A maioria dos aparelhos elétricos usados em casa requer energia CA para seu funcionamento. Esta alimentação CA ou CA é fornecida aos aparelhos por meio da operação de comutação de alguns interruptores eletrônicos de potência. Para um bom funcionamento das cargas, é necessário controlar o Energia AC aplicada para eles. Isso é obtido por sua vez controlando a operação de chaveamento dos interruptores eletrônicos de potência, como um SCR.
Dois métodos para controlar a operação de comutação do SCR
- Método de controle de fase : Refere-se ao controle da comutação do SCR com referência à fase do sinal AC. Normalmente, o Tiristor é acionado a 180 graus a partir do início do sinal AC. Ou, em outras palavras, nos cruzamentos de zero da forma de onda do sinal CA, os pulsos de disparo são aplicados ao terminal da porta do tiristor. No caso de controle da alimentação CA para o SCR, a aplicação desses pulsos é retardada aumentando o tempo entre os pulsos e isso é chamado de controle por retardo do ângulo de disparo. No entanto, esses circuitos causam harmônicos de ordem superior e geram RFI de radiofrequência e forte corrente de inrush e, em níveis de potência maiores, são necessários mais filtros para reduzir o RFI.
- Mudança de ciclo integral: O controle de ciclo integral é outro método usado para conversão direta de CA em CA, conhecido como comutação zero ou seleção de ciclo. O disparo de ciclo integral refere-se a circuitos de comutação de corrente alternada e, particularmente, a circuitos de comutação alternada de tensão zero de ciclo integral. Quando uma chave de tensão zero é empregada para comutar um fator de potência baixo (carga indutiva), como um motor ou transformador de potência, causa o superaquecimento de um transformador de potência nas linhas da rede elétrica. Portanto, a saturação da corrente da carga é de correntes de inrush excessivamente altas. Outra abordagem para a comutação de tensão zero de ciclo integral envolve o uso de arranjos relativamente complexos de elementos de armazenamento biestáveis e circuitos lógicos que, na verdade, contam o número de meio-ciclos da corrente de carga. A comutação de ciclo integral consiste em ligar a alimentação para carga por um número inteiro de ciclos e, em seguida, desligar a alimentação por mais um número de ciclos integrais. Devido à comutação de tensão zero e corrente zero dos tiristores, os harmônicos gerados serão reduzidos. Não é possível usar a tensão suave de comutação de ciclo integral e a frequência é variável. A comutação de ciclo integral por disparo de tiristores como um método para remover todo o ciclo, ciclos ou porções de ciclos de um sinal CA é um método bem conhecido e antigo de controle de energia CA, especialmente em cargas de aquecedor CA. No entanto, o conceito de alcançar o roubo de ciclo da forma de onda de tensão pelo uso de microcontrolador pode ser muito preciso de acordo com o programa escrito em linguagem Assembly / C. De forma que o tempo médio de tensão ou atualmente experimentado na carga seja proporcionalmente menor do que se todo o sinal fosse conectado à carga.
Um efeito colateral da utilização deste esquema é um desequilíbrio na corrente de entrada ou forma de onda de tensão conforme os ciclos são ligados e desligados através da carga, portanto, eles são adequados para cargas específicas em oposição ao método controlado do ângulo de disparo para minimizar o THD.
Antes de entrar em exemplos para cada tipo de controle, vamos fazer um breve resumo sobre a detecção de cruzamento zero.
Detecção de Zero-Crossing ou Zero-Voltage Crossing
Pelo termo Cruzamento de Tensão Zero, queremos dizer o ponto na forma de onda do sinal AC onde o sinal cruza a referência zero da forma de onda ou em outras palavras onde a forma de onda do sinal se cruza com o eixo x. É usado para medir a frequência ou período de um sinal periódico. Ele também pode ser usado para gerar pulsos sincronizados que podem ser usados para acionar o terminal de porta do Retificador Controlado por Silício para conduzi-lo em um ângulo de disparo de 180 graus.
Uma onda senoidal por natureza possui nós onde a tensão cruza o ponto zero, inverte a direção e completa a onda senoidal.
Ao alternar a carga CA no ponto de tensão zero, eliminamos virtualmente as perdas e tensões induzidas por tensão.
