تم استكشاف دوائر التحكم في الطور التيرستورات البسيطة

في دائرة التحكم في مرحلة التيرستورات ، يتم تشغيل التيرستورات فقط لأجزاء محددة من دورات نصف التيار المتردد ، مما يتسبب في تشغيل الحمل فقط لتلك الفترة من شكل موجة التيار المتردد. ينتج عن هذا إمداد متحكم فيه بالطاقة للحمل.

تستخدم Triacs بشكل شائع كبديل للحالة الصلبة للمرحل لتحويل أحمال التيار المتردد عالية الطاقة. ومع ذلك ، هناك ميزة أخرى مفيدة للغاية للتيرستورات والتي تسمح باستخدامها كوحدات تحكم في الطاقة ، للتحكم في حمولة معينة عند مستويات طاقة معينة مرغوبة.

يتم تنفيذ ذلك بشكل أساسي من خلال طريقتين: التحكم في الطور وتبديل الجهد الصفري.

عادة ما يكون تطبيق التحكم في الطور مناسبًا للأحمال مثل مخفتات الضوء والمحركات الكهربائية وتقنيات تنظيم الجهد والتيار.

يعد تبديل الجهد الصفري أكثر ملاءمة للأحمال المضطربة مثل المصابيح المتوهجة والسخانات ومكاوي اللحام والسخانات وما إلى ذلك على الرغم من أنه يمكن التحكم فيها أيضًا من خلال طريقة التحكم في الطور.

كيف يعمل التحكم في المرحلة Triac

يمكن تشغيل Triac في التنشيط عبر أي جزء من نصف دورة التيار المتردد المطبق ، وسيظل في وضع التوصيل حتى تصل دورة نصف التيار المتردد إلى خط عبور الصفر.

هذا يعني أنه عندما يتم تشغيل التيرستورات في بداية كل نصف دورة تيار متردد ، فإن التيرستورات سوف يتم تشغيله بشكل أساسي تمامًا مثل مفتاح التشغيل / الإيقاف ، في وضع التشغيل.

ومع ذلك ، افترض أنه إذا تم استخدام هذه الإشارة المحفزة في مكان ما في منتصف مسار موجة دورة التيار المتردد ، فسيُسمح للترياك بالقيام ببساطة خلال الفترة المتبقية من نصف الدورة.

ولأن ملف ينشط التيرستورات خلال نصف الفترة فقط ، يخفض بشكل متناسب الطاقة التي يتم توفيرها للحمل ، بحوالي 50٪ (الشكل 1).

وبالتالي ، يمكن التحكم في مقدار الطاقة إلى الحمل عند أي مستوى مرغوب ، فقط عن طريق تغيير نقطة إطلاق التيرستورات على شكل موجة الطور AC. هذه هي الطريقة التي يعمل بها التحكم في الطور باستخدام التيرستورات.

تطبيق باهتة الضوء

إلى دائرة باهتة الضوء القياسية معروض في الشكل 2 أدناه. في سياق كل نصف دورة تيار متردد ، يتم شحن مكثف 0.1 throughf (من خلال مقاومة مقياس جهد التحكم) حتى يتم الوصول إلى مستوى الجهد من 30 إلى 32 عبر نقاط التوصيل الخاصة به.

حول هذا المستوى ، يتم إجبار الصمام الثنائي (diac) على إطلاق النار مما يتسبب في تمرير الجهد عبر الزناد بوابة التيرستورات.

إلى مصباح نيون قد يتم توظيفها أيضًا بدلاً من أ الشماس لنفس الرد. الوقت الذي يستخدمه مكثف 0.1 درجة فهرنهايت للشحن حتى عتبة إطلاق النار يعتمد على إعداد المقاومة لمقياس جهد التحكم.

افترض الآن إذا كان مقياس فرق الجهد يتم ضبطه على مقاومة صفرية ، مما يؤدي إلى شحن المكثف على الفور إلى مستوى إطلاق diac ، والذي بدوره سيؤدي إلى دخول المكثف في التوصيل طوال نصف دورة التيار المتردد تقريبًا.

من ناحية أخرى ، عندما يتم ضبط مقياس الجهد عنده ، قد تتسبب قيمة المقاومة القصوى في مكثف لشحنه إلى مستوى إطلاق النار فقط حتى تصل نصف الدورة تقريبًا إلى نقطة النهاية. هذا سيسمح لـ

يتم إجراء الترياك لمدة قصيرة جدًا فقط بينما ينتقل شكل موجة التيار المتردد عبر نهاية نصف الدورة.

