Comanda Unui Motor de Curent Alternativ, cu Vta

Comanda unui motor de curent alternativ, cu VTA

CUPRINSUL

1 INTRODUCERE

2 CUPRINSUL LUCRARII

2.1 NOTIUNI GENERALE

2.1.1 MOTORUL DE CURENT ALTERNATIV

2.1.2 TRIACUL

2.1.3 VARIATORUL DE TENSIUNE ALTERNATIVA

2.5 FORMULELE MATEMATICE

2.6 ILUSTRAȚIILE

2.6.1 Figurile

2.6.2 Tabelele

2.6.3 Legenda (unei figuri/tabele)

3 TERMENI DE UTILIZARE

3.1 AUTORII

3.2 LICENȚA DE UTILIZARE

4 CONCLUZII

5 BIBLIOGRAFIE

6 REFERINȚE WEB

A. CODUL SURSĂ

B. SITE-UL WEB AL PROIECTULUI

C. CD / DVD

INDEX

LISTA FIGURILOR

Figura 1. Componente motor ………………………………………………………………………………………………….. 2

Figura 2. Clasificare motoare sincrone ………………………………………………………………………………….. 2

Figura 3. Motor Blender 7020 ………………………………………………………………………………………………… 3

Figura 4. Cablaj placa achizitie ………………………………………………………………………………………………. 4

Figura 5. Locatie piese placa achizitie …………………………………………………………………………………… 4

Figura 6. Schema electronica comanda motor c.a…………………………………………………………………. 5

Figura 7. Circuit de detectie al treceri prin zero…………………………………………………………………….. 6

Figura 8. Circuit de control al fazei ………………………………………………………………………………………… 7

Figura 9. Graf forme de unda ……………………………………………………………………………….. 9

Figura 10. Strucutura interna a unui triac si schema echivalenta a unui triac ………………. 11

Figura 11. Simbol triac si caracteristica curent-tensiune …………………………………………… 12

Figura 12. Moduri posibile de functionare a triacului ……………………………………………….. 13

Figura 13. Schema electrica a unui etaj de comanda cu triac alimentat direct de la retea .. 14

Figura 14. Comanda digitala a unui triac cu optotriac ………………………………………………. 14

Figura 15. Model Simulink al comenzii in faza ……………………………………………………….. 15

Figura 16. Impulsuri de amorsare ………………………………………………………………………….. 15

Figura 17. Forma tensiunii pe sarcina …………………………………………………………………….. 16

Figura 18. Tensiunea pe triac(linia gri) si curentul prin unul din tiristoare(linia neagra) .. 16

Figura 19. Amorsarea cu intarziere a triacului …………………………………………………………. 17

Figura 20. Varianta schema de detectare a trecerii prin zero si simulare SPICE …………… 18

Figura 21. Simbolul (a) si structura semiconductoare (b) a tiristoarelor ………………………. 19

