Se exploran circuitos simples de control de fase Triac

En un circuito de control de fase triac, el triac se activa solo para partes específicas de los semiciclos de CA, lo que hace que la carga opere solo durante ese período de la forma de onda de CA. Esto da como resultado un suministro controlado de energía a la carga.

Los triacs se utilizan popularmente como un reemplazo de relé de estado sólido para conmutar cargas de CA de alta potencia. Sin embargo, hay otra característica muy útil de los triacs que les permite usarse como controladores de potencia, para controlar una carga determinada a los niveles de potencia específicos deseados.

Esto se implementa básicamente a través de un par de métodos: control de fase y conmutación de voltaje cero.

La aplicación de control de fase normalmente es adecuada para cargas como atenuadores de luz, motores eléctricos, técnicas de regulación de voltaje y corriente.

La conmutación de voltaje cero es más apropiada para cargas inquietas como lámparas incandescentes, calentadores, soldadores, géiseres, etc. Aunque también pueden controlarse mediante el método de control de fase.

Cómo funciona el control de fase Triac

Un Triac podría activarse en cualquier parte de un semiciclo de CA aplicado, y continuará en el modo de conducción hasta que el semiciclo de CA haya alcanzado la línea de cruce por cero.

Eso significa que, cuando se activa un triac al comienzo de cada medio ciclo de CA, el Triac esencialmente se enciende como un interruptor de encendido / apagado, activado.

Sin embargo, suponga que si esta señal de activación se usa en algún lugar a la mitad de la forma de onda del ciclo de CA, se permitiría al Triac conducir simplemente durante el período restante de ese medio ciclo.

Y porque el Triac activa durante solo la mitad del período, reduce proporcionalmente la potencia que se suministra a la carga, en aproximadamente un 50% (Fig. 1).

Por lo tanto, la cantidad de energía a la carga podría controlarse en cualquier nivel deseado, simplemente variando el punto de activación del triac en la forma de onda de la fase de CA. Así es como funciona el control de fase con un triac.

Aplicación de atenuador de luz

A circuito de atenuación de luz estándar se presenta en la Fig. 2 a continuación. En el transcurso de cada semiciclo de CA, el capacitor de 0.1 µf se carga (a través de la resistencia del potenciómetro de control) hasta que se alcanza un nivel de voltaje de 30-32 en sus pines.

Alrededor de este nivel, el diodo disparador (diac) se ve obligado a disparar, lo que hace que el voltaje pase del disparador a la puerta del triac.

A lámpara de neón también puede emplearse en lugar de un diácono para la misma respuesta. El tiempo utilizado por el condensador de 0,1 µf para cargar hasta el umbral de disparo del diac depende del ajuste de resistencia del potenciómetro de control.

Ahora suponga que si el potenciómetro se ajusta a una resistencia cero, hará que el capacitor se cargue instantáneamente al nivel de disparo del diac, lo que a su vez hará que entre en conducción durante casi todo el medio ciclo de CA.

Por otro lado, cuando el potenciómetro se ajusta a su valor máximo de resistencia puede causar que condensador cargar hasta el nivel de cocción solo hasta que el medio ciclo casi haya alcanzado su punto final. Esto permitirá

Triac para conducir solo por un tiempo muy corto mientras la forma de onda de CA viaja a través del final del medio ciclo.

Aunque el circuito de atenuación demostrado anteriormente es realmente fácil y de bajo costo de construir, incluye una limitación significativa: no permite un control uniforme de la potencia en la carga desde cero hasta el máximo.

A medida que giramos el potenciómetro, podemos encontrar que la corriente de carga aumenta de manera bastante abrupta desde cero a algunos niveles más altos, desde donde solo podría operarse sin problemas en los niveles más altos o más bajos.

En el caso de que el suministro de CA se corte brevemente y la iluminación de la lámpara descienda por debajo de este nivel de 'salto' (histéresis), la lámpara permanece apagada incluso después de que finalmente se restablezca la energía.

Cómo reducir la histéresis

Esta efecto de histéresis podría reducirse sustancialmente implementando el diseño como se muestra en el circuito en la Fig 3 a continuación.

Corrección: reemplace 100 uF con 100 uH para la bobina RFI

Este circuito funciona muy bien como atenuador de luz doméstico . Todas las piezas pueden instalarse en la parte trasera de un tablero de interruptores de pared y, en caso de que la carga sea inferior a 200 vatios, el Triac podría funcionar sin depender de un disipador de calor.