على الرغم من أن دارة التعتيم الموضحة أعلاه سهلة حقًا ومنخفضة التكلفة في الإنشاء تتضمن قيدًا واحدًا مهمًا - فهي لا تسمح بالتحكم السلس في الطاقة على الحمل من الصفر إلى الحد الأقصى.

أثناء قيامنا بتدوير مقياس الجهد ، قد نجد أن تيار الحمل يرتفع بشكل مفاجئ جدًا من الصفر إلى بعض المستويات الأعلى من حيث يمكن تشغيل هذا بسلاسة في المستويات الأعلى أو الأدنى.

في حالة قطع التيار المتردد لفترة وجيزة وانخفضت إضاءة المصباح إلى ما دون مستوى 'القفزة' (التباطؤ) ، يظل المصباح مغلقًا حتى بعد استعادة الطاقة في النهاية.

كيفية تقليل التخلف

هذه تأثير التخلفية يمكن تخفيضه بشكل كبير من خلال تنفيذ التصميم كما هو موضح في الدائرة في الشكل 3 أدناه.

تصحيح: يرجى استبدال 100 uF بـ 100 uH لملف RFI

تعمل هذه الدائرة بشكل رائع مثل ملف ضوء المنزل الخافت . يمكن تركيب جميع الأجزاء في الجزء الخلفي من لوحة تبديل الجدار وفي حالة حدوث الحمل أقل من 200 واط ، يمكن أن يعمل Triac بدون الاعتماد على غرفة التبريد.

عمليًا ، يعد غياب التباطؤ بنسبة 100 ٪ ضروريًا لمخفتات الإضاءة المستخدمة في عروض الأوركسترا والمسارح ، لتمكين التحكم في إضاءة المصابيح بشكل متسق. يمكن تحقيق هذه الميزة من خلال العمل مع الدائرة الموضحة في الشكل 4 أدناه.

تصحيح: يرجى استبدال 100 uF بـ 100 uH لملف RFI

اختيار قوة الترياك

تسحب المصابيح المتوهجة تيارًا كبيرًا بشكل لا يصدق خلال الفترة التي يصل فيها الفتيل إلى درجات حرارة التشغيل. هذه التبديل على الطفرة قد يتجاوز التيار التيار المقدر للتيرستورات بحوالي 10 إلى 12 مرة.

لحسن الحظ ، يمكن لمصابيح الإضاءة المنزلية الوصول إلى درجة حرارة التشغيل في دورتين من التيار المتردد ، ويتم امتصاص هذه الفترة القصيرة من التيار العالي بسهولة بواسطة Triac دون أي مشاكل.

ومع ذلك ، قد لا يكون الوضع هو نفسه بالنسبة لسيناريوهات الإضاءة المسرحية ، حيث تتطلب المصابيح الكهربائية الأكبر وقتًا أطول بكثير للوصول إلى درجة حرارة عملها. بالنسبة لمثل هذا النوع من التطبيقات ، يجب تصنيف Triac بحد أدنى 5 أضعاف الحد الأقصى للحمل النموذجي.

تقلب الجهد في دوائر التحكم في الطور التيرستوري

كل دائرة من دوائر التحكم في الطور التيرستوري المعروضة حتى الآن تعتمد جميعها على الجهد - بمعنى أن جهد الخرج يختلف استجابة للتغيرات في جهد إمداد الدخل. يمكن التخلص من هذا الاعتماد على الجهد باستخدام الصمام الثنائي زينر القادر على تثبيت الجهد والحفاظ عليه عبر مكثف التوقيت ثابتًا (الشكل 4).

يساعد هذا الإعداد في الحفاظ على خرج ثابت تقريبًا بغض النظر عن أي اختلافات كبيرة في جهد دخل التيار المتردد الرئيسي. توجد بشكل منتظم في التصوير الفوتوغرافي والتطبيقات الأخرى حيث يصبح مستوى الضوء شديد الثبات والثبات ضروريًا.

التحكم في مصباح الفلورسنت

بالإشارة إلى جميع دوائر التحكم في الطور التي تم شرحها حتى الآن ، يمكن التلاعب بمصابيح الفتيل المتوهجة دون أي تعديلات إضافية على نظام الإضاءة المنزلي الحالي.

