調査された単純なトライアック位相制御回路

トライアック位相制御回路では、トライアックはAC半サイクルの特定の部分でのみオンになり、AC波形のその期間だけ負荷が動作します。これにより、負荷への電力供給が制御されます。

トライアックは、高電力AC負荷を切り替えるためのリレーのソリッドステート代替品として広く使用されています。ただし、トライアックには別の非常に便利な機能があり、特定の負荷を目的の特定の電力レベルで制御するために、電力コントローラーとして使用できます。

これは基本的に、位相制御とゼロ電圧スイッチングという2つの方法で実装されます。

位相制御アプリケーションは通常、調光器、電気モーター、電圧および電流調整技術などの負荷に適しています。

白熱灯、ヒーター、はんだごて、間欠泉などの静止負荷には、ゼロ電圧スイッチングが適しています。ただし、これらは位相制御方式でも制御できます。

トライアック位相制御のしくみ

トライアックは、適用されたAC半サイクルの任意の部分でアクティブ化するようにトリガーでき、AC半サイクルがゼロ交差線に達するまで導通モードのままになります。

つまり、各AC半サイクルの開始時にトライアックがトリガーされると、トライアックは基本的にON / OFFスイッチのようにオンになります。

ただし、このトリガー信号がACサイクル波形の途中で使用された場合、トライアックはその半サイクルの残りの期間だけ導通することが許可されます。

そして、 トライアックがアクティブになります わずか半分の期間で、負荷に供給される電力を約50％削減します（図1）。

したがって、負荷への電力量は、AC位相波形のトライアックトリガーポイントを変更するだけで、任意のレベルに制御できます。これは、トライアックを使用した位相制御の仕組みです。

ライトディマーアプリケーション

に 標準調光回路 以下の図2に示されています。各AC半サイクルの過程で、ピン配列全体で30〜32の電圧レベルに達するまで、0.1µfコンデンサが（制御ポテンショメータの抵抗を介して）充電されます。

このレベル付近で、トリガーダイオード（ダイアック）が強制的に作動し、電圧がトライアックのゲートのトリガーを通過させます。

に ネオンランプ の代わりに使用することもできます 助祭 同じ応答に対して。ダイアックの発火しきい値まで充電するために0.1µfコンデンサが使用する時間は、制御ポテンショメータの抵抗設定に依存します。

ここで、 ポテンショメータ がゼロ抵抗に調整されると、コンデンサがダイアックの発火レベルまで瞬時に充電され、AC半サイクルのほぼ全体にわたって導通状態になります。

一方、ポテンショメータを最大抵抗値に調整すると、 コンデンサ 半サイクルがほぼ終了点に達するまでのみ発射レベルまで充電します。これにより、

トライアックは、AC波形が半サイクルの終わりを通過する間、非常に短い時間だけ導通します。

上で示した調光回路は実際には簡単で低コストで構築できますが、1つの重要な制限があります。つまり、負荷の電力をゼロから最大までスムーズに制御することはできません。

ポテンショメータを回転させると、負荷電流がゼロからいくつかのより高いレベルにかなり急激に上昇し、そこからより高いレベルまたはより低いレベルでスムーズに動作することができます。

AC電源が一時的に遮断され、ランプの照明がこの「ジャンプ」（ヒステリシス）レベルを下回った場合、最終的に電源が復旧した後もランプはオフのままになります。

ヒステリシスを減らす方法

この ヒステリシス効果 下の図3の回路に示すように設計を実装することにより、大幅に下げることができます。

修正：RFIコイルの100uFを100uHに置き換えてください

この回路は、 家庭用調光器 。すべての部品を壁の配電盤の背面に取り付けることができ、負荷が200ワット未満になった場合でも、ヒートシンクに依存せずにトライアックを機能させることができます。

オーケストラの公演や劇場で使用される調光器では、ランプの一貫した照明制御を可能にするために、ヒステリシスが実質的に100％ないことが必要です。この機能は、以下の図4に示されている回路を使用して実行できます。

修正：RFIコイルの100uFを100uHに置き換えてください

トライアックパワーの選択

白熱電球は、フィラメントが動作温度に達する間、信じられないほど大きな電流を引き出します。この スイッチオンサージ 電流はトライアックの定格電流を約10〜12倍超える場合があります。

幸いなことに、家庭用電球はわずか数ACサイクルで動作温度に達することができ、この短時間の大電流は問題なくトライアックによって簡単に吸収されます。

ただし、より大きなワット数の電球が動作温度に達するまでにはるかに長い時間を必要とする劇場照明シナリオの場合、状況は同じではない可能性があります。このようなタイプのアプリケーションの場合、トライアックは通常の最大負荷の5倍以上の定格である必要があります。

トライアック位相制御回路の電圧変動

これまでに表示されたトライアック位相制御回路はすべて電圧に依存します。つまり、入力電源電圧の変化に応じて出力電圧が変化します。この電圧依存性は、タイミングコンデンサ両端の電圧を安定させて一定に保つことができるツェナーダイオードを使用することで排除できます（図4）。

この設定は、主電源のAC入力電圧の大幅な変動に関係なく、実質的に一定の出力を維持するのに役立ちます。これは、非常に安定した固定レベルの光が不可欠になる写真やその他のアプリケーションで定期的に見られます。