Prácticamente el 100% de ausencia de histéresis es necesaria para los atenuadores de luz utilizados en actuaciones orquestales y teatros, para permitir un control constante de la iluminación de las lámparas. Esta característica se puede lograr trabajando con el circuito que se muestra en la Fig. 4 a continuación.

Corrección: reemplace 100 uF con 100 uH para la bobina RFI

Selección del Triac Power

Las bombillas incandescentes extraen una corriente increíblemente grande durante el período en que el filamento alcanza sus temperaturas de funcionamiento. Esta encender sobretensión La corriente puede superar la corriente nominal del triac entre 10 y 12 veces.

Afortunadamente, las bombillas domésticas pueden alcanzar su temperatura de funcionamiento en solo un par de ciclos de CA, y el Triac absorbe fácilmente este breve período de alta corriente sin problemas.

Sin embargo, la situación podría no ser la misma para escenarios de iluminación teatral, en los que las bombillas de mayor potencia requieren mucho más tiempo para alcanzar su temperatura de trabajo. Para este tipo de aplicaciones, el Triac debe tener un mínimo de 5 veces la carga máxima típica.

Fluctuación de voltaje en circuitos de control de fase Triac

Cada uno de los circuitos de control de fase del triac mostrados hasta ahora depende del voltaje, es decir, su voltaje de salida varía en respuesta a los cambios en el voltaje de suministro de entrada. Esta dependencia del voltaje podría eliminarse empleando un diodo Zener que sea capaz de estabilizar y mantener constante el voltaje a través del capacitor de sincronización (Fig. 4).

Esta configuración ayuda a mantener una salida prácticamente constante independientemente de cualquier variación significativa en el voltaje de entrada de CA de la red. Se encuentra habitualmente en aplicaciones fotográficas y de otro tipo donde un nivel de luz fijo y muy estable se vuelve esencial.

Control de lámpara fluorescente

En referencia a todos los circuitos de control de fase explicados hasta ahora, las lámparas de filamento incandescente podrían manipularse sin ninguna alteración adicional al sistema de iluminación del hogar existente.

La atenuación de las lámparas fluorescentes también puede ser posible mediante este tipo de control de fase triac. Cuando la temperatura exterior de la lámpara halógena cae por debajo de los 2500 grados C, el ciclo de regeneración del halógeno deja de funcionar.

Esto puede hacer que el filamento de tungsteno se deposite sobre la pared de la lámpara, disminuyendo la vida útil del filamento y también restringiendo la transmisión de la iluminación a través del vidrio. En la figura 5 se muestra un ajuste que se emplea a menudo junto con algunos de los circuitos revisados ​​anteriormente.

Esta configuración enciende las lámparas cuando se oscurece y las apaga de nuevo al amanecer. Es necesario que la fotocélula vea la luz ambiental pero que esté protegida de la lámpara que se está controlando.

Control de velocidad del motor

El control de fase Triac también le permite ajustar velocidad de los motores eléctricos . El tipo general de motor bobinado en serie podría gobernarse a través de circuitos muy similares a los que se aplican para atenuación de luz.

Sin embargo, para garantizar una conmutación confiable, es necesario conectar un capacitor y una resistencia en serie en paralelo a través del Triac (Fig. 6).

A través de esta configuración, la velocidad del motor puede variar en respuesta a cambios en la carga y la tensión de alimentación,

Sin embargo, para aplicaciones que no son críticas (por ejemplo, control de velocidad del ventilador), en las que la carga se fija a una velocidad determinada, el circuito no requerirá ningún cambio.

La velocidad del motor, que normalmente, cuando está preprogramada, se mantiene constante incluso con cambios en las condiciones de carga, parece ser una característica útil para herramientas eléctricas, agitadores de laboratorio, tornos de relojería, ruedas de alfarero, etc. Para lograr esta característica de 'detección de carga' , un SCR generalmente se incluye en una disposición de media onda (Fig. 7).

El circuito funciona bastante bien dentro de un limitado rango de velocidad del motor aunque puede ser vulnerable a 'hipo' de baja velocidad y la regla de funcionamiento de media onda inhibe el funcionamiento estabilizado muy por encima del rango de velocidad del 50%. En la Fig.8 se muestra un circuito de control de fase con detección de carga en el que un Triac proporciona un control completo de cero a máximo.