قد يكون من الممكن أيضًا تعتيم مصابيح الفلورسنت من خلال هذا النوع من التحكم في الطور الثلاثي. عندما تنخفض درجة الحرارة الخارجية لمصباح الهالوجين عن 2500 درجة مئوية ، تصبح دورة تجديد الهالوجين غير عاملة.

قد يتسبب هذا في ترسيب فتيل التنجستن على جدار المصباح ، مما يقلل من عمر الفتيل ويقيد أيضًا انتقال الإضاءة عبر الزجاج. يوضح الشكل 5 التعديل الذي يتم استخدامه غالبًا جنبًا إلى جنب مع بعض الدوائر التي تمت مراجعتها أعلاه

يعمل هذا الإعداد على تشغيل المصابيح مع حلول الظلام ، وإيقاف تشغيلها مرة أخرى عند الفجر. من الضروري لخلية الصورة أن ترى الضوء المحيط ولكن تكون محمية من المصباح الذي يتم التحكم فيه.

التحكم في سرعة المحرك

يتيح لك التحكم في الطور التيرستوري أيضًا ضبط سرعة المحركات الكهربائية . يمكن التحكم في النوع العام من المحركات ذات الجروح المتسلسلة من خلال دوائر تشبه إلى حد كبير تلك المطبقة على تعتيم الضوء.

ومع ذلك ، لضمان التبديل الموثوق به ، يجب توصيل مكثف ومقاومة متسلسلة بالتوازي عبر الترياك (الشكل 6).

من خلال هذا الإعداد ، يمكن أن تختلف سرعة المحرك استجابة للتغيرات في الحمل والجهد الكهربائي ،

ومع ذلك ، بالنسبة للتطبيقات غير الحرجة (على سبيل المثال التحكم في سرعة المروحة) ، والتي يتم فيها تثبيت الحمل بأي سرعة معينة ، لن تتطلب الدائرة أي تغييرات.

يبدو أن سرعة المحرك التي عادةً ما تظل ثابتة ، عند برمجتها مسبقًا ، حتى مع التغييرات في ظروف التحميل ، ميزة مفيدة للأدوات الكهربائية ، وأدوات التحريك المخبرية ، وعجلات الخزافين المخارط لصانعي الساعات ، وما إلى ذلك لتحقيق ميزة 'استشعار الحمل'. ، عادةً ما يتم تضمين SCR في ترتيب نصف الموجة (الشكل 7).

الدائرة تعمل بشكل جيد ضمن نطاق محدود نطاق سرعة المحرك على الرغم من أنه قد يكون عرضة لـ 'الفواق' منخفض السرعة وأن قاعدة العمل نصف الموجة تمنع التشغيل المستقر بدرجة كبيرة فوق نطاق السرعة البالغ 50٪. يتم عرض دائرة تحكم في مرحلة استشعار الحمل حيث يسلم Triac صفرًا كاملاً إلى أقصى تحكم في الشكل 8.

التحكم في سرعة المحرك التعريفي

المحركات الحثية يمكن أيضًا التحكم في السرعة باستخدام Triacs ، على الرغم من أنك قد تواجه بعض الصعوبات خاصة إذا كانت المحركات ذات الطور المنفصل أو المكثف متضمنة. عادة ، يمكن التحكم في المحركات الحثية بين السرعة الكاملة ونصف السرعة ، بالنظر إلى أنها ليست محملة بنسبة 100٪.

يمكن استخدام درجة حرارة المحرك كمرجع يمكن الاعتماد عليه إلى حد ما. يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة مواصفات الشركة المصنعة بأي سرعة.

مرة أخرى ، يمكن تطبيق دائرة باهتة الضوء المحسّنة المشار إليها في الشكل 6 أعلاه ، ولكن يجب توصيل الحمل في الموقع البديل كما هو موضح في الخطوط المنقطة

تغيير جهد المحول من خلال التحكم في الطور

يمكن أيضًا استخدام الدائرة التي تم إعدادها الموضحة أعلاه لتنظيم الجهد داخل الملف الجانبي الأولي للمحول وبالتالي الحصول على ناتج ثانوي متغير المعدل.

تم تطبيق هذا التصميم في العديد من وحدات التحكم في المصباح المجهر. تم توفير مجموعة صفرية متغيرة عن طريق تغيير المقاوم 47K بمقياس جهد 100k.

