Control / Modos de Disparo

La potencia entregada a una carga puede ser regulada o proporcionada por controladores de potencia SCR usando el modo de control de ángulo de fase o el ciclo integral (conmutación de voltaje cruce por cero). Cada modo de control tiene sus propias ventajas y desventajas específicas y cada aplicación debería evaluarse para determinar el modo de control más compatible.  

Ángulo de fase

En un control de ángulo de fase, cada pareja de SCRs espalda-con-espalda está encendida por una porción variable del medio-ciclo en que (el SCR) conduce. La potencia está regulada por el avanzar o el retraso del punto en lo que el SCR está encendido (ON) durante cada medio ciclo.    Los reguladores de luz (dimmers) son un ejemplo de control de ángulo de fase.

Un control de ángulo de fase provee una resolución de potencia muy fina y se utiliza para controlar cargas que responden rápidamente como lámparas de incandescentes de Tungsteno o cargas en las cuales la resistencia cambia como una función de la temperatura. El control de ángulo de fase se requiere cuando la carga está acoplada por transformador o inductiva.

Los controladores de ángulo de fase típicamente son más caros que los controladores de cruce por cero, porque el circuito de ángulo de fase requiere más sofisticación que un circuito de cruce por cero . El control de potencia trifásico por ángulo de fase requiere SCRs en cada una de las patas y es apreciablemente más caro que un control de cruce por cero lo que solo requiere SCRs en dos de las tres patas.  

Phase Angle Firing Mode

Cruce por cero

El término cruce por cero u operación síncrona de SCRs se deriva del hecho que los SCRs están encendidos solo cuando el valor instantáneo de la forma de onda sinusoidal es cero. En la operación cruce por cero, la potencia es aplicada a un número de medio ciclos continuos y después removida para un número de medio ciclos para lograr la carga de potencia deseada, en la misma manera que la potencia sería controlada con un dispositivo de conmutación mecánica. La diferencia es que los controladores SCR siempre cambian la potencia cuando el valor instantáneo del voltaje aplicado es cero. También, la frecuencia de los ciclos encendidos/apagados puede ser extremadamente rápida porque no hay límite al número de operaciones de conmutación que el SCR puede desempeñar.

Los controladores de cruce por cero pueden proporcionar dos tipos de control un tanto distintivamente diferentes. La conmutación de grandes cantidades de corriente puede resultar en variaciones de voltaje de línea lo que afecta la iluminación ambiental u otro equipo. A veces, un control proporcional de tiempo es utilizado para reducir este efecto.  La desventaja es que potencia está aplicada en ráfagas más largas lo que puede a su vez causar problemas de control y cortar la vida del calentador. 

Típicamente, un control distributivo es un poco menos caro y provee una frecuencia de ciclo mucho más rápida dando mejor capacidad de control y vida más  larga al calentador. También puede utilizarse con cargas que responden mucho más rápido de lo que es posible con el control proporcional de tiempo. 

Zero Cross Firing Mode

Control proporcional de tiempo cruce por cero

El control proporcional de tiempo cruce por cero es logrado en base a un  tiempo fijo o constante, por lo tanto, el tiempo total de la potencia encendida (ON) y el tiempo total de la potencia apagada (OFF) siempre es igual a un valor fijo.  

Por ejemplo, si la  base de tiempo es de diez segundos y la potencia deseada es 50%, entonces potencia es aplicada por 5 segundos y removida por 5 segundos.  Si la potencia deseada fuera 25%, entonces la potencia es aplicada por 2.5 segundos y removida por el tiempo restante de 7.5 segundos.

La desventaja del control proporcional de tiempo es que, particularmente cuando la base de tiempo aumenta, la temperatura de la carga varía considerablemente entre  los ciclos encendidos/apagados. Esto puede acortar la vida de los componentes del calentador y disminuir la habilidad de obtener control de proceso preciso.

Cruce por cero distributivo

El cruce por cero distributivo no utiliza una base de tiempo fijo o constante como se utiliza en el del tiempo proporcional. La técnica utilizada por Control Concepts aplica potencia a la carga por 3 ciclos eléctricos y remueve carga de potencia por 3 ciclos eléctricos a 50% de potencia.

A requisitos de potencia más bajos, el controlador aplicará potencia por 3 ciclos eléctricos y después estará apagado por un número de ciclos eléctricos adecuado.  Por ejemplo, a 25% de potencia el controlador estará encendido por 3 ciclos eléctricos y apagado por 9 ciclos eléctricos, es decir, encendido por 3 de 12 ciclos eléctricos.

A niveles de potencia más altos, el controlador estará apagado por 3 ciclos eléctricos y encendido por un número de ciclos eléctricos adecuado. Por ejemplo, a 75% de potencia, el controlador estará encendido por 9 ciclos eléctricos y apagado por 3 ciclos eléctricos.

La técnica de control distributivo de Control Concepts combina pulsos de potencia de corta duración para obtener el nivel exacto proporcional a la  señal de mando o punto fijo. Por ejemplo, 60% de potencia es lograda por la combinación de dos pulsos de potencia. El primer pulso de potencia consiste de 4 ciclos encendidos y 3 ciclos apagados. El segundo pulso de potencia consiste de 5 ciclos encendidos y 3 ciclos apagados, proporcionando un total de 9 ciclos encendidos durante 15 ciclos.   

Por supuesto, estas ráfagas de potencia rápidas y cortas serán imposibles con contactores mecánicos. Típicamente, el control de cruce por cero es menos caro que el control de ángulo de fase y genera menos armónicos. Sin embargo, el control  cruce por cero solo puede ser utilizado para controlar potencia hacia cargas resistivas las cuales no cambian mucho con temperaturas o tiempo, y las cuales están acopladas directamente (no transformador entre el controlador SCR y la carga). 

El control de cruce por cero de altos niveles de potencia puede causar fluctuaciones de voltaje, resultando en fluctuaciones de la iluminación ambiental u otros problemas que  pueden causar el sobrecalentamiento de transformadores que alimentan potencia al controlador y la carga. 

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