Controlador de fase
control de fase (PFC), también llamado corte de fase o control de ángulo de fase, es un método para limitar la potencia, aplicado a voltajes de CA. Funciona modulando un tiristor, SCR, triac, tiratrón u otros dispositivos tipo diodo activados dentro y fuera de la conducción en un ángulo de fase predeterminado de la forma de onda aplicada.
Descripción general
El control de fase (PFC) se utiliza a menudo para controlar la cantidad de voltaje, corriente o potencia que una fuente de alimentación alimenta a su carga. Hace esto para crear un valor promedio en su salida. Si el suministro tiene una salida de CC, su base de tiempo no tiene importancia para decidir cuándo encender o apagar el suministro, ya que el valor que se encenderá y apagará es continuo.
La PFC se diferencia de la modulación de ancho de pulso (PWM) en que aborda suministros que emiten una forma de onda modulada, como la forma de onda de CA sinusoidal que emite la red nacional. Aquí, resulta importante que el suministro se encienda y apague en la posición correcta en el ciclo de modulación para lograr un valor conocido; por ejemplo, el controlador podría encenderse en el pico de una forma de onda o en su base si no se tuviera en cuenta la base de tiempo del ciclo.
Los controladores activados por fase toman su nombre del hecho de que activan un pulso de salida en una determinada fase del ciclo de modulación de la entrada. En esencia, un PFC es un controlador que puede sincronizarse con la modulación presente en la entrada.
La mayoría de los controladores de fase utilizan tiristores u otros dispositivos de conmutación de estado sólido como elementos de control. Los controladores basados en tiristores pueden usar tiristores de apagado de puerta (GTO), lo que permite al controlador no solo decidir cuándo encender la salida sino también cuándo apagarla, en lugar de tener que esperar a que la forma de onda regrese al siguiente cruce por cero. .
Reducción de producción mediante inversión
Un controlador alimentado por fase, como una fuente de alimentación de modo conmutado con topología reductora, solo es capaz de entregar un voltaje de salida que no exceda su entrada, menos cualquier pérdida que ocurra en los propios elementos de control. Siempre que la modulación durante cada ciclo sea predecible o repetitiva, como ocurre en la red eléctrica de CA de la red nacional, para obtener una salida inferior a su entrada, un control activado por fase simplemente se apaga para un ángulo de fase determinado de la entrada. #39;ciclo de modulación. Al activar el dispositivo para que conduzca en un ángulo de fase superior a 0 grados, un punto después de que comienza el ciclo de modulación, una fracción de la energía total dentro de cada ciclo está presente en la salida.
"Impulso" reduciendo la potencia
Para lograr un efecto similar a un "impulso", los diseños de PFC deben reducirse de tal manera que el máximo presente en la entrada sea mayor que los requisitos de salida nominal. Cuando el suministro se enciende por primera vez o funciona en condiciones nominales, el controlador entregará continuamente menos del 100% de su entrada. Cuando se requiere un impulso, el controlador entrega un porcentaje más cercano al 100% de la entrada máxima disponible.
La reducción de potencia de los controladores alimentados por fase alimentados por la red eléctrica es importante ya que a menudo se utilizan para controlar cargas resistivas, como elementos calefactores. Con el tiempo, la resistencia de los elementos calefactores puede aumentar. Para tener en cuenta esto, un control activado por fase debe poder proporcionar cierto grado de voltaje adicional para extraer la misma corriente de calentamiento a través del elemento. La única forma de lograr esto es diseñar deliberadamente el suministro para que requiera menos del 100 % del ciclo de modulación de entrada cuando los elementos se instalan por primera vez, abriendo progresivamente el suministro para entregar el 100 % del ciclo de modulación de entrada. a medida que los elementos envejecen.
Aplicaciones
La aplicación más común es en reguladores de intensidad para el control de iluminación doméstica.
Anteriormente, para aplicaciones industriales, se utilizaban transformadores de derivaciones múltiples extremadamente costosos y pesados como suministros para dichos elementos, con la derivación de bobinado correspondiente conectada al elemento para producir la temperatura deseada. Esto limitó la resolución de temperatura al número de combinaciones de grifos disponibles. A menudo se encuentran en controladores diseñados para equipos como hornos y hornos eléctricos.
En los equipos modernos, generalmente de alta potencia, el transformador se reemplaza con controladores alimentados por fases que conectan la carga directamente a la red eléctrica, lo que resulta en un sistema sustancialmente más económico y liviano. Sin embargo, el método suele limitarse a su uso en equipos que no serían realistas sin él. Esto se debe a que la eliminación del transformador de red significa que la carga tiene continuidad eléctrica con la entrada. En el caso de los hornos industriales, la entrada suele ser la CA de la red nacional, que a su vez está eléctricamente referenciada a tierra. Con la salida del controlador referenciada a tierra, el usuario solo necesita estar en contacto con tierra y uno de los terminales de salida para correr el riesgo de recibir una descarga eléctrica. Dado que muchos equipos de alta potencia funcionan con entradas trifásicas de 415 V y alta corriente y tienen cualquier gabinete o estructura conectado a tierra, este es un riesgo grave que debe evaluarse cuidadosamente.
Historia
La primera patente para controladores de fase data de 1912. Sin embargo, su realización fue posible por primera vez en la década de 1920, cuando estuvieron disponibles los rectificadores de válvulas de arco de mercurio con rejillas de control. Debido a las limitaciones de las válvulas de arco de mercurio, este método de regulación de voltaje no era común en ese momento. Se generalizó con la invención de los tiristores de estado sólido a finales de los años cincuenta.