Фазовое управление ( PFC ), также называемое фазовой резкой 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 с управляемым диодом в состояние проводимости и из него при заданном фазовом угле применяемой формы сигнала. [2]
Фазовое управление (PFC) часто используется для управления величиной напряжения , тока или мощности , которые источник питания подает на свою нагрузку. Это делается для создания среднего значения на его выходе. Если источник питания имеет выход постоянного тока, его временная база не имеет значения при принятии решения о том, когда включать или выключать источник питания, поскольку значение, которое будет включаться и выключаться, является непрерывным.
PFC отличается от широтно-импульсной модуляции (ШИМ) тем, что она адресует источники, которые выводят модулированную волну, такую как синусоидальная волна переменного тока , которую выводит национальная сеть. Здесь становится важным, чтобы источник включался и выключался в правильном положении в цикле модуляции для достижения известного значения; например, контроллер может включиться на пике волны или на ее основании, если временная база цикла не принимается во внимание.
Контроллеры с фазовым запуском получили свое название из-за того, что они запускают импульс на выходе в определенной фазе цикла модуляции входа. По сути, PFC — это контроллер, который может синхронизировать себя с модуляцией, присутствующей на входе.
Большинство контроллеров с фазовым запуском используют тиристоры или другие твердотельные коммутационные устройства в качестве элементов управления. Контроллеры на основе тиристоров могут использовать тиристоры с затвором выключения (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 нулевому переходу .
Контроллер с фазовым запуском, как и блок питания с импульсной топологией buck-topology , способен выдавать только выходное напряжение, не превышающее его входное, за вычетом 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 входного, контроллер с фазовым запуском просто отключается для заданного фазового угла цикла модуляции входа. При запуске устройства в проводимость при фазовом угле больше 0 градусов, точке после начала цикла модуляции, на выходе присутствует часть полной энергии в каждом цикле.
Для достижения эффекта типа «усиления» конструкции PFC должны быть снижены таким образом, чтобы максимальное значение на входе было выше номинальных выходных требований. Когда источник питания впервые включается или работает в номинальных условиях, контроллер будет постоянно подавать менее 100% своего входного сигнала. Когда требуется усиление, контроллер подает процент, близкий к 100% максимально доступного входного сигнала.
Снижение мощности контроллеров с фазовым 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, управление с фазовым питанием должно быть способно обеспечить некоторую степень дополнительного напряжения для пропускания того же тока нагрева через элемент. Единственный способ добиться этого — намеренно спроектировать источник питания так, чтобы он требовал менее 100% цикла модуляции входа, когда элементы впервые устанавливаются на место, постепенно открывая источник питания до обеспечения 100% цикла модуляции входа по мере старения элементов.
Наиболее распространенное применение — диммеры для управления бытовым освещением.
Для промышленного применения ранее в качестве источников питания для таких элементов использовались чрезвычайно дорогие и тяжелые многоотводные трансформаторы , при этом соответствующий отвод обмотки подключался к элементу для получения желаемой температуры. Это ограничивало температурное разрешение количеством доступных комбинаций отводов. Они часто находят свое применение в контроллерах, разработанных для такого оборудования, как электрические печи и печи.
В современном, обычно высокомощном оборудовании трансформатор заменяется на фазовые контроллеры, подключающие нагрузку напрямую к сети, что приводит к существенно более дешевой и легкой системе. Однако этот метод обычно ограничивается использованием в оборудовании, которое было бы нереальным без него. Это связано с тем, что удаление сетевого трансформатора означает, что нагрузка имеет электрическую непрерывность с входом. Для промышленных печей и печей входом часто является национальная сеть переменного тока, которая сама по себе электрически связана с землей. При выходе контроллера, связанном с землей, пользователю достаточно только соприкоснуться с землей и одной из выходных клемм, чтобы рисковать получить удар током. При наличии многих мощных элементов оборудования, работающих от трехфазного напряжения 415 В [ необходимо разъяснение ] , сильноточных входов и наличии любого корпуса или каркаса, заземленного (заземленного), это серьезный риск, который необходимо тщательно оценить.
Первый патент на фазовые контроллеры датируется 1912 годом. [ необходима цитата ] Однако реализация впервые стала возможной в 1920-х годах, когда стали доступны ртутно-дуговые выпрямители с управляющими сетками. Из-за ограничений ртутно-дуговых вентилей этот метод регулирования напряжения не был распространен в то время. Он получил широкое распространение с изобретением твердотельных тиристоров в конце 1950-х годов.
Контроллеры импульсного действия
{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка ){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )