Przekazniki, zwlaszcza czesto dzialajace i mocno obciazone, sa elementami zawodnymi.
Wymagany poziom niezawodnosci zalezy od zastosowania klucza mocy. Im bardziej skomplikowany obiekt automatyzacji tym wyzsze wymagania na niezawodnosc i koniecznosc stosowania monitoringu aby jak najszybciej po awari podajac dzialania korekcyjne i naprawcze.
Jako przelaczniki mocy w obwodach pradu zmiennego moga byc stosowane tyrystory i triaki. Dwa tyrystory moga pracowac polaczone antyrownolegle a przy malych mocach mozna zastosowac mostek diodowy i jeden tyrystor. Klucze te jednak maja sporo wad.
- Moc strat w tyrystorach lub triaku wymusza stosowanie radiatorow do odprowadzenia ciepla od elementow. Totez element w obudowie TO220 jest doskonaly do zalaczania stycznikow czy malych - srednich zaworow i tym podobnych elementow.
- Triaki maja mala odpornosc na napieciowe zaklocenia stromosciowe co wymusza stosowanie klopotliwych gasikow RC
- Triaki slabo toleruja przy komutacji szybko narastajacy prad anod i nie wszedzie moga byc stosowane
Prawie zawsze konieczna jest izolacja lacznika operujacego w zasilajacym obwodzie sieciowym od kontrolera
- Tyrystory lub triak moga byc sterowane ( rysunki A,B,C ) impulsami o czestotliwosci 5-20kHz poprzez maly transformatorek impulsowy Tr. Impulsy moga sie zaczynac po pierwszym zerze napiecia sieciowego.
- Sygnal zalaczenia moze byc przekazany transoptorem (D) ale do wyzwolenia lacznikow o normalnej czulosci potrzebny jest lokalny izolowany zasilaczyk ( jest wspolny dla grupy N=8..16 lacznikow ) dla drivera bramek. Triak mozna wyzwolic w kazdym z czterech kwadrantow pradu bramki i napiecia anody. Bramki triakow sterujemy zawsze sygnalem ujemnym bowiem triak przy dodatnim sygnale bramki ma bardzo mala czulosc przy dodatnim napieciu anody. Sciezka N na plytce drukowanej PCB musi byc bardzo szeroka dla minimalizacji zaklocen miedzy kanalami.
Zasilaczyk z transformatorkiem czy ekstra uzwojenie istniejacego transformatora, jest zbedny tylko przy stosowaniu bardzo czulych tyrystorow. Wielokanalowy system wyjsciowy mozna wzbogacic dla celow testowych lub bezpieczenstwa w kolejny kanal sluzacy do blokowania zasilacza czyli wszystkich kanalow wyjsciowych a takze w system monitoringu stanu wyjsc.
Jesli podamy mikrokontrollerowi sygnal synchronizacji do napiecia sieciowego to sygnaly do kanalow moga byc podane po momencie przejscia napiecia przez zero !
Tyrystory z bardzo czula bramka ( sa produkowane od lat, czulosc wyzwalania bramki ca 100uA ) jednak musza miec klopotliwa aktywna blokade ( F) bramek bowiem sa niezwykle podatne na zaklocenia a takze moga sie nie wylaczyc gdy przerwa w przeplywie pradu z mostka jest zbyt krotka. W stosunku do spotykanego ukladu zalaczania tyrystora w zerze napiecia sieciowego dodano prostownik jednodiodowy D,C1 wraz z opornikiem ograniczajacym prad ladowania R1. Gdy transoptor jest niewysterowany prad plynac opornikiem R2 i dalej R3 silnie nasyca tranzystor i silnie blokuje bramke czulego (Igt<100uA ) tyrystora, ktory napewno pozostanie wylaczony
- Najnowszym rozwiazaniem sa optotriaki w obudowach DIL6. Zostaly one wprowadzone przez Motorole ale maja juz drugich producentow. Sa stosunkowo tanie. Technologia produkcji optotriakow niewiele rozni sie od producji typowych transoptorow. Optotriaki serii MOC301X maja maksymalne napiecie blokowania 250V a MOC302X 400V. Typy MOC303X (250V) i MOC304X (400V) sa typu "Zero voltage crossing". Cyfra X - 0,1,2 lub 3 oznacza czulosc wyzwalania - typowo 15, 10 , 7.5 i 3.5mA. Maksymalny prad przewodzenia RMS triaka w optotriaku wynosi tylko 100mA ale optotriaki przeznaczone sa do wyzwalania triakow lub tyrystorow i nie ma to znaczenia. Typy zalaczane w zerze napiecia zalaczaja maksymalnie przy chwilowym napieciu 15V i generowane zaklocenia radiowe sa znikome jako ze szybkosc zalaczania triakow przy malych napieciach anodowych jest mala. Maksymalne napiecie blokowania 250V jest ledwie wystarczajace dla amerykanskich sieci zasilajacych 115Vac ale napiecie blokowania 400V jest za male dla sieci 220Vac, bez stosowania dodatkowych srodkow. Niemniej rodzina optotriakow sie rozwija i prawdopodobnie juz obecnie sa dostepne typy na napiecia blokowania 600V.
