Đã khám phá các mạch điều khiển pha Triac đơn giản

Trong mạch điều khiển pha triac, triac chỉ được kích hoạt ON cho các phần cụ thể của nửa chu kỳ AC, khiến tải chỉ hoạt động trong khoảng thời gian đó của dạng sóng AC. Điều này dẫn đến việc cung cấp điện cho tải được kiểm soát.

Triac được sử dụng phổ biến như một sự thay thế trạng thái rắn của rơle để chuyển đổi tải AC công suất cao. Tuy nhiên, có một tính năng rất hữu ích khác của triacs cho phép chúng được sử dụng làm bộ điều khiển công suất, để điều khiển tải nhất định ở mức công suất cụ thể mong muốn.

Điều này về cơ bản được thực hiện thông qua một số phương pháp: Điều khiển pha và chuyển mạch điện áp bằng không.

Ứng dụng điều khiển pha thường thích hợp cho các tải như bộ điều chỉnh độ sáng, động cơ điện, kỹ thuật điều chỉnh điện áp và dòng điện.

Chuyển đổi điện áp bằng không thích hợp hơn cho các tải điện trở như đèn sợi đốt, lò sưởi, bàn là hàn, mạch nước phun, v.v ... Mặc dù chúng cũng có thể được điều khiển thông qua phương pháp điều khiển pha.

Cách thức hoạt động của điều khiển pha Triac

Triac có thể được kích hoạt để kích hoạt trên bất kỳ phần nào của nửa chu kỳ AC được áp dụng và nó sẽ tiếp tục ở chế độ dẫn cho đến khi nửa chu kỳ AC đạt đến vạch giao nhau bằng không.

Điều đó có nghĩa là, khi một triac được kích hoạt khi bắt đầu mỗi nửa chu kỳ AC, Triac về cơ bản sẽ BẬT giống như công tắc BẬT / TẮT, được bật.

Tuy nhiên, giả sử nếu tín hiệu kích hoạt này được sử dụng ở đâu đó ở giữa của dạng sóng chu kỳ AC, Triac sẽ được phép chỉ dẫn đơn giản trong khoảng thời gian còn lại của nửa chu kỳ đó.

Và bởi vì Triac kích hoạt chỉ trong một nửa thời gian, nó cắt giảm tương ứng điện năng cung cấp cho tải, khoảng 50% (Hình 1).

Do đó, lượng công suất cho tải có thể được kiểm soát ở bất kỳ mức mong muốn nào, chỉ đơn thuần bằng cách thay đổi điểm kích hoạt triac trên dạng sóng pha AC. Đây là cách điều khiển pha hoạt động bằng cách sử dụng triac.

Ứng dụng làm mờ ánh sáng

ĐẾN mạch điều chỉnh độ sáng tiêu chuẩn được trình bày trong Hình 2 bên dưới. Trong mỗi nửa chu kỳ xoay chiều, tụ điện 0,1µf được sạc (thông qua điện trở của chiết áp điều khiển) cho đến khi đạt được mức điện áp 30-32 trên các sơ đồ chân của nó.

Xung quanh mức này, diode kích hoạt (diac) bị buộc phải bắn làm cho điện áp đi qua cổng kích hoạt của triac.

ĐẾN Đèn neon cũng có thể được tuyển dụng thay cho một phó tế cho cùng một phản hồi. Thời gian được sử dụng bởi tụ điện 0,1µf để sạc đến ngưỡng bắn của diac phụ thuộc vào cài đặt điện trở của chiết áp điều khiển.

Bây giờ, giả sử nếu chiết áp được điều chỉnh đến điện trở bằng không, sẽ làm cho tụ điện tích điện ngay lập tức đến mức bắn của diac, do đó sẽ làm cho tụ điện chuyển sang trạng thái dẫn điện trong toàn bộ nửa chu kỳ AC.

Mặt khác, khi chiết áp được điều chỉnh ở giá trị điện trở lớn nhất có thể gây ra tụ điện chỉ sạc đến mức bắn cho đến khi nửa chu kỳ gần đạt đến điểm kết thúc. Điều này sẽ cho phép

Triac để chỉ dẫn trong một thời gian rất ngắn trong khi dạng sóng AC truyền qua cuối nửa chu kỳ của nó.

