¿Cómo controlar la alimentación de CA?

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La mayoría de los aparatos eléctricos que se utilizan en el hogar requieren corriente alterna para su funcionamiento. Esta energía CA o CA se proporciona a los aparatos mediante la operación de conmutación de algunos interruptores electrónicos de potencia. Para un buen funcionamiento de las cargas, es necesario controlar la Energía de CA aplicada a ellos. Esto se logra a su vez controlando la operación de conmutación de los interruptores electrónicos de potencia, como un SCR.

Dos métodos para controlar la operación de conmutación de SCR

  • Método de control de fase : Esto se refiere a controlar la conmutación del SCR con una referencia a la fase de la señal de CA. Por lo general, el El tiristor se activa a 180 grados desde el comienzo de la señal de CA. O, en otras palabras, en los cruces por cero de la forma de onda de la señal de CA, se aplican pulsos de activación al terminal de puerta del tiristor. En el caso de controlar la alimentación de CA al SCR, la aplicación de estos pulsos se retrasa aumentando el tiempo entre los pulsos y esto se denomina control por retardo del ángulo de disparo. Sin embargo, estos circuitos causan armónicos de orden superior y generan RFI de radiofrecuencia y una fuerte irrupción de corriente y, a niveles de potencia mayores, se requieren más filtros para reducir la RFI.
  • Conmutación de ciclo integral: El control de ciclo integral es otro método utilizado para la conversión directa de CA a CA conocido como conmutación cero o selección de ciclo. La activación de ciclo integral se refiere a circuitos de conmutación de corriente alterna y, en particular, a circuitos de conmutación alterna de voltaje cero de ciclo integral. Cuando se emplea un interruptor de voltaje cero para conmutar un factor de potencia bajo (carga inductiva) como un motor o un transformador de potencia, se produce el sobrecalentamiento de un transformador de potencia en las líneas de servicios públicos. Por tanto, la saturación de la corriente de la carga son corrientes de irrupción excesivamente altas. Otro enfoque para la conmutación de voltaje cero de ciclo integral implica el uso de disposiciones relativamente complejas de elementos de almacenamiento biestables y circuitos lógicos que, en efecto, cuentan el número de semiciclos de corriente de carga. La conmutación de ciclo integral consiste en conectar el suministro a la carga durante un número entero de ciclos y luego desconectar el suministro durante un número adicional de ciclos integrales. Debido a la conmutación de tiristores de voltaje cero y corriente cero, los armónicos generados se reducirán. No es posible utilizar un voltaje uniforme de conmutación de ciclo integral y la frecuencia es variable. La conmutación de ciclo integral mediante la activación por busto de tiristores como método para eliminar ciclos completos, ciclos o partes de ciclos de una señal de CA es un método antiguo y bien conocido para controlar la energía de CA, especialmente a través de cargas de calentadores de CA. Sin embargo, el concepto de lograr el robo de ciclo de la forma de onda de voltaje mediante el uso de un microcontrolador puede ser muy preciso según el programa escrito en lenguaje Ensamblador / C. De modo que el tiempo promedio de voltaje o actualmente experimentado en la carga es proporcionalmente menor que si la señal completa se conectara a la carga.

Un efecto secundario de utilizar este esquema es un desequilibrio en la corriente de entrada o la forma de onda de voltaje a medida que los ciclos se encienden y apagan a través de la carga, por lo que son adecuados para cargas específicas frente al método controlado por ángulo de disparo para minimizar la THD.




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Antes de entrar en ejemplos para cada tipo de control, hagamos un breve resumen sobre la detección de cruce por cero.



Detección de cruce por cero o cruce de voltaje cero

Por el término cruce de voltaje cero nos referimos al punto en la forma de onda de la señal de CA donde la señal cruza la referencia cero de la forma de onda o, en otras palabras, donde la forma de onda de la señal se cruza con el eje x. Se utiliza para medir la frecuencia o el período de una señal periódica. También se puede utilizar para generar pulsos sincronizados que se pueden utilizar para activar el terminal de puerta del Rectificador Controlado por Silicio para que conduzca a un ángulo de disparo de 180 grados.

Una onda sinusoidal por naturaleza tiene nodos donde el voltaje cruza el punto cero, invierte la dirección y completa la onda sinusoidal.

Detección de cruce por cero 1

Al cambiar la carga de CA en el punto de voltaje cero, eliminamos virtualmente las pérdidas y tensiones inducidas por voltaje.