التحكم في أحمال التدفئة

يمكن تطبيق دوائر التحكم في الطور Triac المختلفة التي تمت مناقشتها حتى الآن للتحكم في تطبيقات تحميل نوع السخان ، على الرغم من أن درجة حرارة الحمل التي يتم التحكم فيها قد تتغير مع الاختلافات في جهد التيار المتردد الداخل ودرجة الحرارة المحيطة. ويبين الشكل 10 الدائرة التي تعوض عن مثل هذه المعلمات المتغيرة.

من الناحية الافتراضية ، يمكن لهذه الدائرة أن تحافظ على استقرار درجة الحرارة في حدود 1٪ من النقطة المحددة مسبقًا بغض النظر عن تغييرات جهد خط التيار المتردد بنسبة +/- 10٪. يمكن تحديد الأداء الكلي الدقيق من خلال هيكل وتصميم النظام حيث يتم تطبيق وحدة التحكم.

توفر هذه الدائرة تحكمًا نسبيًا ، مما يعني أن الطاقة الإجمالية تُعطى لحمل التسخين حيث يبدأ الحمل في التسخين ، ثم في نقطة منتصف الطريق ، يتم خفض الطاقة من خلال مقياس يتناسب مع الاختلاف بين درجة الحرارة الفعلية لـ الحمل ودرجة حرارة الحمل المقصودة.

النطاق النسبي متغير من خلال عنصر تحكم 'كسب'. الدائرة بسيطة لكنها فعالة ، لكنها تتضمن جانبًا سلبيًا مهمًا يحد من استخدامها لأحمال أخف بشكل أساسي. تتعلق هذه المشكلة بانبعاث التداخل الراديوي الثقيل ، بسبب تقطيع طور التيرستورات.

تداخل الترددات الراديوية في أنظمة التحكم في الطور

تعمل جميع أجهزة التحكم في الطور التيرستوري على إخراج كميات هائلة من اضطرابات التردد اللاسلكي (تداخل التردد اللاسلكي أو تداخل التردد اللاسلكي) يحدث هذا بشكل أساسي عند الترددات المنخفضة والمتوسطة.

يتم التقاط انبعاث الترددات الراديوية بقوة بواسطة جميع أجهزة الراديو ذات الموجة المتوسطة القريبة وحتى بواسطة أجهزة الصوت ومكبرات الصوت ، مما ينتج عنه صوت رنين عالي مزعج.

يمكن أن يؤثر هذا التداخل (RFI) أيضًا على معدات مختبرات الأبحاث ، وخاصة مقاييس الأس الهيدروجيني ، مما يؤدي إلى عدم القدرة على التنبؤ بوظائف أجهزة الكمبيوتر والأجهزة الإلكترونية الحساسة الأخرى المماثلة.

يتمثل العلاج العملي لتقليل التداخل RF في إضافة محث RF في سلسلة مع خط الطاقة (يشار إليه على أنه L1 في الدوائر). يمكن بناء خنق ذو أبعاد مناسبة عن طريق لف 40 إلى 50 لفة من الأسلاك النحاسية الفائقة المطلية فوق قضيب صغير من الفريت أو أي قلب من الفريت.

قد يقدم هذا محاثة تقريبية. 100 uH قمع تذبذبات RFI إلى حد كبير. لزيادة القمع ، قد يكون من الضروري زيادة عدد المنعطفات إلى أقصى حد ممكن ، أو المحاثات حتى 5 H.

عيب خنق الترددات اللاسلكية

إن السقوط في هذا النوع من دارة التحكم في الطور الثلاثي القائمة على ملف الترددات اللاسلكية هو أنه يجب مراعاة القوة الكهربائية للحمل وفقًا لسمك سلك الخنق. من أجل أن يكون الحمل في نطاق كيلو واط ، يجب أن يكون سلك خانق RF سميكًا بدرجة كافية مما يؤدي إلى زيادة حجم الملف بشكل كبير وضخم.

تتناسب ضوضاء التردد اللاسلكي مع القوة الكهربائية للحمل ، وبالتالي قد تتسبب الأحمال العالية في انبعاث ترددات لاسلكية أعلى تتطلب المزيد من دوائر الكبت المحسنة.

قد لا تكون هذه المشكلة خطيرة مثل الأحمال الاستقرائية مثل المحركات الكهربائية ، لأنه في مثل هذه الحالات ، يؤدي لف الحمل نفسه إلى إضعاف RFI. يشتمل التحكم في الطور Triac أيضًا على مشكلة إضافية - وهي عامل قدرة الحمولة.

قد يتأثر عامل طاقة الحمل سلبًا وهي مشكلة يأخذها منظمو إمدادات الطاقة على محمل الجد.