Mặc dù mạch điều chỉnh độ sáng được trình bày ở trên thực sự dễ dàng và chi phí thấp để xây dựng nhưng có một hạn chế đáng kể - nó không cho phép kiểm soát trơn tru công suất trên tải từ 0 đến tối đa.

Khi chúng ta xoay chiết áp, chúng ta có thể thấy dòng tải tăng khá đột ngột từ 0 đến một số mức cao hơn từ đó chỉ có thể hoạt động trơn tru ở mức cao hơn hoặc thấp hơn.

Trong trường hợp nguồn điện AC bị ngắt trong thời gian ngắn và độ chiếu sáng của đèn xuống dưới mức 'nhảy' (độ trễ) này, đèn vẫn bị tắt ngay cả sau khi nguồn điện cuối cùng được khôi phục.

Làm thế nào để giảm độ trễ

Điều này hiệu ứng trễ có thể được hạ thấp đáng kể bằng cách thực hiện thiết kế như thể hiện trong mạch trong Hình 3 bên dưới.

Khắc phục: Vui lòng thay 100 uF bằng 100 uH cho cuộn dây RFI

Mạch này hoạt động tuyệt vời như một điều chỉnh ánh sáng gia đình . Tất cả các bộ phận đều có thể được lắp ở phía sau của bảng công tắc treo tường và trong trường hợp tải xảy ra dưới 200 watt, Triac có thể hoạt động mà không cần phụ thuộc vào bộ tản nhiệt.

Thực tế, 100% không có hiện tượng trễ là cần thiết đối với bộ điều chỉnh độ sáng ánh sáng được sử dụng trong các buổi biểu diễn của dàn nhạc và nhà hát, để cho phép kiểm soát độ chiếu sáng nhất quán của đèn. Tính năng này có thể được thực hiện bằng cách làm việc với mạch được tiết lộ trong Hình 4 bên dưới.

Khắc phục: Vui lòng thay 100 uF bằng 100 uH cho cuộn dây RFI

Chọn nguồn điện Triac

Bóng đèn sợi đốt tạo ra dòng điện cực lớn trong thời gian dây tóc đạt đến nhiệt độ hoạt động. Điều này chuyển BẬT đột biến dòng điện có thể vượt qua dòng định mức của triac khoảng 10 đến 12 lần.

May mắn thay, bóng đèn gia dụng có thể đạt đến nhiệt độ hoạt động chỉ trong một vài chu kỳ AC và khoảng thời gian ngắn dòng điện cao này dễ dàng được Triac hấp thụ mà không gặp bất kỳ vấn đề gì.

Tuy nhiên, tình huống có thể không giống với các kịch bản chiếu sáng sân khấu, trong đó bóng đèn có công suất lớn hơn đòi hỏi thời gian lâu hơn nhiều để đạt được nhiệt độ làm việc của chúng. Đối với loại ứng dụng như vậy, Triac phải được xếp hạng tối thiểu bằng 5 lần tải trọng tối đa điển hình.

Biến động điện áp trong mạch điều khiển pha Triac

Mỗi mạch điều khiển pha triac được hiển thị cho đến nay đều phụ thuộc vào điện áp - có nghĩa là, điện áp đầu ra của chúng thay đổi theo những thay đổi của điện áp cung cấp đầu vào. Sự phụ thuộc vào điện áp này có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng một điốt zener có thể ổn định và giữ cho điện áp trên tụ điện định thời không đổi (Hình 4).

Thiết lập này giúp duy trì đầu ra hầu như không đổi bất kể bất kỳ sự thay đổi đáng kể nào về điện áp đầu vào nguồn AC. Nó thường được tìm thấy trong nhiếp ảnh và các ứng dụng khác, nơi mức độ ánh sáng cố định và ổn định cao trở nên cần thiết.

Điều khiển đèn huỳnh quang

Đề cập đến tất cả các mạch điều khiển pha được giải thích cho đến nay, đèn dây tóc nóng sáng có thể được điều khiển mà không cần bất kỳ thay đổi bổ sung nào đối với hệ thống chiếu sáng gia đình hiện có.