Figura 22. Caracteristica curent-tensiune a tiristorului ……………………………………………… 19

Figura 23. Caracteristica curent-tensiune a tiristorului ……………………………………………… 19

Figura 24. Capsusele de tiristoare ………………………………………………………………………….. 19

Figura 25. Deducerea schemei echivalente a tiristorului …………………………………………… 20

Figura 26. MOC3011M ………………………………………………………………………………………… 21

Figura 27. Schema MOC3011M ……………………………………………………………………………. 21

Figura 28. AT89C51 Microcontroler ……………………………………………………………………… 26

Figura 29. Configuratie Pin AT89C51 ……………………………………………………………………. 28

Figura 30. Diagrama bloc (AT89C51) ……………………………………………………………………. 30

Figura 31. Oscilator Connetions …………………………………………………………………………….. 32

Figura 32. External clock drive configuration ………………………………………………………….. 32

LISTA TABELELOR

Tabelul 1. Functi butoane ………………………………………………………………………………………… 10

Tabelul 2. Parametrii MOC301x/MOC302x ………………………………………………………………. 22

Tabelul 3. Caracteristi Electrici MOC301X/MOC302X ………………………………………………. 23

Tabelul 4. Caracteristi de transfer MOC301X/MOC302X ……………………………………………. 23

Tabelul 5. Date de referinta BT138 ……………………………………………………………………………. 24

Tabelul 6. Numerotare pini BT138 ……………………………………………………………………………………. 24

Tabelul 7. Configuratie pini(1) simbol(2) BT138 ………………………………………………………… 24

Tabelul 8. Valori Limita BT138 ………………………………………………………………………………… 25

Tabelul 9. Thermal Resistence BT138 ……………………………………………………………………….. 25

Tabelul 10. Caracteristi Statice BT138 ………………………………………………………………………. 25

Tabelul 11. Caracteristi Dinamice BT138 ………………………………………………………………….. 26

Tabelul 12. Tabel Port 3 Features ……………………………………………………………………………… 31

Tabelul 13. AT89C51 A.C Caracteristici ……………………………………………………………………. 33

Introducere

Comanda unui motor de curent alternativ, cu VTA

Variatoarele de tensiune alternativa (VTA) sunt convertoare statice de putere care modifica unul sau mai multi paramatrii ai curentului alternativ pentru a regla curentul mediu injectat intr-o sarcina. Cele mai intalnite circuite VTA folosesc portiuni mai mari sau mai mici din sinusoida pentru a regla intensitatea luminoasa a unui bec sau turatia unui motor de curent alternativ. La aceste variatoare de tensiune alternativa, elementul de control este un tiristor in cazul montajelor monoalternanta sau doua tiristoare in montaj antiparalel in cazul montajelor bialternanta. La puteri mici si moderate foarte folosit este triacul.

Convertoarele al caror element de control este triacul mai sunt denumite si convertoare cu comutatie naturala deoarece blocarea triacului se produce la fiecare trecere prin zero a tensiunii de alimentare sinusoidale.

Am ales pentru realizare o schema cu un triac comandat printr-un transformator de impulsuri de catre un tranzistor unijonctiune programabil.

Cuprinsul lucrarii

Capitolul 1

1.1.1 Motorul de curent alternativ

Motorul este un dispozitiv electromecanic ce transforma energia electrica in energie mecanica.

Motorul de curent alternativ funtioneaza alimentat cu energie de la surse de curent alternativ.Acesta functioneaza pe baza principiului campului magnetic invartitor, principiu identificat de Nikola Tesla in 1882.

Elementele constructive:

Motorul este construit din doua parti componente indiferent de tipul acestuia si anume :

stator si rotor.

Statorul – este partea fixa a motorului(carcasa,bornele de alimentare, infasurarea statorica si armatura feromagnetica statorica).

Rotorul – partea mobila a motorului format dintr-un ax si o armatura rotorica ce sustine infasurarea rotorica.

Componente motor

Motoarele de curent alternativ se clasifica in :

-motoare sincrone

-motoare asincrone

Viteza unui motor de curent alternativ depinde de doi factori si anume, numarul de poli si frecventa aplicata.Viteza motorul de curent alternativ depinde si de designul motorului.Viteza sincrona este determinata de frecventa de intrare a curentului alternativ si numarul de poli din stator.Cu cat este mai mare numarul de poli cu atat este mai lenta viteza sincrona.Cu cat frecventa aplicata este mai mare, cu atat viteza sincrona este mai rapida.

Motorul electric asincron

Motorul electric asincron este o masina electrica simpla,robusta, usor de manipulat, ieftina, avand un randament bun si un cuplu de pornire ridicat. El este caracterizat printr-o viteza de functionare care variaza cu sarcina (la frecventa constanta a curentului de alimentare).Ca orice masina electrica, motorul asincron este reversibil, adica, daca este antrenat de un alt motor primar la viteze suprasincrone, el functioneaza ca generator electric, iar daca i se caleaza rotorul el functioneaza ca transformator static(regulator de inductie), folosit la reglarea tensiunii retelelor.

