[F.Abdelaziz]

منفذات التيار المتردد AC Actuators



منفذات التيار المتردد فى الأساس قد تستخدم اثنين من التقنيات ، التقنية الأول تتم باستخدام الريلاى وهى محدودة حيث أنها تقوم فقط بالتحويل بين حالة التوصيل والفصل ON-OFF . التقنية الثانية باستخدام أجهزة الحالة الجامدة solid state devices مثل الترياك TRIAC ، هذه الأجهزة تسمح بالعمل مع أحمال التيار المتردد حيث يمكن أن تنظم قدرتها عن طريق التحكم(بالقطع cutting) فى طور (وجه) phase إشارة التيار المتردد ، وغالبا ما يكون 60Hz أو 50Hz . التنفيذ بالترياك سهل ويتم عزل دوائر القدرة عن طريق الروابط الضوئية optocouplers مثل MOC3011, 3010, 3021 وغيرها . الترياك يمكن أن يعمل عند أقصى سعة تيار يمكن أن يتحمله . الترياك له ثلاثة أطراف هى A1, A2, gate يتم عمل دائرة قصر بين A1 و A2عندما يمر تيار بين gate و A1 ويتم الفصل فقط عندما يكون التيار المار من A2 بصفر أى عند عبور إشارة التيار المتردد بالصفر zero crossing .
الشكل التالى يبين المظهر الطبيعى والرموز ببرنامج إيزيس لهذه الأجهزة :



كما هو موضح بالشكل فالعازل الضوئى MOC ، جهاز يضم بداخله ترياك ، لكنه يتحمل تيار صغير نسبيا ولكنه يستطيع بدء (إشعال) ترياك آخر أكبر قدرة . أيضا يمكن ملاحظة أن بوابة العازل الضوئى MOC يتم تنشيطها عن طريق الإشعاع الضوئى المنبعث من الليد LED ، والمدمج بنفس الغلاف .
الخلاصة أنه يمكن تشغيل ترياك ذات قدرة مرتفعة بواسطة دائرة رقمية بتفعيل ليد إشارة مفرد .
لفهم هذا الترتيب بوضوح يمكن النظر إلى الدائرة التالية :




لتحقيق تنظيم القدرة على حمل تيار متردد ، يصبح من الضرورى إجراء خفض (قطع) فى طور (وجه) إشارة القدرة الجيبية sine signal . شبكة القدرة التجارية يكون جهدها AC 120V وترددها 60Hz( على سبيل المثال). وهذا يشير إلى أن زمن الدورة الواحدة يساوى 1/60 أى 16.666 m-seconds . مهمة قطع الطور يجب أن يتم عملها فى كل نصف دورة أى كل 8.333 m seconds . وهذا يشير إلى أن قطع الطور يقع بين صفر و 180 درجة ويتكرر بين 180 و 360 درجة .
لفهم هذا المفهوم بشكل واضح يمكنك النظر إلى الرسم البيانى التالى :



لإداء قص الطور ، من الضرورى كشف عبور للصفر zero crossing للإشارة الجيبية للتزامن معها . لكشف عبور الصفر تتوفر عدة طرق ، فى المثال القادم سوف نوضح واحدة تشمل التنفيذ بالروابط الضوئية optocouplers. استخدام الروابط الضوئية نموذجى بالنسبة للعزل الكهربائى لمرحلة القدرة عن مرحلة التحكم الالكترونى .
تدريب تمهيدى :
فى هذا التدريب سوف نستخدم الميكروكونترولر PIC16F877A ، يمكنك استخدام أى نوع آخر . يتم القيام بكشف "عبور الصفر" zero-crossing باستخدام طريقة البريدج والعازل الضوئى .
الدائرة الكهربية :