Giảm độ sáng Đèn huỳnh quang cũng có thể thực hiện được thông qua loại điều khiển pha triac này. Khi nhiệt độ bên ngoài của đèn halogen giảm xuống dưới 2500 độ C, chu trình halogen tái sinh sẽ không hoạt động.

Điều này có thể làm cho dây tóc Vonfram bị đọng lại trên tường. Của đèn, làm giảm tuổi thọ của dây tóc và cũng hạn chế sự truyền ánh sáng qua kính. Một điều chỉnh thường được sử dụng cùng với một số mạch được xem xét ở trên được minh họa trong Hình 5

Thiết lập này sẽ BẬT đèn khi bóng tối tràn vào và tắt lại vào lúc bình minh. Nó là cần thiết để ô ảnh nhìn thấy ánh sáng xung quanh nhưng được che chắn khỏi đèn đang được điều khiển.

Kiểm soát tốc độ động cơ

Điều khiển pha Triac cũng cho phép bạn điều chỉnh tốc độ của động cơ điện . Loại chung của động cơ quấn loạt có thể được điều chỉnh thông qua các mạch giống như các mạch được áp dụng cho việc làm mờ ánh sáng.

Tuy nhiên, để đảm bảo sự chuyển mạch đáng tin cậy, một tụ điện và điện trở nối tiếp cần được mắc song song trên Triac (Hình 6).

Thông qua thiết lập này, tốc độ động cơ có thể thay đổi để đáp ứng với những thay đổi của tải và điện áp cung cấp,

Tuy nhiên, đối với các ứng dụng không quan trọng (ví dụ: điều khiển tốc độ quạt), trong đó tải được cố định ở bất kỳ tốc độ nhất định nào, mạch sẽ không yêu cầu bất kỳ thay đổi nào.

Tốc độ động cơ thường, khi được lập trình trước, được giữ không đổi ngay cả khi điều kiện tải thay đổi dường như là một đặc tính hữu ích cho các dụng cụ điện, máy khuấy trong phòng thí nghiệm, bánh xe máy tiện của thợ làm đồng hồ, v.v. Để đạt được tính năng 'cảm biến tải' này , một SCR thường được bao gồm trong sự sắp xếp nửa sóng (Hình 7).

Mạch hoạt động khá tốt trong giới hạn phạm vi tốc độ động cơ mặc dù có thể dễ bị 'trục trặc' tốc độ thấp và quy tắc làm việc nửa sóng ức chế hoạt động ổn định rất nhiều trên phạm vi tốc độ 50%. Mạch điều khiển pha cảm biến tải trong đó Triac cung cấp điều khiển hoàn toàn từ 0 đến cực đại được hiển thị trong Hình 8.

Kiểm soát tốc độ động cơ cảm ứng

Động cơ cảm ứng Tốc độ cũng có thể được kiểm soát bằng cách sử dụng Triac, mặc dù bạn có thể gặp một số khó khăn, đặc biệt nếu liên quan đến động cơ khởi động tách pha hoặc tụ điện. Thông thường, động cơ cảm ứng có thể được điều khiển giữa tốc độ tối đa và nửa tốc độ, miễn là chúng không được tải 100%.

Nhiệt độ của động cơ có thể được sử dụng như một tham chiếu khá đáng tin cậy. Nhiệt độ không bao giờ được vượt quá thông số kỹ thuật của nhà sản xuất, ở bất kỳ tốc độ nào.

Tuy nhiên, một lần nữa, mạch điều chỉnh độ sáng đèn được cải tiến được chỉ ra trong Hình 6 ở trên có thể được áp dụng, tuy nhiên tải phải được kết nối tại vị trí thay thế như được tiết lộ trong các đường chấm

Thay đổi điện áp máy biến áp thông qua điều khiển pha

Mạch được thiết lập giải thích ở trên cũng có thể được sử dụng để điều chỉnh điện áp trong cuộn dây phía sơ cấp của máy biến áp, do đó có được đầu ra thứ cấp có tốc độ thay đổi.

Thiết kế này đã được áp dụng trong các bộ điều khiển đèn kính hiển vi khác nhau. Một bộ số không biến đổi đã được cung cấp bằng cách thay đổi điện trở 47K bằng một chiết áp 100k.

