تتطلب معظم الأجهزة الكهربائية المستخدمة في المنزل طاقة التيار المتردد لتشغيلها. يتم إعطاء طاقة التيار المتردد أو التيار المتردد للأجهزة من خلال عملية التبديل لبعض مفاتيح الطاقة الإلكترونية. من أجل التشغيل السلس للأحمال ، من الضروري التحكم في تم تطبيق طاقة التيار المتردد لهم. يتم تحقيق ذلك بدوره من خلال التحكم في عملية التبديل لمفاتيح الطاقة الإلكترونية ، مثل SCR.
طريقتان للتحكم في تشغيل التبديل من SCR
- طريقة التحكم في المرحلة : يشير هذا إلى التحكم في تبديل SCR مع الإشارة إلى مرحلة إشارة التيار المتردد. عادة ما يكون يتم تشغيل الثايرستور عند 180 درجة من بداية إشارة التيار المتردد. أو بعبارة أخرى عند تقاطعات الصفر لشكل موجة إشارة التيار المتردد ، يتم تطبيق نبضات إطلاق على طرف بوابة الثايرستور. في حالة التحكم في قدرة التيار المتردد على SCR ، يتم تأخير تطبيق هذه النبضات عن طريق زيادة الوقت بين النبضات وهذا يسمى التحكم عن طريق تأخير زاوية الإطلاق. ومع ذلك ، تسبب هذه الدوائر التوافقيات ذات الترتيب الأعلى وتولد ترددات الراديو RFI وتيار التدفق الثقيل وعند مستويات طاقة أكبر ، فإنها تتطلب المزيد من المرشحات لتقليل التداخل RFI.
- تبديل دورة متكاملة: يعد التحكم في الدورة المتكاملة طريقة أخرى تستخدم للتحويل المباشر للتيار المتردد إلى التيار المتردد المعروف باسم التبديل الصفري أو اختيار الدورة. يتعلق إطلاق الدورة المتكاملة بدوائر تبديل التيار المتناوب وخاصةً دوائر التبديل ذات الجهد صفر بدورة متكاملة. عندما يتم استخدام مفتاح الجهد الصفري لتبديل عامل طاقة منخفض (الحمل الاستقرائي) مثل المحرك أو محول الطاقة ، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة محول الطاقة على خطوط المرافق. ومن ثم فإن تشبع تيار الحمل هو تيارات تدفق عالية بشكل مفرط. هناك طريقة أخرى لتبديل الجهد الصفري بدورة متكاملة تتضمن استخدام ترتيبات معقدة نسبيًا لعناصر تخزين ثنائية الاستقرار ودوائر منطقية تحسب فعليًا عدد نصف دورات تيار الحمل. يتكون تبديل الدورة المتكاملة من تشغيل العرض للتحميل لعدد صحيح من الدورات ثم إيقاف تشغيل العرض لعدد إضافي من الدورات المتكاملة. نظرًا للجهد الصفري وعدم التبديل الحالي للثايرستور ، سيتم تقليل التوافقيات المتولدة. لا يمكن استخدام تبديل الدورة المتكاملة للجهد السلس ويكون التردد متغيرًا. يعد تبديل الدورة المتكاملة عن طريق التمثال النصفي للثايرستور كطريقة لإزالة الدورة بأكملها أو دورات أو أجزاء من دورات إشارة التيار المتردد ، طريقة معروفة وقديمة للتحكم في طاقة التيار المتردد ، خاصة عبر أحمال سخان التيار المتردد. ومع ذلك ، فإن مفهوم تحقيق دورة سرقة الشكل الموجي للجهد باستخدام متحكم دقيق يمكن أن يكون دقيقًا جدًا وفقًا للبرنامج المكتوب بلغة Assembly / C. بحيث يكون متوسط وقت الجهد أو الذي يتم اختباره حاليًا عند الحمل أصغر نسبيًا مما لو كانت الإشارة بأكملها سيتم توصيلها بالحمل.
أحد الآثار الجانبية لاستخدام هذا المخطط هو عدم التوازن في تيار الإدخال أو شكل موجة الجهد حيث يتم تشغيل وإيقاف الدورات عبر الحمل ومن ثم فهي مناسبة لأحمال محددة مقابل طريقة التحكم بزاوية الإطلاق لتقليل THD.
قبل الخوض في أمثلة لكل نوع من أنواع التحكم ، دعنا نلخص قليلاً عن اكتشاف التقاطع الصفري.
كشف العبور الصفري أو تقاطع الجهد الصفري
بمصطلح Zero Voltage Crossing ، نعني النقطة في شكل موجة إشارة التيار المتردد حيث تعبر الإشارة المرجع الصفري لشكل الموجة أو بعبارة أخرى حيث يتقاطع شكل موجة الإشارة مع المحور السيني. يتم استخدامه لقياس التردد أو فترة الإشارة الدورية. يمكن استخدامه أيضًا لتوليد نبضات متزامنة يمكن استخدامها لتشغيل طرف البوابة لمعدل التحكم بالسيليكون لجعله يعمل بزاوية إطلاق 180 درجة.
تحتوي الموجة الجيبية بطبيعتها على عقد حيث يعبر الجهد نقطة الصفر ، ويعكس الاتجاه ويكمل الموجة الجيبية.
من خلال تبديل حمل التيار المتردد عند نقطة الجهد الصفري ، فإننا نتخلص فعليًا من الخسائر والضغوط الناتجة عن الجهد.