البرنامج :

unsigned char FlagReg;
sbit ZC at FlagReg.B0;

void interrupt(){
     if (INTCON.INTF){          //INTF flag raised, so external interrupt occured
        ZC = 1;
        INTCON.INTF = 0;
     }
}

void main() {
     PORTB = 0;
     TRISB = 0x01;              //RB0 input for interrupt
     PORTD = 0;
     TRISD = 0;                 //PORTD all output
     OPTION_REG.INTEDG = 0;      //interrupt on falling edge
     INTCON.INTF = 0;           //clear interrupt flag
     INTCON.INTE = 1;           //enable external interrupt
     INTCON.GIE = 1;            //enable global interrupt

     while (1){
           if (ZC){ //zero crossing occurred
              delay_ms(2);
              PORTD.B0 = 1; //Send a pulse
              delay_us(250);
              PORTD.B0 = 0;
              ZC = 0;
           }
     }
}

فى البداية يتم اختبار "عبور الصفر" ، بعد حدوث عبور الصفر يتم تأخير صغير قبل أن يتم إشعال الترياك . التأخير المستخدم هنا هو 2ms ، ولذلك فإن الترياك يتم إشعاله بعد 2ms بعد حدوث عبور الصفر . يتم إإزالة إشارة الإشعال بعد 250us ، هذا الزمن كافى للتأكد من أن الرياك تحول إلى حالة التوصيل on ، وهذا يعنى أنه حتى لو تم إزالة الإشعال من على البوابة فإن الترياك سوف يظل موصلا حتى عبور الصفر التالى .
النتيجة :




تدريب تطبيقى :
البرنامج التالى يستخدم الميكروكونترولر PIC 16F628A بساعة بتردد 20MHz :

// global variables.
unsigned short PWM=41, COUNT=0; 
// Interrupt function.
void interrupt() 
{ 
// External interruption by RB0.at each zero crossing
if( INTCON.F1 ) 
{ 
// The trigger pin is turned off.
PORTB.F7=0; 
// The counter is reset.
COUNT = 0; 
// The external interrupt flag goes out.
INTCON.F1=0; 
} 
// Interruption by Timer 0 each 102.4u sec .
if( INTCON.F2 ) 
{ 
// The counter is incremented.
COUNT ++; 
// The counter is compared with PWM ,
// if counter is higher ,  the trigger is turned on . 
if( COUNT > PWM )PORTB.F7=1; 
// The Timer 0  interrupt flag is switched off . 
INTCON.F2 =0; 
} 
} 
void main( void ) 
{ 
// Port configuration.
TRISB = 0b01111111; 
PORTB = 0; 
// Activation of Timer0, and external interrupt bits. 
OPTION_REG = 0b01000000; 
INTCON = 0b10110000; 
while( 1 )// Infinite loop. 
{
// Lower power push button. 
while( Button( &PORTB, 1, 10, 0 ) ) 
{ 
// Increment of the phase cut. 
PWM ++; if( PWM > 84 )PWM=84; 
delay_ms(10); // Delay of change. 
} 
// higher power  push button. 
while( Button( &PORTB, 2, 10, 0 ) ) 
{ 
// Decrement of the phase cut. 
PWM --; if( PWM == 255 )PWM=0; 
delay_ms(10); // Delay of change.
} 
} 
}

لمحاكاة هذا التدريب ببرنامج إيزيس يتم جلب الأجهزة الآنية :
16F628A, RES, BUTTON, MOC3023, Q4006L4, B80C1000, OPTOCOUPLER-NPN, VSINE, OSCILLOSCOPE.
وبناء الدائرة الكهربية التالية :



بعد تشغيل المحاكاة يمكنك أن تشاهد الأوسليسكوب التخيلى كما فى الشكل التالى :



القناة A تمثل الإشارة على الحمل ويمكن ملاحظة قطع الطور .
القناة B تبين القمة عند عبور الإشارة الجيبية بالصفر , هذه القمة تستخدم لتزامن الميكروكونترولر مع الشبكة من خلال المقاطعة الخارجية .
القناة C تبين إشارة التحكم التى تشعل الترياك .