Cand transformatorul asincron functioneaza in gol, el absoarbe un current aproape in intregime reactive(pemtru magnetizarea circuitului sau magnetic). Pentru pierderile in fier si in infasurari,mecanica si de ventilatie,el absoarbe un curent activ relativ redus.In aceasta situatie,factorul sau de putere este foarte mic la mersul in gol,deci un dezavantaj.

Motoarele electrice asincrone sunt de mai multe tipuri:

cu rotorul bobinat(si inele colectoare);

cu rotorul in scurtcircuit;

cu rotorul in bare inalte;

cu rotorul de tip Dolivo-Dobrovolski(dubla colivie).

Reglajul vitezei motoarelor asincrone se poate face prin:

rezistoare introduce in circuitul rotoric (reglaj viteza in sarcina);

variatia tensiunii aplicate ( prin autotransformator sau transformator);

variatia frecventei;

variatia numarului de poli (permite 2-3 trepte de viteza).

Turatia motorului se calculeaza in functie de alunecarea rotorului fata de turatia de sincronism, care este cunoscuta, fiind determinata de sistemul trifazat de curenti.

Alunecarea este egala cu: , unde:

n1 este turatia de sincronism si

n2 este turatia rotorului.

, unde:

f este frecventa tensiunii de alimentare si

p este numarul de perechi de poli ai infasurarii statorice.

Turatia masinii, in functie de turatia campului magnetic invartitor si in functie de alunecare este: .

Motorul electric sincron

La motorul sincron statorul este o infasurare alimentata in current alternative, iar rotorul, cu o infasurare de excitatie alimentata in current continuu.Masinile sincrone se construiesc ca generatoare, motoare sau compresoare de faza.Ele se deosebesc intre ele,in principal, prin faptul ca la generatoare cuplul la arbore are sens invers fata de cel de la motoare, iar la compensatoare acest cuplu este practice nul.

Caracteristica principala a motorului sincron este aceea ca viteza rotorului sau este constanta,indiferent de sarcina(pentru aceeasi frecventa a retelei).

Motorul sincron poate suporta diverse sarcini, pana la o sarcina maxima numita "sarcina de desprindere", in functie de caracteristicile lui.Daca aceasta sarcina este depasita, motorul isi pierde sincronismul (turatia rotorului cu "campul invartitor" al infasurarii statorice) si se desprinde de sarcina.

Cuplarea unei masini sincrone la retea se poate face numai daca sunt indeplinite urmatoarele conditii:

masina sa fie adusa la viteza de sincronism;

tensiunea la bornele sale sa fie egala cu a retelei;

succesiunea fazelor masinii sa fie egala cu cea a retelei;

in momentul cuplarii sa fie opozitie de faza intre tensiunea retelei sic ea a masinii (generatoare).

Viteza motorului sincron se calculeaza dupa formula,

AC MOTOR SPEED, RMP=120xFrecventa/Numarul de poli

Motorul sincron prezinta avantajul,fata de motorul asincron,ca avand un factor de putere foarte bun,imbunatateste factorul de putere general al instalatiilor electrice la care este racordat.El prezinta insa dezavantaje ca nu are posibilitatea decu cea a retelei;

in momentul cuplarii sa fie opozitie de faza intre tensiunea retelei sic ea a masinii (generatoare).

Viteza motorului sincron se calculeaza dupa formula,

AC MOTOR SPEED, RMP=120xFrecventa/Numarul de poli

Motorul sincron prezinta avantajul,fata de motorul asincron,ca avand un factor de putere foarte bun,imbunatateste factorul de putere general al instalatiilor electrice la care este racordat.El prezinta insa dezavantaje ca nu are posibilitatea de variatie si ca necesita o instalatie de excitatie si pornire.

Motorul sincron se foloseste acolo unde nu este nevoie de variatie a vitezei de rotatie,si anume la: convertizoare de mare viteza,compresoare,ventilatoare,etc.