Circuito ZVS o ZVR con detección cruzada por cero o voltaje cero

ZCS Vs ZVS

Por lo general, el OPAMP utilizado en la detección de cruce por cero funciona como un comparador que compara la señal de CC pulsante (obtenida al rectificar la señal de CA), con una tensión CC de referencia (obtenida al filtrar la señal de CC pulsante). La señal de referencia se envía al terminal no inversor, mientras que el voltaje pulsante se envía al terminal inversor.

En caso de que el voltaje de CC pulsante sea menor que la señal de referencia, se desarrolla una señal lógica alta en la salida del comparador. Por lo tanto, para cada punto de cruce por cero de la señal de CA, se generan pulsos a partir de la salida del detector de cruce por cero.

Un video sobre los detectores de cruce por cero

Control de ciclo de conmutación integral (ISCC):

Para eliminar las desventajas de la conmutación de ciclo integral y la conmutación de control de fase, se utiliza el control de ciclo de conmutación integral para el control de la carga de calefacción. El circuito ISCC tiene 3 secciones. El primero consiste en una fuente de alimentación para controlar todos los amplificadores internos y alimentar la energía de la puerta a los dispositivos semiconductores de potencia. La segunda sección consiste en la detección de voltaje cero al detectar la instancia de voltaje de suministro cero y proporciona un retardo de fase. En la tercera sección, se necesita una etapa amplificadora que aumente la señal de control para proporcionar la unidad necesaria para encender el interruptor de alimentación. Los circuitos ISCC consisten en un circuito de disparo y un amplificador de potencia (FCPA) y una fuente de alimentación para controlar la carga.

FCPA consta de controladores de puerta para tiristores y TRIAC se utiliza como dispositivos de potencia en el diseño propuesto. Triac puede conducir corriente en cualquier dirección cuando está encendido y anteriormente se llamaba tiristor triodo bidireccional o tiristor triodo bilateral. Triac es un interruptor conveniente para circuitos de CA que permite el control de grandes flujos de energía con corrientes de control de escala de miliamperios.

Una aplicación de conmutación de ciclo integral: control de potencia industrial mediante conmutación integral

Este método se puede utilizar para controlar la alimentación de CA, especialmente a través de cargas lineales, como los calentadores utilizados en un horno eléctrico. En esto, el microcontrolador entrega la salida basada en la interrupción recibida como referencia para una generación de pulsos de activación.

Usando estos pulsos de activación, podemos impulsar los optoaisladores para activar el Triac para lograr un control de ciclo integral según los interruptores que están interconectados con el microcontrolador. En lugar de motor se proporciona una lámpara eléctrica para la observación de su funcionamiento.

Diagrama de bloques de control de potencia mediante conmutación de ciclo integral

Diagrama de bloques de control de potencia mediante conmutación de ciclo integral

Aquí se utiliza un detector de cruce por cero para proporcionar pulsos de activación a los pulsos de puerta del tiristor. La aplicación de estos pulsos se controla mediante un Microcontrolador y un optoaislador. El microcontrolador está programado para aplicar los pulsos al optoaislador durante un período de tiempo fijo y luego detener la aplicación de pulsos durante otro período de tiempo fijo. Esto da como resultado la eliminación completa de unos pocos ciclos de forma de onda de señal de CA aplicada a la carga. En consecuencia, el optoaislador impulsa el tiristor en función de la entrada del microcontrolador. Por lo tanto, se controla la energía CA que se le da a la lámpara.

Una aplicación de conmutación controlada por fase: control de alimentación de CA programable

Diagrama de bloques de control de potencia por método de control de fase

Diagrama de bloques de control de potencia por método de control de fase

Este método se utiliza para controlar la intensidad de la lámpara controlando la alimentación de CA a la lámpara. Esto se hace retrasando la aplicación de impulsos de disparo al TRIAC o usando el método de retardo del ángulo de disparo. El detector de cruce por cero suministra pulsos en cada cruce por cero de la forma de onda de CA que se aplica al microcontrolador. Inicialmente, el microcontrolador da estos pulsos al optoaislador que, en consecuencia, activa el tiristor sin demora y, por lo tanto, la lámpara se ilumina con toda la intensidad. Ahora, usando el teclado interconectado con el microcontrolador, la intensidad requerida en porcentaje se aplica al microcontrolador y se programa para retrasar en consecuencia la aplicación de pulsos al optoaislador. Por lo tanto, se retrasa la activación del tiristor y, en consecuencia, se controla la intensidad de la lámpara.