโอดทวิภาคี Triac เป็นสวิตช์ที่สะดวกสำหรับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ด้วยกระแสควบคุมขนาดมิลลิแอมป์

การประยุกต์ใช้การสลับวงจรแบบอินทิกรัล - การควบคุมพลังงานอุตสาหกรรมโดยการสลับอินทิกรัล

วิธีนี้สามารถใช้ในการควบคุมไฟฟ้ากระแสสลับโดยเฉพาะในโหลดเชิงเส้นเช่นเครื่องทำความร้อนที่ใช้ในเตาไฟฟ้า ในสิ่งนี้ไมโครคอนโทรลเลอร์จะส่งเอาต์พุตตามการขัดจังหวะที่ได้รับเป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับการสร้างพัลส์ทริกเกอร์

การใช้พัลส์ทริกเกอร์เหล่านี้เราสามารถขับเคลื่อนออปโตไอโซเลเตอร์เพื่อกระตุ้น Triac เพื่อให้เกิดการควบคุมวงจรรวมตามสวิตช์ที่เชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์ แทนมอเตอร์จะมีหลอดไฟฟ้าสำหรับสังเกตการทำงานของมัน

แผนภาพบล็อกของการควบคุมพลังงานโดยการสลับวงจรอินทิกรัล

ที่นี่ใช้เครื่องตรวจจับการข้ามศูนย์เพื่อให้พัลส์ทริกเกอร์ไปยังเกตพัลส์ของไทริสเตอร์ การประยุกต์ใช้พัลส์เหล่านี้ควบคุมผ่านไมโครคอนโทรลเลอร์และออปโตอิโซเลเตอร์ ไมโครคอนโทรลเลอร์ได้รับการตั้งโปรแกรมให้ใช้พัลส์กับออปโป้อิโซเลเตอร์ตามระยะเวลาที่กำหนดจากนั้นจึงหยุดการใช้พัลส์เป็นระยะเวลาคงที่อื่น ส่งผลให้มีการกำจัดรูปคลื่นสัญญาณ AC สองสามรอบที่ใช้กับโหลดอย่างสมบูรณ์ optoisolator จึงขับเคลื่อนไทริสเตอร์ตามอินพุตจากไมโครคอนโทรลเลอร์ ดังนั้นไฟฟ้ากระแสสลับที่ให้กับหลอดไฟจึงถูกควบคุม

การประยุกต์ใช้การสลับการควบคุมเฟส - การควบคุมไฟ AC ที่ตั้งโปรแกรมได้

แผนภาพบล็อกของการควบคุมพลังงานโดยวิธีการควบคุมเฟส

วิธีนี้ใช้ในการควบคุมความเข้มของหลอดไฟโดยการควบคุมไฟฟ้ากระแสสลับไปยังหลอดไฟ ทำได้โดยการชะลอการใช้พัลส์ทริกเกอร์ไปยัง TRIAC หรือใช้วิธีหน่วงเวลามุมยิง เครื่องตรวจจับการข้ามศูนย์จะจ่ายพัลส์ที่ทุกจุดตัดของรูปคลื่น AC ซึ่งใช้กับไมโครคอนโทรลเลอร์ ในขั้นต้นไมโครคอนโทรลเลอร์จะให้พัลส์เหล่านี้ไปยังออปโตไอโซเลเตอร์ซึ่งจะกระตุ้นไทริสเตอร์โดยไม่ชักช้าและหลอดไฟจะเรืองแสงด้วยความเข้มเต็มที่ ขณะนี้ใช้ปุ่มกดที่เชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์ความเข้มที่ต้องการเป็นเปอร์เซ็นต์จะถูกนำไปใช้กับไมโครคอนโทรลเลอร์และมีการตั้งโปรแกรมเพื่อชะลอการใช้พัลส์ไปยังออปโตไอโซเลเตอร์ ดังนั้นการกระตุ้นของไทริสเตอร์จึงล่าช้าและตามความเข้มของหลอดไฟจะถูกควบคุม