Clasificare motoare sincrone

Clasificare motoare asincrone

Motorul folosit de mine in acest proiect este un motor universal cu urmatoarele specificatii:

BLENDER MOTOR 7020

Tensiunea: AC 230V

Frecventa: 50/60 HZ

Puterea: 250 WATT

Amperi: 1A

Rotatii pe minut: 13000 RPM

Blender Motor 7020

Motorul universal functioneaza atat in curent alternativ cat si in curent direct. Constructia este foarte similara motorului de curent continuu, doar ca este modificata pentru a functiona in curent alternativ.

Acest tip de de motor electric poate functiona foarte bine in curent alternativ deoarece curentul in ambele campuri si armatura(si campurile magnetice rezultate) vor alterna(polaritate inversa) sincron cu sursa.

Motoarele universale au cuplu mare la pornire, pot rula la viteze foarte mari si sunt usoare.

Circuitul echivalent al unui motor universal

Eficienta motoarelor universale

Chiar si atunci cand sunt folosite in curent alternativ aceste tipuri de motoare sunt capabile sa ruleze la o frecventa de rotatie cu mult peste cea a sursei de alimentare. Cu toate acestea, motoarele universale sunt, de obicei relativ ineficiente :

in jur de 30 % pentru motoarele mici.

in jur de 70-75% pentru motoarele mari.

Elemente specifice motorului universal

Subansamblul statoric:

1 Armatura feromagnetica

2 Infasurare de excitatie

Subansamblul rotoric

3 Ax

4 Colector

Din subansamblul rotoric nu este vizibila armatura feromagnetica rotorica si infasurarea rotorica

5 Perie extrasa din suportul port perie

6 Tija metalica pentru alimentarea infasurarii rotorice

Motor electric universal

Aplicatii ale motorul electric

Foarte multe aplicatii din domeniul microcontrollerelor au sarcina actionarii unor motoare.De exemplu aplicatiile auto-motoare de la geamurile electrice, motoarele indicatoarelor de bord etc.Aplicatii din domeniul echipamentelor periferice – imprimanta, hard disk etc, sau aplicatii industriale- actionari de vane, robinete etc.

2. Capitolul 2

2.1 Prezentare schema

Dupa cum am prezentat in introducere, pentru realizarea proiectului am ales o schema cu un triac comandat printr-un transformator de impulsuri de catre un tranzistor unijonctiune programabil.

Schema circuit

Variatorul de tensiune alternativa este alimentat la reteaua de curent alternativ de 220v si regleaza turatia unui motor universal de curent alternativ.

Puntea redresoare formata din diodele D1, D2, D3 si D4, redreseaza dubla alternanta tensiunea retelei, tensiunea care este aplicata diodei zenner D5 prin intermediul rezistorului R1.

Tranzistorul unijonctiune programabil Q1 este alimentat cu tensiunea continua prin intermediul diodei D6. Aceasta tensiune este filtrata de condensatorul C2.Acest condensator nu trebuie sa aibe o valoare mare deoarece consumul mediu de curent alternativ al TUP-ului este mic deoarece cand declanseaza produce impulsuri de curent de valoare mare dar foarte scurte, dupa diagramele de functionare din figura 2.

Figura 2

Realizarea practica am inceput-o cu proiectarea cablajului in programul Sprint-Layout.

Cablajul finalizat este prezentat in figura 3.

.

Figura 3

Fata cu piese a acestui cablaj este prezentata in figura 4

Figura 4

Datorita faptului ca un motor este o sarcina inductiva, a fost necesar introducerea grupului R6, C3 montat paralel pe triac care are rolul de a micsora efectul Du/Dt ce ar putea produce amorsarea parazita a triacului.

Transformatorul separator din grila triacului l-am realizat pe o carcasa cu miez de ferita dintr-un bec economic si am bobinat 100 de spire in primar si 100 de spire in secundar, ambele infasurari bobinate cu sarba CuEm cu diametru 0.25mm. Deci transformatorul avand raportul de transformare 1:1 care este folosit doar pentru separare galvanica.

Prezentare schema (varianta finalizata) figura 5.