Kiểm soát tải hệ thống sưởi

Các mạch điều khiển pha Triac khác nhau được thảo luận cho đến bây giờ có thể được áp dụng để điều khiển các ứng dụng tải kiểu lò sưởi, mặc dù nhiệt độ tải đang được kiểm soát có thể thay đổi với sự thay đổi của điện áp AC đầu vào và nhiệt độ xung quanh. Một mạch bù cho các thông số thay đổi như vậy được minh họa trong Hình 10.

Theo giả thuyết, mạch này có thể giữ nhiệt độ ổn định trong vòng 1% của điểm xác định trước bất kể sự thay đổi điện áp đường dây AC là +/- 10%. Hiệu suất tổng thể chính xác có thể được xác định bởi cấu trúc và thiết kế của hệ thống nơi bộ điều khiển được áp dụng.

Mạch này cung cấp một điều khiển tương đối, có nghĩa là, tổng công suất được cung cấp cho tải sưởi khi tải bắt đầu ấm lên, sau đó tại một số điểm giữa chừng, công suất được hạ xuống thông qua một phép đo tương ứng với sự chênh lệch giữa nhiệt độ thực tế của tải và nhiệt độ tải dự định.

Phạm vi tỷ lệ có thể thay đổi thông qua điều khiển 'độ lợi'. Mạch này đơn giản nhưng hiệu quả, tuy nhiên nó có một nhược điểm đáng kể làm hạn chế việc sử dụng nó đối với các tải cơ bản nhẹ hơn. Vấn đề này liên quan đến việc phát ra nhiễu sóng vô tuyến nặng, do cắt pha triac.

Nhiễu tần số vô tuyến trong hệ thống điều khiển pha

Tất cả các thiết bị điều khiển pha triac đều tạo ra một lượng lớn nhiễu RF (nhiễu tần số vô tuyến hoặc RFI). Điều này về cơ bản xảy ra ở tần số thấp hơn và vừa phải.

Phát xạ tần số vô tuyến được thu rất mạnh bởi tất cả các đài phát sóng trung bình gần đó và thậm chí bởi thiết bị âm thanh và bộ khuếch đại, tạo ra âm thanh đổ chuông lớn khó chịu.

RFI này cũng có thể ảnh hưởng đến thiết bị trong phòng thí nghiệm nghiên cứu, đặc biệt là máy đo pH, dẫn đến hoạt động không thể đoán trước của máy tính và các thiết bị điện tử nhạy cảm tương tự khác.

Một biện pháp khả thi để giảm RFI là thêm một cuộn cảm RF mắc nối tiếp với đường dây điện (được chỉ định là L1 trong các mạch). Một cuộn cảm có kích thước thích hợp có thể được chế tạo bằng cách cuộn từ 40 đến 50 vòng dây đồng tráng men siêu nhỏ trên một thanh ferit nhỏ hoặc bất kỳ lõi ferit nào.

Điều này có thể tạo ra một điện cảm khoảng. 100 uH triệt tiêu dao động RFI ở một mức độ lớn. Để tăng khả năng triệt tiêu, điều cần thiết là phải tăng tối đa số vòng quay đến mức cao nhất có thể, hoặc độ tự cảm lên đến 5 H.

Nhược điểm của RF Choke

Sự cố của loại mạch điều khiển pha triac dựa trên cuộn dây RF này là công suất tải phải được xem xét theo độ dày của dây cuộn cảm. Đối với tải được thiết kế trong phạm vi kilowatt thì dây cuộn cảm RF phải đủ dày khiến kích thước của cuộn dây tăng lên đáng kể và cồng kềnh.

Nhiễu RF tỷ lệ với công suất tải, do đó tải cao hơn có thể gây ra phát xạ RF cao hơn, đòi hỏi mạch triệt tiêu được cải thiện nhiều hơn.

Vấn đề này có thể không nghiêm trọng đối với tải cảm ứng giống như động cơ điện, vì trong những trường hợp như vậy, bản thân cuộn dây tải sẽ làm suy giảm RFI. Điều khiển pha Triac cũng liên quan đến một vấn đề bổ sung - đó là hệ số công suất tải.

Hệ số công suất tải có thể bị ảnh hưởng tiêu cực và là một vấn đề mà các cơ quan quản lý cung cấp điện rất coi trọng.