Die meisten zu Hause verwendeten Elektrogeräte benötigen für ihren Betrieb Wechselstrom. Diese Wechselstromversorgung oder Wechselstromversorgung wird den Geräten durch den Schaltvorgang einiger leistungselektronischer Schalter zugeführt. Für einen reibungslosen Betrieb der Lasten ist es erforderlich, die zu steuern Wechselstrom angelegt zu ihnen. Dies wird wiederum erreicht, indem der Schaltvorgang der leistungselektronischen Schalter wie bei einem SCR gesteuert wird.
Zwei Methoden zur Steuerung des Schaltvorgangs des SCR
- Phasenkontrollmethode : Dies bezieht sich auf die Steuerung des Schaltens des SCR mit Bezug auf die Phase des Wechselstromsignals. Normalerweise ist die Thyristor wird ausgelöst bei 180 Grad vom Beginn des Wechselstromsignals. Mit anderen Worten, an den Nulldurchgängen der Wechselstromsignalwellenform werden Triggerimpulse an den Gate-Anschluss des Thyristors angelegt. Im Fall der Steuerung der Wechselstromleistung zum SCR wird das Anlegen dieser Impulse durch Erhöhen der Zeit zwischen den Impulsen verzögert, und dies wird als Steuerung durch Zündwinkelverzögerung bezeichnet. Diese Schaltungen verursachen jedoch Oberwellen höherer Ordnung und erzeugen Hochfrequenz-RFI und starken Einschaltstrom. Bei größeren Leistungspegeln sind mehr Filter erforderlich, um RFI zu reduzieren.
- Integrierte Zyklusumschaltung: Die integrierte Zyklussteuerung ist eine weitere Methode zur direkten Umwandlung von Wechselstrom in Wechselstrom, die als Nullschaltung oder Zyklusauswahl bezeichnet wird. Die Auslösung des integrierten Zyklus bezieht sich auf Wechselstromschaltkreise und insbesondere auf Wechselschaltkreise mit integraler Zyklusnullspannung. Wenn ein Nullspannungsschalter zum Schalten verwendet wird, verursacht ein niedriger Leistungsfaktor (induktive Last) wie ein Motor oder ein Leistungstransformator eine Überhitzung eines Leistungstransformators in den Versorgungsleitungen. Daher ist die Sättigung des Laststroms ein übermäßig hoher Einschaltstrom. Ein anderer Ansatz zum Nullspannungsschalten mit integralen Zyklen beinhaltet die Verwendung relativ komplexer Anordnungen von bistabilen Speicherelementen und Logikschaltungen, die tatsächlich die Anzahl der Halbzyklen des Laststroms zählen. Das Integralzyklus-Schalten besteht aus dem Einschalten der Versorgung zur Last für eine ganzzahlige Anzahl von Zyklen und dem Abschalten der Versorgung für eine weitere Anzahl von Integralzyklen. Aufgrund der Nullspannungs- und Nullstromumschaltung von Thyristoren werden die erzeugten Harmonischen reduziert. Die Verwendung einer integralen Zyklusschaltung ist nicht möglich und die Frequenz ist variabel. Die integrierte Zyklusumschaltung durch Bust-Triggerung von Thyristoren als Methode zum Entfernen des gesamten Zyklus, von Zyklen oder Teilen von Zyklen eines Wechselstromsignals ist eine bekannte und alte Methode zur Steuerung der Wechselstromleistung, insbesondere über Wechselstromheizungslasten. Das Konzept des Zyklusdiebstahls der Spannungswellenform unter Verwendung eines Mikrocontrollers kann jedoch gemäß dem in Assembler / C-Sprache geschriebenen Programm sehr genau sein. Damit ist die durchschnittliche Spannung oder aktuell an der Last auftretende Zeit proportional kleiner als wenn das gesamte Signal an die Last angeschlossen werden soll.
Ein Nebeneffekt der Verwendung dieses Schemas ist ein Ungleichgewicht in der Eingangsstrom- oder Spannungswellenform, wenn die Zyklen über die Last ein- und ausgeschaltet werden, weshalb sie für bestimmte Lasten im Gegensatz zu einem zündwinkelgesteuerten Verfahren zur Minimierung der THD geeignet sind.
Bevor wir uns mit Beispielen für jede Art von Steuerung befassen, wollen wir uns kurz mit der Nulldurchgangserkennung befassen.
Nulldurchgangserkennung oder Nulldurchgangskreuzung
Mit dem Begriff Nullspannungskreuzung ist der Punkt an der Wechselstromsignalwellenform gemeint, an dem das Signal die Nullreferenz der Wellenform kreuzt oder mit anderen Worten, an dem sich die Signalwellenform mit der x-Achse schneidet. Es wird verwendet, um die Frequenz oder Periode eines periodischen Signals zu messen. Es kann auch verwendet werden, um synchronisierte Impulse zu erzeugen, die verwendet werden können, um den Gate-Anschluss des siliziumgesteuerten Gleichrichters so auszulösen, dass er bei einem Zündwinkel von 180 Grad leitet.
Eine Sinuswelle hat von Natur aus Knoten, an denen die Spannung den Nullpunkt kreuzt, die Richtung umkehrt und die Sinuswelle vervollständigt.
Durch Umschalten der Wechselstromlast auf den Nullspannungspunkt werden spannungsbedingte Verluste und Spannungen praktisch eliminiert.