Figura 5

Tranzistorul unijonctiune(TUJ)

Tranzistorul unijonctiune este un dispozitiv semiconductor care are caracteristi electrice diferite fata de cele ale unui tranzistor cu doua jonctiuni.Cele mai importante caracteristi sunt:

(1) Declansator stabil de tensiune (Vp)

(2) O valoare foarte mica a unui curent (Ip)

(3) O rezistenta negativa care este uniforma unitate cu unitate si stabila cu temperata si durata de viata

(4) Un puls de curent foarte mare

(5) Costuri mici

Aceste caracteristi fac ca tranzistorul unijonciune sa fie foarte avantajat in osciloscop, circuite bistabile etc.

Simbolul tranzistorului unijonctiune si circuitul echivalent sunt prezente in figurile de mai jos

Simbol tranzistor unijonciune

Circuit echivalent transiztor unijonciune

TUJ-ul se compune dintr-o bara de siliciu, slab dopata cu impuritati, astfel incat rezistenta intre bazele B1 si B2 este relativ mare (10 KOhmi).

La capetele B1 si B2, numite baze, se realizeaza contacte ohmice pentru lipirea terminalelor. In regiunea mediana a blocului semiconductor de tip n este realizata o jonctiune pn. Zona p, puternic dopata, se numeste emitor.

La aplicarea unei tensiuni uBB>0 intre cele doua baze potentialul punctului din zona n, aflat in dreptul jonctiunii, este Ubb, unde se numeste raport intrinsec si este definit de relatia (1).

= Rb1 / (Rb1 + Rb2) (1)

uEB1= uBB (2)

Rb1 si Rb2 sunt rezistentele barei de semiconductor intre punctul din dreptul jonctiunii emitorului si cele doua baze.

Valorile uzuale ale factorului (raportului) intrinsec sunt cuprinse in intervalul (0,5…0,8).

Cat timp uEB1= uE< uBB jonctiunea emitor-baza este polarizata invers si prin circuitul de intrare circula un curent invers. Pe caracteristica tensiune-curent, segmentul AB reprezinta zona de blocare.

Pana la amorsarea dispozitivului, circuitul B2B1 conduce un curent mic Io=uB2B1 / Rbb unde Rbb=Rb1 +Rb2 .

In punctul P, tensiunea din emitor este egala cu Ubb +Ud iar curentul prin dispozitiv atinge valoarea Ip; Ud este tensiunea de deschidere a jonctiunii emitor-baza2.

Caracteristica tensiune-curent a TUJ-ului

Daca TUJ-ul este alimentat în serie cu o rezistenta, la deschiderea jonctiunii EB1, tensiunea Ubb scade mult din cauza golurilor injectate de zona p în zona n, iar rezistenta regiunii B1B2 scade mult.

Mai departe, curentul de emitor creste brusc iar tensiunea uEB1 scade pană la valoarea tensiunii directe pe dioda emitor-baza B1. S-a atins punctul V.

In continuare, curentul iE creste cu tensiunea uEB1 dupa caracteristica statica in sens direct a acestei diode.

Se remarca faptul ca tensiunea uBB determina valoarea tensiunii uE la care tranzistorul intra in stare de conductie, dupa care tensiunea uBB isi pierde rolul de comandă asupra curentului iE.

Portiunea PV are o rezistenta negativa. Pe caracteristica statica se disting doua puncte importante: P (peak-point=punct de varf) si V (valley-point=punct de vale).

Parametri, definitii, masuri TUJ

(1) Interbase Resistence(RBB) – este rezistenta masurata intre baza 1 si baza 2 cu emitorul.Poate fi masurata si cu ohmetru daca tensiunea aplicata este de 5 volti sau mai mica.Aceasta creste temperatura cu 0.8% C.

(2) Intrisec Stand-off Ratio – acest parametru defineste tensiunea de varf, Vp, si ne este data de ecuatia Vp=Vbb+Vd.

(3) Peak Point Curent (Ip) – curentul de varf corespunde curentul emitorului la punctul de varf. Acesta reprezista curentul minim necesar pentru activarea tranzistorului unijonctiune.

(4) Peak Point Emitter Voltage(Vp) – aceasta tensiune depinde de interbase voltage asa cum este prezentat in (2), aceasta scade odata cu cresterea temperaturii datorita schimbarii in Vd si poate fi stabilizata cu un rezistor in serie cu baza 2.