Control de la velocidad del motor de inducción

Motores de inducción La velocidad también se puede controlar usando Triacs, aunque puede encontrar algunas dificultades, especialmente si se trata de motores de arranque de condensador o de fase dividida. Normalmente, los motores de inducción se pueden controlar entre velocidad máxima y media, dado que no están cargados al 100%.

La temperatura del motor podría usarse como una referencia bastante confiable. La temperatura nunca debe superar las especificaciones del fabricante, a ninguna velocidad.

Una vez más, se podría aplicar el circuito de atenuación de luz mejorado indicado en la Fig.6 anterior, sin embargo, la carga debe estar conectada en la ubicación alternativa como se muestra en las líneas de puntos.

Variación del voltaje del transformador a través del control de fase

La configuración del circuito explicada anteriormente también podría usarse para regular el voltaje dentro del devanado del lado primario de un transformador, adquiriendo así una salida secundaria de tasa variable.

Este diseño se aplicó en varios controladores de lámparas de microscopio. Se ha proporcionado un ajuste a cero variable cambiando la resistencia de 47K con un potenciómetro de 100k.

Control de cargas de calefacción

Los diversos circuitos de control de fase Triac discutidos hasta ahora se pueden aplicar para controlar aplicaciones de carga de tipo calentador, aunque la temperatura de carga que se controla puede cambiar con variaciones en el voltaje de CA de entrada y la temperatura ambiente. En la Fig.10 se muestra un circuito que compensa estos parámetros variables.

Hipotéticamente, este circuito podría mantener la temperatura estabilizada dentro del 1% del punto predeterminado independientemente de las alteraciones del voltaje de la línea de CA de +/- 10%. El rendimiento general preciso puede estar determinado por la estructura y el diseño del sistema donde se aplica el controlador.

Este circuito entrega un control relativo, lo que significa que se le da potencia total a la carga de calefacción cuando la carga comienza a calentarse, luego, en algún punto intermedio, la potencia se reduce mediante una medida que es proporcional a la diferencia entre la temperatura real de la carga y la temperatura de carga prevista.

El rango proporcional es variable mediante un control de 'ganancia'. El circuito es sencillo pero efectivo, sin embargo, incluye una desventaja significativa que limita su uso a cargas básicamente más ligeras. Este problema está relacionado con la emisión de interferencias de radio intensas, debido al corte de fase del triac.

Interferencia de radiofrecuencia en sistemas de control de fase

Todos los dispositivos de control de fase triac generan grandes cantidades de perturbaciones de RF (interferencia de radiofrecuencia o RFI). Esto ocurre fundamentalmente en frecuencias bajas y moderadas.

La emisión de radiofrecuencia es captada fuertemente por todas las radios de onda media cercanas e incluso por equipos de audio y amplificadores, generando un irritante timbre fuerte.

Esta RFI también podría afectar a los equipos de laboratorio de investigación, en particular a los medidores de pH, lo que provocaría un funcionamiento impredecible de las computadoras y otros dispositivos electrónicos sensibles similares.

Un remedio factible para reducir la RFI es agregar un inductor de RF en serie con la línea de alimentación (indicado como L1 en los circuitos). Se podría construir un estrangulador adecuadamente dimensionado enrollando de 40 a 50 vueltas de alambre de cobre súper esmaltado sobre una pequeña varilla de ferrita o cualquier núcleo de ferrita.

Esto puede introducir una inductancia de aprox. 100 uH suprimiendo en gran medida las oscilaciones de RFI. Para aumentar la supresión, podría ser esencial maximizar el número de vueltas tan alto como sea posible, o inductancias de hasta 5 H.

Desventaja de RF Choke

La desventaja de este tipo de circuito de control de fase triac basado en bobina de RF es que la potencia de carga debe considerarse de acuerdo con el grosor del cable del estrangulador. Para que la carga esté en el rango de kilovatios, entonces el cable del estrangulador de RF debe ser lo suficientemente grueso, lo que hace que el tamaño de la bobina aumente significativamente y sea voluminoso.

El ruido de RF es proporcional al vataje de la carga, por lo que cargas más altas pueden causar una emisión de RF más alta que exige un circuito de supresión más mejorado.

Este problema puede no ser tan grave para cargas inductivas como motores eléctricos, ya que en tales casos el propio devanado de carga atenúa la RFI. El control de fase Triac también está involucrado con un problema adicional: el factor de potencia de carga.

El factor de potencia de carga puede verse afectado negativamente y es un problema que los reguladores de la fuente de alimentación consideran con bastante seriedad.