Zero Cross Sensing oder Zero Voltage Sensing ZVS- oder ZVR-Schaltung
Normalerweise arbeitet der bei der Nulldurchgangserkennung verwendete OPAMP als Komparator, der das pulsierende Gleichstromsignal (erhalten durch Gleichrichten des Wechselstromsignals) mit einer Referenzgleichspannung (erhalten durch Filtern des pulsierenden Gleichstromsignals) vergleicht. Das Referenzsignal wird an den nichtinvertierenden Anschluss gegeben, während die pulsierende Spannung an den invertierenden Anschluss gegeben wird.
Wenn die pulsierende Gleichspannung kleiner als das Referenzsignal ist, wird am Ausgang des Komparators ein logisch hohes Signal entwickelt. Somit werden für jeden Nulldurchgangspunkt des Wechselstromsignals Impulse vom Ausgang des Nulldurchgangsdetektors erzeugt.
Ein Video über Nulldurchgangsdetektoren
Integrale Schaltzyklussteuerung (ISCC):
Um die Nachteile des Integralzyklusschaltens und des Phasensteuerungsschaltens zu beseitigen, wird die Integralschaltzyklussteuerung zur Steuerung der Heizlast verwendet. Die ISCC-Schaltung besteht aus 3 Abschnitten. Die erste besteht aus einer Stromversorgung, um alle internen Verstärker anzusteuern und die Gate-Energie den Leistungshalbleiterbauelementen zuzuführen. Der zweite Abschnitt besteht aus der Nullspannungserfassung durch Erfassen der Instanz der Nullversorgungsspannung und liefert eine Phasenverzögerung. Im dritten Abschnitt wird eine Verstärkerstufe benötigt, die vergrößert das Steuersignal um das zum Einschalten des Netzschalters erforderliche Laufwerk bereitzustellen. ISCC-Schaltungen bestehen aus Zündschaltung und Leistungsverstärker (FCPA) und Stromversorgung zur Steuerung der Last.
FCPA besteht aus Gate-Treibern für Thyristor und TRIAC wird in dem vorgeschlagenen Design als Leistungsvorrichtung verwendet. Triac kann beim Einschalten Strom in beide Richtungen leiten und wurde früher als bidirektionaler Triodenthyristor oder bilateraler Triodenthyristor bezeichnet. Triac ist ein praktischer Schalter für Wechselstromkreise, der die Steuerung großer Stromflüsse mit Steuerströmen im Milliampere-Maßstab ermöglicht.
Eine Anwendung des Integral Cycle Switching - Industrielle Leistungssteuerung durch Integral Switching
Dieses Verfahren kann zur Steuerung der Wechselstromleistung verwendet werden, insbesondere über lineare Lasten wie Heizgeräte, die in einem Elektroofen verwendet werden. Dabei liefert der Mikrocontroller die Ausgabe basierend auf dem empfangenen Interrupt als Referenz für eine Erzeugung von Triggerimpulsen.
Mit diesen Auslöseimpulsen können wir die Optoisolatoren zum Auslösen des Triac ansteuern, um eine integrale Zyklussteuerung gemäß den Schaltern zu erreichen, die mit dem Mikrocontroller verbunden sind. Anstelle des Motors ist eine elektrische Lampe zur Beobachtung seiner Funktion vorgesehen.
Blockdiagramm der Leistungssteuerung durch integrale Zyklusumschaltung
Hier wird ein Nulldurchgangsdetektor verwendet, um Triggerimpulse für die Gate-Impulse des Thyristors bereitzustellen. Das Anlegen dieser Impulse wird über einen Mikrocontroller und einen Optoisolator gesteuert. Der Mikrocontroller ist so programmiert, dass er die Impulse für eine festgelegte Zeitdauer an den Optoisolator anlegt und dann die Angabe von Impulsen für eine weitere festgelegte Zeitdauer stoppt. Dies führt zur vollständigen Eliminierung einiger Zyklen der an die Last angelegten Wechselstromsignalwellenform. Der Optoisolator steuert dementsprechend den Thyristor basierend auf dem Eingang des Mikrocontrollers an. Somit wird die der Lampe zugeführte Wechselstromleistung gesteuert.
Eine Anwendung des phasengesteuerten Schaltens - programmierbare Wechselstromsteuerung
Blockdiagramm der Leistungsregelung nach Phasenregelungsmethode
Diese Methode wird verwendet, um die Intensität der Lampe durch Steuern der Wechselstromversorgung der Lampe zu steuern. Dies erfolgt durch Verzögern des Anlegens von Triggerimpulsen an den TRIAC oder durch Verwenden des Zündwinkelverzögerungsverfahrens. Der Nulldurchgangsdetektor liefert Impulse bei jedem Nulldurchgang der Wechselstromwellenform, die an den Mikrocontroller angelegt wird. Der Mikrocontroller gibt diese Impulse zunächst an den Optoisolator weiter, der den Thyristor dementsprechend unverzüglich auslöst und somit die Lampe mit voller Intensität leuchtet. Bei Verwendung der Tastatur, die mit dem Mikrocontroller verbunden ist, wird die erforderliche prozentuale Intensität an den Mikrocontroller angelegt und so programmiert, dass das Anlegen von Impulsen an den Optoisolator entsprechend verzögert wird. Somit wird die Auslösung des Thyristors verzögert und dementsprechend die Intensität der Lampe gesteuert.