(5) Emitter Saturation Voltage – acest parametru indica scaderea tranzistorului unijonctiune de la emitor catre baza 1 in zona de saturatie

(6) Interbase Modulated Current IB2 – acest parametru indica eficienta curentului primit dintre emitor si baza 2.

(7) Emitter Reverse Current (IEO) – curentul invers al emitorului este masurat cu o tensiune aplicata intre baza 2 si emitorul cu baza 1 in circuit deschis.Acest curent variaza cu temperatura in aceleasi conditii ca ale unui tranzistor conventional.

(8) Valley Voltage (Vv) – tensiunea de vale este tensiunea emitorului la punctul de vale.

(9) Valley Current (Iv) – curentul de vale este curentul emitorului la punctul de vale.

Structura unui tranzistor unijonctiune este realizata ca fiind de tip ”bar” si ”cube”.

Structura de tip ”Bar”

Structura de tip ”Cube”

TUJ-ul programabil

TUJ-ul Programabil este un dispozitiv electronic cu patru straturi ( un tiristor cu comanda pe jonciunea p-n dinspre anod) care impreuna cu doua rezistente de programare, Rp1 si Rp2, adaugate din exterior, are o functionare similara cu a tranzistorului TUJ.

Prin alegerea corespunzatoare a valorii rezistentelor de programare, Rp1 si Rp2, utilizatorul poate alege (programa) factorul de divizare intrinsec dorit.

Simbol TUJ programabil

Comanda triacului

Triacul este o dioda bidirectionala, o componenta semiconductoare care inlocuieste doua tiristoare montate in antifaza, in aceeasi pastila semiconductoare si care este prevazuta cu o singura poarta( notata G) si cu doua borne pentru curentul principal A1 si A2.

Strucutura interna a unui triac

Schema echivalenta a unui triac

Structura interna a unui triac este prezentata in figura 1, iar schema echivalenta a acestuia in figura 2.

Triacul poate fi adus in stare de conductie printr-un semnal pe poarta care poate fi pozitiv sau negativ fata de A1 sau A2.

Fata de tiristoare, triacul prezinta avantajul ca poate fi trecut in stare de conductie, atat in semiperioada pozitiva, cat si in semiperioada negativa a curentului alternativ.

Modul de reprezentare a triacului in scheme

Simbol triac si caracteristica curent-tensiune

Cand terminarul A2 este pozitiv in raport cu A1, amorseaza tiristorul T1; cand terminalul A2 devine negativ si terminalul A1 joaca rol de anod, intra in conductie tiristorul T2, care amorseaza atunci cand poarta este negativa in raport cu A1,(daca potentialul portii G este pozitiv in raport cu cel al terminalului A).

Caracteristica curent-tensiune a triacului are forma din figura 4 . Ca si in cazul tiristoarelor, comanda pe poarta triacului se efectueaza prin tensiunea continuua, alternativa sau impulsuri.

In absenta semnalului de poarta IG=0 se defineste o tensiune de blocare, UBR; aceasta tensiune trebuie sa fie mai mare decat amplitudinea tensiunii alternative aplicate intre cei doi anozi A1 si A2 ai triacului, pentru a putea exista un control prin poarta asupra triacului.

Ca si in cazul tiristoarelor, comanda pe poarta triacului se efectueaza prin tensiune continuua, alternativa sau impulsuri.

Din caracteristica curent-tensiune a triacului rezulta ca, pe masura ce creste curentul aplicat pe poarta, triacul poate bascula la tensiuni din ce in ce mai mici. Triacul este blocat in ambele sensuri atat timp cat IG=0 si tensiunea aplicata intre A1 si A2 nu depaseste UBR.

Datorita structurii mai complexe a triacului, functia de comanda a portii se exercita in 4 moduri distincte, in limbajul tehnic numite”functionarea in patru cadrane”.