Circuito ZVS ou ZVR com Sensor Cruzado Zero ou Sensor de Tensão Zero
Normalmente, o OPAMP usado na detecção de cruzamento por zero funciona como um comparador comparando o sinal CC pulsante (obtido retificando o sinal CA), com uma tensão CC de referência (obtida filtrando o sinal CC pulsante). O sinal de referência é fornecido ao terminal não inversor, enquanto a tensão pulsante é fornecida ao terminal inversor.
No caso da tensão CC pulsante ser menor que o sinal de referência, um sinal lógico alto é desenvolvido na saída do comparador. Assim, para cada ponto de cruzamento de zero do sinal AC, os pulsos são gerados a partir da saída do Detector de Cruzamento de Zero.
Um vídeo sobre detectores de cruzamento zero
Controle de ciclo de comutação integral (ISCC):
Para remover as desvantagens da comutação de ciclo integral e comutação de controle de fase, o controle de ciclo de comutação integral é usado para o controle da carga de aquecimento. O circuito ISCC tem 3 seções. O primeiro consiste em uma fonte de alimentação para acionar todos os amplificadores internos e alimentar a energia do gate para os dispositivos semicondutores de potência. A segunda seção consiste na detecção de tensão zero detectando a instância de tensão de alimentação zero e fornece um atraso de fase. Na terceira seção, é necessário um estágio amplificador que amplia o sinal de controle para fornecer a unidade necessária para ligar o interruptor de alimentação. Os circuitos ISCC consistem em circuito de disparo e amplificador de potência (FCPA) e fonte de alimentação para controlar a carga.
FCPA consiste em drivers de porta para tiristor e TRIAC é usado como dispositivos de energia no projeto proposto. O Triac pode conduzir corrente em qualquer direção quando está ligado e é anteriormente chamado de tiristor triodo bidirecional ou tiristor triodo bilateral. Triac é uma chave conveniente para circuitos CA que permite o controle de grandes fluxos de energia com correntes de controle de escala de miliamperes.
Uma Aplicação de Comutação de Ciclo Integral - Controle de Energia Industrial por Comutação Integral
Este método pode ser usado para controlar a energia CA, especialmente em cargas lineares, como aquecedores usados em um forno elétrico. Nesse caso, o microcontrolador fornece a saída com base na interrupção recebida como referência para uma geração de pulsos de disparo.
Usando esses pulsos de acionamento, podemos acionar os optoisoladores para acionar o Triac para obter o controle de ciclo integral de acordo com os interruptores que têm interface com o microcontrolador. No lugar do motor é fornecida uma lâmpada elétrica para observação de seu funcionamento.
Diagrama de blocos de controle de potência por comutação de ciclo integral
Aqui, um detector de cruzamento zero é usado para fornecer pulsos de disparo para os pulsos de porta do tiristor. A aplicação desses pulsos é controlada por meio de um microcontrolador e um optoisolador. O microcontrolador está programado para aplicar os pulsos ao optoisolador por um período fixo de tempo e, em seguida, interromper a aplicação dos pulsos por outro período fixo. Isso resulta na eliminação completa de alguns ciclos da forma de onda do sinal CA aplicada à carga. O optoisolador aciona o tiristor com base na entrada do microcontrolador. Assim, a alimentação CA fornecida à lâmpada é controlada.
Uma aplicação de chaveamento controlado por fase - controle programável de energia CA
Diagrama de blocos de controle de potência por método de controle de fase
Este método é usado para controlar a intensidade da lâmpada, controlando a energia CA para a lâmpada. Isso é feito atrasando a aplicação dos pulsos de disparo ao TRIAC ou usando o método de atraso do ângulo de disparo. O detector de cruzamento de zero fornece pulsos a cada cruzamento de zero da forma de onda CA que é aplicada ao microcontrolador. Inicialmente, o microcontrolador fornece esses pulsos ao optoisolador, que aciona o tiristor sem qualquer atraso e, assim, a lâmpada acende com intensidade total. Agora, usando o teclado com interface com o Microcontrolador, a intensidade necessária em porcentagem é aplicada ao Microcontrolador e é programado para atrasar a aplicação de pulsos no optoisolador. Assim, o disparo do tiristor é atrasado e consequentemente a intensidade da lâmpada é controlada.
