Фазовый контроллер

Невыпрямленное переменное напряжение, регулируемое фазовым регулированием

Фазовое управление ( PFC ), также называемое обрезкой фазы или управлением фазовым углом , представляет собой метод ограничения мощности, применяемый к переменному напряжению. ^[1] Он работает путем модуляции тиристора , тиристора , симистора , тиратрона или других подобных устройств, подобных управляемым диодам, в режим проводимости и из него с заданным фазовым углом приложенного сигнала. ^[2]

Обзор

Фазовое управление (PFC) часто используется для контроля количества напряжения , тока или мощности , которые источник питания подает на свою нагрузку. Это делается для создания среднего значения на выходе. Если источник питания имеет выход постоянного тока, его временная развертка не имеет значения при принятии решения о включении или выключении источника питания, поскольку значение, которое будет импульсно включаться и выключаться, является непрерывным.

PFC отличается от широтно-импульсной модуляции (ШИМ) тем, что он предназначен для источников питания, которые выводят модулированный сигнал, например синусоидальный сигнал переменного тока , который выдает национальная сеть. Здесь становится важным, чтобы источник питания включался и выключался в правильном положении в цикле модуляции для достижения известного значения; например, контроллер может включиться на пике сигнала или в его основании, если не принимать во внимание временную развертку цикла.

Фазовые контроллеры получили свое название от того факта, что они запускают выходной импульс на определенной фазе цикла модуляции входа. По сути, PFC — это контроллер, который может синхронизироваться с модуляцией, присутствующей на входе.

В большинстве фазовых контроллеров в качестве элементов управления используются тиристоры или другие полупроводниковые переключающие устройства. В контроллерах на основе тиристоров могут использоваться тиристоры с затвором (GTO) , что позволяет контроллеру не только решать, когда включать выход, но и когда его выключать, вместо того, чтобы ждать, пока форма сигнала вернется к следующему пересечению нуля. .

Снижение производительности за счет раскачивания

Регулятор с фазовым управлением, как и импульсный источник питания с понижающей топологией , способен выдавать только выходное напряжение, не превышающее его входное, за вычетом любых потерь, возникающих в самих элементах управления. При условии, что модуляция в течение каждого цикла предсказуема или повторяется, как это происходит в сети переменного тока национальной сети, для получения выходного сигнала ниже, чем его входной сигнал, фазовое управление просто отключается при заданном фазовом угле цикла входной модуляции. При включении устройства в проводимость при фазовом угле более 0 градусов, в момент после начала цикла модуляции, на выходе присутствует часть общей энергии в каждом цикле.

«Усиление» за счет снижения номинальных характеристик

Для достижения эффекта, подобного «повышению», характеристики PFC должны быть снижены таким образом, чтобы максимальное значение на входе было выше номинальных требований на выходе. Когда источник питания впервые включается или работает в номинальных условиях, контроллер будет постоянно выдавать менее 100% входного сигнала. Когда требуется повышение, контроллер обеспечивает процент, близкий к 100% от максимально доступного входного сигнала.

Снижение номинальных характеристик фазовых контроллеров с питанием от сети важно, поскольку они часто используются для управления резистивными нагрузками, такими как нагревательные элементы. Со временем сопротивление нагревательных элементов может увеличиться. Чтобы учесть это, фазовое управление должно быть в состоянии обеспечить некоторую степень дополнительного напряжения для прохождения того же нагревательного тока через элемент. Единственный способ добиться этого — намеренно спроектировать источник питания так, чтобы при первой установке элементов на него требовалось менее 100% цикла модуляции входа, постепенно открывая источник питания для обеспечения 100% цикла входной модуляции по мере старения элементов. .

Приложения

Наиболее распространенное применение — диммеры для управления домашним освещением.

Раньше для промышленного применения в качестве источника питания таких элементов использовались чрезвычайно дорогие и тяжелые многоотводные трансформаторы , при этом соответствующий отвод обмотки подключался к элементу для создания желаемой температуры. Это ограничивало температурное разрешение количеством доступных комбинаций кранов. Они часто используются в контроллерах, предназначенных для такого оборудования, как электрические духовки и печи.

В современном, обычно мощном оборудовании трансформатор заменяется фазовыми контроллерами, подключающими нагрузку непосредственно к сети, в результате чего система становится значительно дешевле и легче. Однако метод обычно ограничивается применением в оборудовании, без которого было бы нереально. Это связано с тем, что удаление сетевого трансформатора означает, что нагрузка имеет электрическую непрерывность со входом. Для промышленных печей и печей входом часто является общенациональная сеть переменного тока, которая сама по себе электрически связана с землей. Поскольку выход контроллера привязан к земле, пользователю достаточно находиться в контакте с землей и одной из выходных клемм, чтобы рискнуть получить удар электрическим током. При многих мощных элементах оборудования, работающих от трехфазной сети 415 В ^{[ нужны разъяснения ]}, сильноточных входах и наличии заземленного (заземленного) корпуса или корпуса, это серьезный риск, который необходимо тщательно оценить.

История

Первый патент на контроллеры с фазовым управлением был получен в 1912 году. ^{[ нужна ссылка ]} Однако реализация впервые стала возможной в 1920-х годах, когда стали доступны ртутно-дуговые вентильные выпрямители с регулирующими сетками. Из-за ограничений ртутно-дуговых ламп этот метод регулирования напряжения в то время не был распространен. Он получил широкое распространение с изобретением твердотельных тиристоров в конце 1950-х годов.

См. также

Контроллеры пакетного действия

Ссылки

^ Программное и аппаратное обеспечение микрокомпьютеров . М.Х. Хамза, Г.К.Ф. Ли, Общество систем управления IEEE, Международное общество мини-микрокомпьютеров. Анахайм, Калифорния: ACTA Press. 1986. с. 2. ISBN 0-88986-085-8 . OCLC 24541232 . {{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
^ Д.У., Макдональд (1980). «Управление мощностью переменного тока в контуре тестирования потока активной зоны» . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[1] Программное и аппаратное обеспечение микрокомпьютеров . М.Х. Хамза, Г.К.Ф. Ли, Общество систем управления IEEE, Международное общество мини-микрокомпьютеров. Анахайм, Калифорния: ACTA Press. 1986. с. 2. ISBN 0-88986-085-8 . OCLC 24541232 . {{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )

[2] Д.У., Макдональд (1980). «Управление мощностью переменного тока в контуре тестирования потока активной зоны» . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[1]

[2]