Moduri posibile de functionare a triacului

Ca si tiristoarele, triacul amorseaza la depasiera unei tensiuni anodice, dar pentru ambele polaritati ale acestuia.Aceasta proprietate ii asigura o autoprotectie interna fata de tensiuniile tranzitorii care pot aparea in circuitul in care se gaseseste: la aparitia supratensiunilor, triacul amorseaza de la sine in loc sa strapunga .

Daca aceasta amorsare este necontrolata, atunci ea poate fi nedorita pentru sarcina si trebuie luate masuri pentru eliminarea supratensiunilor pe triac care pot produce amorsarea lui.

Comanda digitala a triacului

Cel mai simplu mod de utilizare este prin alimentarea directa la retea

Schema electrica a unui etaj de comanda cu triac alimentat direct de la retea

Tensiunea retelei este redresata monoalternanta si filtrata.Alternanta pozitiva este aplicata diodei zener si alimenteaza partea digitala.Curentul de alimentare poate fi marit prin modificarea valorii rezistorului serie dar, in schema de mai sus curentul nu poate fi prea mare deoarece creste disipatia pe rezistenta serie.

Pentru variante mai complexe se recomanda separarea galvanica a circuitului digital de comanda de triac, deci de partea de retea.Izolarea poate fi realizata prin transformator, optocuplor sau optotriac.Una dintre cele mai bune solutii ar fi folosirea unui optotriac care asigura un curent de amorsare cu acelasi sens cu cel principal, deci o comanda optima a triacului.Un exemplu bun ar fi o schema de comanda a unui triac cu optotriacul MOC302x care este prezentat in figura de mai jos.

Comanda digitala a unui triac cu optotriac

Curentul principal prin optotriac se obtine prin divizarea curentului principal prin triac, deci curentul de amorsare pentru triac are acelasi sens cu cel principal.Optotriacul este conceput ca etajul de iesire sa poata fi folosit la 230v(tensiunea maxima 400v).

Comanda in faza

Pentru demonstrarea functionarii triacului am realizat un model Simulink prezent in figura de mai jos

Model Simulink al comenzii in faza

Triacul este modelat cu 2 tiristori in paralel.Impulsurile de comanda de amorsare au fost generate cu un generator de impulsuri si arata ca in graficul 1.

Figura 2 Impulsuri de amorsare

Figura 2 Forma tensiunii pe sarcina

Pana triacul este blocat tensiunea pe sarcina este zero, ceea ce micsoreaza valoarea efectiva a tensiunii, figura 2.Cu cat unghiul de aprindere este mai mare cu atat valorea efectiva a tensiunii este mai mica.Curentul pe unul din tiristoarele care compun triacul si tensiunea pe triac sunt reprezentate in figura 3.

Figura 3 Tensiunea pe triac(linia gri) si curentul prin unul din tiristoare(linia neagra)

Pe triac curentul are si alternanta negativa.Simularea a fost realizata in cazul unei sarcini rezistive.

Detectarea trecerii tensiunii prin zero.

Pentru comanda in faza este nevoie ca microcontrollerul sa fie informat printr-o intreupere la trecerea tensiunii retelei prin zero.Problemele care apar in acest ca sunt ca detectarea trecerii prin zero se face cu o anumita intarziere si dupa detectarea trecerii prin zero microcontrollerul executa o rutina generala a unui impuls de amorsare.Pentru determinarea intarzierii admisibile se poate calcula valoarea efectiva a tensiunii in cazul unui unghi de amorsare a triacului de π/4 prezentat in figura cu relatia:

Efectuand calculele rezulta o valoare efectiva de 209,73V, ceea ce este destul de acceptabil.

Amorsarea cu intarziere a triacului

Aceasta intarziere permite o eroare maxima teoretica de detectare a trecerii prin zero de 25% sau rularea unui numar de instructiuni in perioada de 2.5ms, adica sute de instructiuni.De exemplu, la un microcontroller RISC care executa mai multe instructiuni intr-un singur tact, cu tact de 1MHz, se pot executa o mie de instructiuni intr-o ms. Pentru a asigura o valoare efectiva cat mai mare intarzierea detectarii trecerii prin zero trebuie sa fie cat mai mica.