دائرة ZVS أو ZVR ذات الاستشعار صفر أو صفر الجهد الاستشعار
عادة ، يعمل OPAMP المستخدم في الكشف عن العبور الصفري كمقارن لمقارنة إشارة DC النبضة (التي تم الحصول عليها عن طريق تصحيح إشارة التيار المتردد) ، بجهد DC المرجعي (يتم الحصول عليه عن طريق تصفية إشارة DC النابضة). يتم إعطاء الإشارة المرجعية إلى الطرف غير المحول بينما يتم إعطاء الجهد النابض إلى الطرف المقلوب.
في حالة كون جهد التيار المستمر النابض أقل من الإشارة المرجعية ، يتم تطوير إشارة منطقية عالية عند خرج المقارنة. وهكذا ، لكل نقطة عبور صفرية لإشارة التيار المتردد ، يتم إنشاء نبضات من خرج كاشف التقاطع الصفري.
فيديو عن كاشفات العبور الصفرية
التحكم في دورة التبديل المتكامل (ISCC):
لإزالة عيوب تبديل الدورة المتكاملة والتحكم في الطور ، يتم استخدام التحكم في دورة التبديل المتكاملة للتحكم في حمل التسخين. دائرة ISCC بها 3 أقسام. يتكون الأول من مصدر طاقة لتشغيل جميع مكبرات الصوت الداخلية وتغذية طاقة البوابة لأجهزة أشباه موصلات الطاقة. يتكون القسم الثاني من الكشف عن الجهد الصفري عن طريق استشعار حالة جهد الإمداد الصفري ويوفر تأخيرًا في الطور. في القسم الثالث ، هناك حاجة إلى مرحلة مكبر للصوت والتي يتم تكبيرها إشارة التحكم لتوفير محرك الأقراص اللازم لتشغيل مفتاح الطاقة. تتكون دوائر ISCC من دائرة الإشعال ومضخم الطاقة (FCPA) ومصدر الطاقة للتحكم في الحمل.
يتكون FCPA من محركات بوابة للثايرستور ويستخدم TRIAC كأجهزة طاقة في التصميم المقترح. يمكن أن يجري الترياك تيارًا في أي من الاتجاهين عند تشغيله ويسمى سابقًا الثايرستور ثنائي الاتجاه أو الثايرستور الثنائي. Triac هو مفتاح مناسب لدارات التيار المتردد والذي يسمح بالتحكم في تدفقات الطاقة الكبيرة بتيارات التحكم في مقياس المللي أمبير.
تطبيق تبديل الدورة المتكاملة - التحكم في الطاقة الصناعية عن طريق التبديل المتكامل
يمكن استخدام هذه الطريقة للتحكم في طاقة التيار المتردد ، خاصة عبر الأحمال الخطية مثل السخانات المستخدمة في الفرن الكهربائي. في هذا ، يسلم الميكروكونترولر الإخراج بناءً على المقاطعة المستلمة كمرجع لجيل من النبضات المحرضة.
باستخدام هذه النبضات المحفزة ، يمكننا تشغيل optoisolators لتشغيل Triac لتحقيق التحكم في الدورة المتكاملة وفقًا للمفاتيح التي يتم توصيلها بالمتحكم الدقيق. بدلاً من المحرك ، يتم توفير مصباح كهربائي لمراقبة عمله.
مخطط كتلة للتحكم في الطاقة عن طريق تبديل الدورة المتكاملة
هنا يتم استخدام كاشف العبور الصفري لتوفير نبضات تحفيز لنبضات بوابة الثايرستور. يتم التحكم في تطبيق هذه النبضات من خلال متحكم دقيق وجهاز فحص البصر. تمت برمجة وحدة التحكم الدقيقة لتطبيق النبضات على جهاز فحص النظر لفترة زمنية محددة ثم إيقاف تطبيق النبضات لفترة زمنية محددة أخرى. ينتج عن هذا القضاء التام على بضع دورات من شكل موجة إشارة التيار المتردد المطبقة على الحمل. وفقًا لذلك ، يقوم جهاز optoisolator بتحريك الثايرستور استنادًا إلى المدخلات من وحدة التحكم الدقيقة. وبالتالي يتم التحكم في طاقة التيار المتردد الممنوحة للمصباح.
تطبيق للتبديل المتحكم فيه - التحكم في طاقة التيار المتردد القابل للبرمجة
رسم تخطيطي للتحكم في الطاقة بواسطة طريقة التحكم في الطور
تستخدم هذه الطريقة للتحكم في شدة المصباح من خلال التحكم في طاقة التيار المتردد للمصباح. يتم ذلك عن طريق تأخير تطبيق نبضات الإطلاق على TRIAC أو باستخدام طريقة تأخير زاوية الإطلاق. يوفر الكاشف المتقاطع الصفري نبضات عند كل تقاطعات صفرية لشكل موجة التيار المتردد الذي يتم تطبيقه على المتحكم الدقيق. في البداية ، يعطي متحكم دقيق هذه النبضات إلى optoisolator الذي يقوم وفقًا لذلك بتشغيل الثايرستور دون أي تأخير وبالتالي يضيء المصباح بكثافة كاملة. الآن باستخدام لوحة المفاتيح الموصولة بالمتحكم الدقيق ، يتم تطبيق الشدة المطلوبة بالنسبة المئوية على وحدة التحكم الدقيقة ويتم برمجتها وفقًا لذلك لتأخير تطبيق النبضات على optoisolator. وبالتالي تأخر تشغيل الثايرستور وبالتالي يتم التحكم في شدة المصباح.
