Control de alimentación de CA: cómo controlar una fuente de alimentación de CA: aplicaciones

La mayoría de los dispositivos eléctricos utilizados en el hogar requieren alimentación de CA. Esta CA o alimentación de CA se suministra a los dispositivos mediante la conmutación de algunos interruptores de alimentación electrónicos. Para que las cargas funcionen correctamente, es necesario controlar la potencia alterna que se les aplica. Esto se logra controlando la operación de conmutación de los interruptores electrónicos de potencia, como los SCR.

Dos métodos para comprobar el funcionamiento del interruptor SCR

• Método de control de fase: Esto es para controlar el cambio del SCR con referencia a la fase de la señal de CA. El tiristor normalmente se activa 180 grados desde el inicio de la señal de CA. En otras palabras, en el cruce por cero de la forma de onda de la señal de CA, se aplican pulsos de disparo al terminal de puerta del tiristor. En el caso del control de potencia CA del SCR, la aplicación de estos pulsos se retrasa aumentando el tiempo entre pulsos y esto se conoce como control de retardo del ángulo de disparo. Sin embargo, estos circuitos crean armónicos de alto orden y generan RFI de radiofrecuencia y alta corriente de irrupción y, a niveles de potencia más altos, se necesitan más filtros para reducir la RFI.

• Cambio de ciclo completo: El control de ciclo integrado es otro método utilizado para la conversión directa de corriente alterna a corriente alterna, conocido como conmutador cero o selección de ciclo. El trising de ciclo completo se aplica a los circuitos de conmutación de CA y, en particular, a los circuitos de conmutación de CA de ciclo completo de voltaje cero. Cuando se usa un interruptor de voltaje cero para cambiar un factor de potencia bajo (carga inductiva), como un motor o un transformador de potencia, el transformador de potencia provoca el sobrecalentamiento de las líneas de servicios públicos. Por lo tanto, la saturación de la corriente de carga corresponde a corrientes de arranque demasiado altas. Otro enfoque para la conmutación de voltaje cero de ciclo completo implica el uso de arreglos relativamente complejos de elementos de almacenamiento biestables y circuitos lógicos que realmente cuentan el número de semiciclos de corriente de carga. La conmutación de ciclo completo implica aplicar potencia a la carga durante un número entero de ciclos y luego desconectar la potencia durante un número entero adicional de ciclos. Debido a la variación de voltaje cero y corriente cero de los tiristores, los armónicos generados se reducirán. No se puede usar un voltaje de conmutación suave de ciclo completo y la frecuencia es variable. Un método conocido y antiguo para controlar la alimentación de CA, especialmente en cargas de calefacción de CA, es la conmutación de ciclo completo mediante la activación de un teristor como medio para eliminar un ciclo completo, ciclos o partes de ciclos de una señal de CA. Sin embargo, el concepto de robar cíclicamente la forma de onda de voltaje usando un microcontrolador puede ser muy preciso dependiendo del programa escrito en lenguaje ensamblador/C. Por lo tanto, el voltaje promedio o la corriente detectada en el tiempo a la carga es proporcionalmente menor que si toda la señal estuviera conectada a la carga.

Un efecto secundario del uso de este esquema es un desequilibrio en la forma de onda de voltaje o corriente de entrada cuando la carga se enciende y se apaga, por lo que son adecuados para cargas específicas en comparación con el método de control del ángulo de encendido para minimizar la THD.

Antes de hacer ejemplos para cada tipo de control, hablemos un poco sobre la detección de cruce por cero.

Detección de paso por cero o paso por cero de tensión

Por el término cruce de voltaje cero, nos referimos al punto en la forma de onda de la señal de CA donde la señal de referencia cero cruza la forma de onda o, en otras palabras, donde la forma de onda de la señal cruza el eje x. Se utiliza para medir la frecuencia o el período de una señal periódica. También se puede usar para generar pulsos de temporización que se pueden usar para activar el terminal de puerta del rectificador de control de silicio para enviar un ángulo de disparo de 180 grados.