蛍光灯制御

これまでに説明したすべての位相制御回路を参照すると、白熱フィラメントランプは、既存の家庭用照明システムに追加の変更を加えることなく操作できます。

この種のトライアック位相制御により、蛍光灯の調光も可能です。ハロゲンランプの外気温が2500℃を下回ると、再生中のハロゲンサイクルが動作しなくなります。

これにより、フィラメントのタングステンがランプの壁に付着し、フィラメントの寿命が短くなり、ガラスを通過する照明の透過が制限される可能性があります。上記の回路のいくつかと一緒によく使用される調整を図5に示します。

この設定では、暗闇が始まるとランプがオンになり、夜明けに再びオフになります。フォトセルは周囲光を見る必要がありますが、制御されているランプからは遮蔽されている必要があります。

モーター速度制御

トライアック位相制御により、調整することもできます 電気モーターの速度 。一般的な種類の直列巻線モーターは、調光に適用される回路とよく似た回路を介して制御できます。

ただし、信頼性の高い転流を保証するには、コンデンサと直列抵抗をトライアック全体に並列に接続する必要があります（図6）。

この設定により、負荷と供給電圧の変化に応じてモーター速度を変化させることができます。

ただし、負荷が任意の速度に固定されている、重要ではないアプリケーション（ファン速度制御など）の場合、回路を変更する必要はありません。

通常、事前にプログラムされている場合、負荷条件が変化しても一定に保たれるモーター速度は、電動工具、実験用攪拌機、時計職人の旋盤ろくろなどに役立つ特性のようです。この「負荷検知」機能を実現するには、SCRは通常、半波配置に含まれています（図7）。

回路は限られた範囲内でかなりうまく動作します モーター速度範囲 ただし、低速の「一時的な中断」に対して脆弱であり、半波動作規則により、50％の速度範囲をはるかに超える安定した動作が妨げられます。トライアックが完全なゼロから最大の制御を提供する負荷検出位相制御回路を図8に示します。

誘導電動機の速度の制御

誘導電動機 トライアックを使用して速度を制御することもできますが、特に単相またはコンデンサ始動モーターが関係している場合は、いくつかの問題が発生する可能性があります。通常、誘導モーターは、100％負荷がかかっていない場合、フルスピードとハーフスピードの間で制御できます。

モーターの温度は、かなり信頼できる基準として使用できます。いかなる速度においても、温度がメーカーの仕様を超えてはなりません。

さらに、上記の図6に示されている改良された調光回路を適用することもできますが、点線で示されているように、負荷は別の場所に接続する必要があります。

位相制御による変圧器電圧の変化

上で説明した回路設定を使用して、変圧器の一次側巻線内の電圧を調整し、それによって可変レートの二次出力を取得することもできます。

この設計は、さまざまな顕微鏡ランプコントローラーに適用されました。可変ゼロセットは、100kポテンショメータで47K抵抗を変更することによって提供されています。

暖房負荷の制御

これまでに説明したさまざまなトライアック位相制御回路は、ヒータータイプの負荷アプリケーションの制御に適用できますが、制御される負荷温度は、入力AC電圧と周囲温度の変化によって変化する可能性があります。このような変動するパラメータを補償する回路を図10に示します。

仮に、この回路は、+ / -10％のACライン電圧の変化に関係なく、温度を所定のポイントの1％以内に安定させることができます。正確な全体的なパフォーマンスは、コントローラーが適用されるシステムの構造と設計によって決定される場合があります。

この回路は相対的な制御を提供します。つまり、負荷が暖まり始めたときに総電力が加熱負荷に与えられ、中間点で、実際の温度の差に比例する測定によって電力が低下します。負荷と意図された負荷温度。

比例範囲は、「ゲイン」制御によって可変です。回路は単純ですが効果的ですが、基本的に軽い負荷に使用を制限する1つの重大な欠点があります。この問題は、トライアック位相チョッピングによる重い電波干渉の放出に関するものです。

位相制御システムにおける無線周波数干渉

すべてのトライアック位相制御デバイスは、大量のRF妨害（無線周波数干渉またはRFI）を発生させます。これは基本的に、低周波数と中周波数で発生します。

無線周波数の放出は、近くにあるすべての中波ラジオ、さらにはオーディオ機器やアンプによっても強く拾われ、刺激的な大きなリンギング音を生成します。

このRFIは、研究室の機器、特にpHメーターにも影響を与え、コンピューターやその他の同様の高感度電子デバイスの予測できない機能を引き起こす可能性があります。

RFIを削減するための実行可能な解決策は、電力線と直列にRFインダクタを追加することです（回路ではL1として示されます）。適切な寸法のチョークは、40〜50ターンのスーパーエナメル銅線を小さなフェライトロッドまたは任意のフェライトコアに巻くことによって構築できます。

これにより、約1mmのインダクタンスが発生する可能性があります。 100uHでRFIの振動を大幅に抑制します。抑制を強化するには、巻数を可能な限り高くするか、インダクタンスを最大5Hにすることが不可欠な場合があります。

RFチョークのデメリット

このタイプのRFコイルベースのトライアック位相制御回路の欠点は、チョークワイヤの太さに応じて負荷ワット数を考慮する必要があることです。負荷がキロワット範囲になるように意図されている場合、RFチョークワイヤは十分に太くする必要があり、コイルのサイズが大幅に大きくなり、かさばります。

RFノイズは負荷ワット数に比例するため、負荷が高くなるとRF放射が大きくなり、抑制回路の改善が必要になる場合があります。

この問題は、 誘導性負荷 電気モーターのように、そのような場合、負荷巻線自体がRFIを減衰させるためです。トライアック位相制御には、負荷力率という追加の問題も含まれます。

負荷力率は悪影響を受ける可能性があり、電源規制当局が非常に真剣に検討している問題です。