Detectarea trecerii prin zero poate fi realizata prin mai multe metode:

Masurarea tensiunii retelei cu un canal de conversie A/D, tensiunea retelei fiind preluata de redresare si fara separare galvanica;

Acelasi mod de preluare dar cu separare galvanica cu transformator sau optica.

Preluarea tensiunii cu blocul comparator anologic al microcontrollerului cu sau fara separare galvanica.

Varianta schema de detectare a trecerii prin zero si simulare SPICE

In figura de mai sus este prezentata o varianta prin folosirea comparatorului analogic(ATMEL RISC,Atmega8, Atmega16 etc).Comparatorul analogic compara valorile de intrare de pe pinul pozitiv (AIN0) cu valorile de pe pinul negativ AIN1.Cand tensiunea de pe pinul (AIN0) este mai mare decat tensiunea de pe pinul negativ AIN1, bitul ACO al comparatorului este setat.Iesirea comparatorului poate fi setata astfel incat sa declanseze functia”Input Capture” a unui timer, astfel se poate genera intarzierea necesara inainte de generarea impulsului de amorsare a triacului.In plus comparatorul poate declasa o intrerupere.Utilizatorul poate declasa intreruperi pe frontul crescator sau descrescator.

Capitolul 3

3.1 Prezentare date tehnice piese folosite

1N40007 (Dioda semiconductoare)

Caracteristici:

Cadere de tensiune joase

Pierderi de curent joase

Protectie inalta

Temperatura de lucru maxima 275 °C max, pentru 10 secunde in 1/16 cazuri

1N4007

Caracteristici primare

Parametri

Caracteristi electrice

Caracteristi termice

2N6027(Tranzistor nijonciune programabil)

Caracteristici

Programabil : RBB, , IV si IP

Tensiune joasa – 1.5 V maximum If=50 mA

Tensiune de iesire foarte inalta – 11V

Tensiune mica Offset – 0.35 V (RG = 10 k_)

Schema 2N6027

2N6027

Atribuire pini

Caracteristici 2N6027

Caracteristici termine

Caracteristici electrice

Caracterizare eletrica

Efect temperatura si tensiune

Tensiune de crestere si varful tensiunii de iesire

Jonciune programabila

Efect temperatura, tensiune si RG

BZX55_C9v1(Dioda redresoare tensiune)

Caracteristici :

Putere de disipare maxima: 500mW

Toleranta: 5%

Tensiune de lucru nominal: 2.4 to 75 V

Putere de varf inversa maxima de disipare: pana la 40 W

Valori limita

Caracteristici electrice

Diode redresoare tensiune

Caracteristici termice

Rezistenta termica de la jonciune catre ambient ca durata a pulsului

Coeficientul temperatura ca o functiune a curentului de lucru

MAC9 Triac(Silicon Bidirectional Tiristor)

Proiectat pentru aplicatii de inalta performanta a controlului de curent alternativ unde imunitatea zgomotului mare si comutare di/dt sunt necesare.

Caracteristici:

Tensiune de blocare 800 V

Curentul de lucru de 8 amperi RMS la 100°C

Poarta uniforma activeaza curentul in 3 moduri diferite

Imunitate inalta dv/dt – 500 V/ms minimum la 125°C

Protectie inalta

Comutare inalta di/dt – 6.5 A/ms minimum la 125°C

MAC9

Caracteristici termice

Parametri, simbol

Caracteristici electrice

Caracteristici dinamice

RMS Curent subregim

Putere de disipare

Raspunsul termic

Caracteristici directe

Variatia curentului de blocare

Variatie curent demarare

Codul sursă

În această anexă se adaugă codul sursă al aplicației…Index

B

Bibliografie 9

C

CUPRINSUL xi

D

Dimensiuni 3

F

Figuri 4

Formulele matematice 4

I

Ilustrațiile 4

L

Legenda 6

LISTA FIGURILOR xii

LISTA TABELELOR xiii

R

Referințe web 10

S

Structura documentului 2

T

Tabele 5