Un sinetón básicamente tiene nodos donde el voltaje cruza el punto cero, invierte la dirección y termina el sinetón.

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

Circuito ZVS o ZVR de detección de cruce por cero o detección de voltaje cero

El OPAMP utilizado en la detección de cruce por cero generalmente funciona como un comparador que compara la señal de CC pulsante (obtenida al rectificar la señal de CA) con un voltaje de CC de referencia (obtenido al filtrar la señal de CC pulsante). El terminal no inversor recibe la señal de referencia y el terminal inversor recibe el voltaje pulsante.

Cuando el voltaje de CC pulsado es más bajo 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 desde la salida del detector de cruce por cero.

Vídeo sobre detectores de paso por cero

Control cíclico de interruptor integral (ISCC):

Para superar las desventajas de la conmutación de ciclo completo y el control de cambio de paso, se utiliza el control de conmutación de ciclo completo para el control de la carga de calefacción. Hay 3 partes en el circuito ISCC. El primero es una fuente de alimentación para impulsar todos los amplificadores internos y proporcionar energía de compuerta para alimentar dispositivos semiconductores. La segunda parte es detectar el voltaje cero detectando la instancia cero del voltaje de suministro y proporciona un retraso de fase. En la tercera parte, se necesita una etapa amplificadora que amplifique la señal de control para proporcionar el impulso necesario para proporcionar el interruptor de alimentación. Los circuitos ISCC constan de un circuito de encendido y 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. El triac puede conducir corriente en ambas direcciones cuando está encendido y anteriormente se conocía como tiristor triodo bidireccional o tiristor triodo bidireccional. Un Triac es un interruptor conveniente para circuitos de CA que permite controlar grandes flujos de energía con corrientes de control en la escala de miliamperios.

Aplicación de conmutación de ciclo seguro: control de potencia industrial mediante conmutación segura

Este método se puede utilizar para controlar la alimentación de CA, especialmente en cargas lineales, como elementos de calefacción utilizados en un horno eléctrico. Con esto, el microcontrolador entrega la salida basada en la interrupción recibida como referencia para la generación de impulsos de activación.

Usando estos pulsos de disparo, podemos hacer que los optoaisladores activen el Triac para lograr un control de ciclo completo de acuerdo con los interruptores interconectados con el microcontrolador. En lugar del motor, se proporciona una lámpara eléctrica para observar su funcionamiento.

Aquí, se usa un detector de cruce por cero para proporcionar pulsos de activación a los pulsos de puerta del tiristor. La aplicación de estos pulsos está controlada por un microcontrolador y un optoaislador. El microcontrolador está programado para aplicar los pulsos al optoaislador por una duración determinada y luego dejar de aplicar los pulsos por otra duración fija. Esto da como resultado una eliminación completa de algunos ciclos de forma de onda ya que se aplicó una señal de CA a la carga. Luego, el optoaislador impulsa el tiristor en función de la entrada del microcontrolador. Así, se regula la corriente alterna suministrada a la lámpara.

Función de conmutación de pasos: control de alimentación de CA programable

Este método se utiliza para controlar la intensidad de una lámpara mediante el control de la alimentación de CA de la lámpara. Esto se hace retrasando la aplicación de los pulsos de disparo al TRIAC o usando el método de retraso del ángulo de disparo. El detector de cruce por cero pulsa cada cruce por cero del Forma de onda de CA aplicada al microcontrolador. En primer lugar, el microcontrolador transmite estos pulsos al optoaislador que, en consecuencia, activa el tiristor sin demora y, por lo tanto, la lámpara brilla con toda su intensidad. Ahora, utilizando el panel de interfaz con el microcontrolador, se requiere que el porcentaje de corriente se aplique al microcontrolador y se programa para retrasar la aplicación de los pulsos al optoacoplador en consecuencia. Por lo tanto, se retrasa la descarga del tiristor y se controla la intensidad de la lámpara.