Poki co zakloceniowa stromosciowa tolerancja optotriakow jest slaba ale latwo jest ta wade obejsc.
Pokazano takze dodatkowy uklad monitoringu napiecia na obciazeniu zasilany wyprostowanym i odfiltrowanym pradem z kondensatora 100nF. Szeregowy opornik z tym kondensatorem ogranicza prady zalaczenia triaka. Moc strat w nim jest niewielka. Oczywiscie mozna takze monitorowac prad obciazenia co daje informacje czy odbiornik i polaczenia z nim sa sprawne.
Styczniki sa znacznie wolniejsze od przekaznikow. Tam gdzie chcemy dokonac szybkiego przelaczenia obwodow sredniej lub duzej mocy trzeba zastosowac antyrownolegle polaczone tyrystory mocy jako klucze. Na przyklad w urzadzeniach UPS ( Uninteraptible Power Supply ) gwarantujacych ciagle zasilanie dla krytycznych urzadzen czy przy zalaczaniu silnika asynchronicznego w dwoch kierunkach metoda zamiany dwoch faz czyli kierunku wirowania pola magnetycznego. Tyrystor jest wylaczony dopiero po zaniku pradu w obwodzie glownym czyli w sieci zasilajacej o czestotliwosci 50Hz maksymalnie po 10 ms. Uklad sterujacy musi to miec na uwadze aby nie spowodowac zwarcia w obwodzie mocy.
Zakloceniowa napieciowa odpornosc stromosciowa tyrystorow mozna poprawic bocznikujac bramke rezystorem lub rezystorem i kondensatorem ( 10-100 nF zaleznie od wymiaru tyrystora ). Data Sheet producentow podaja wykresy pokazujace poprawe odpornosci du/dt w zaleznosci od wartosci rezystorow. Przykladowo Philips podaje ze po zastosowaniu rezystora Rgk =100 Ohm do dosc czulego tyrystora BT151 ( Igt<5mA ) odpornosc na stromosc zakloceniowa wzrasta circa 6 razy.
Pamietac nalezy ze stromosc zakloceniowa mocno spada wraz z temperatura co jest argumentem za dobrym chlodzeniem.
Zalaczanie triaka w zerze napiecia bardzo zmniejsza generowane zaklocenia co jest pozadane. Niemniej proces przejsciowy zalaczanych silnikow asynchronicznych jest najlagodniejszy przy kacie zalaczenia 90 deg i najgorszy przy zalaczeniu w zerze napiecia. Dla zalaczenia stycznika czy zaworu nie ma to znaczenia.
Tam gdzie stosowane sa jako laczniki triaki i tyrystory wskazana jest ochrona przepieciowa sieci zasilajacej warystorem.
Wspolczesne triaki i tyrystory jako laczniki sieciowe w zasadzie toleruja przepiecia po prostu sie samowolnie zalaczajac na mniej niz polokres napiecia sieciowego. Odbiornik moze tego nie nawet nie zauwazyc. Trzeba jednak pamietac ze napieciowe zalaczenie tyrystora wymaga aby stromosc narastania pradu anodowego byla niewielka. Philips podaje ze przy zakloceniowym zalaczaniu napieciowym stromosc dla tyrystorow ktore maja graniczna stromosc narastania pradu 200A/usec wynosi tylko 15A/usec.
Bardzo dobrym monitorem do testow zakloceniowych jest zwykla zarowka, ktora po podaniu jej nawet polfali napiecia sieciowego jednak sie rozzarzy w widoczny sposob. Zarowki monitoringu do testu dolaczamy rownolegle do zalaczanych obiektow.
Schematy suprr ciekawe. To unikat. Ale niezbyt staranne.
OdpowiedzUsuń