บทที่ 10 เอสซีอาร์ในวงจรเรียงกระแส

บทที่ 10

เอสซีอาร์ในวงจรเรียงกระแส

10.1 การใช้ scr ในงานอุตสาหกรรม

           วงจรเรียงกระแสเป็นวงจรที่มีความสำคัญต่องานทางอุตสาหกรรมทั้งหมด เพราะพลังงานไฟฟ้าที่นำไปป้อนให้อุปกรณ์ เครื่องมือ เครื่องใช้ ให้สามารถทำงานได้จำเป็นต้องใช้ทั้งไฟฟ้าสลับและไฟตรง การทำงานไฟสลับเป็นไฟตรงทำได้ด้วยการใช้วงจรเรียงกระแส วงจรเรียงกระแสที่ใช้ในงานอุตสาหกรรมแบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ ชนิดเฟสเดียว และชนิด สามเฟส

รูปที่ 10.1 scr ในงานอุตสาหกรรม

10.2 วงจรเรียงกระแสเฟสเดียวแบบครึ่งคลื่นใช้ SCR

          ถ้าจะกล่าวถึงพื้นฐานที่เกี่ยวกับวงจรเรียงกระแส 1 เฟส ครึ่งคลื่นแบบควบคุมได้นั้น ก็ถือว่าเป็นสิ่งที่จำเป็นอย่างมากเลยนะครับก่อนที่จะนำพื้นฐานที่ได้ศึกษานี้ไปทำการออกแบบวงจรต่อไป  แต่ในที่นี้ก็จะขอกล่าวถึงพื้นฐานที่เกี่ยวกับวงจรเรียงกระแส 1 เฟส ครึ่งคลื่นแบบควบคุมได้ (Load R)
วงจรเรียงกระแส 1 เฟส ครึ่งคลื่นแบบควบคุมได้ (Load R) สามารถแสดงได้ดังในรูปที่ 10.2

รูปที่ 10.2 ลักษณะของวงจรเรียงกระแส 1 เฟส ครึ่งคลื่นแบบควบคุมได้ (Load R)

          จากรูปที่ 10.2 นั้นจะเห็นว่าเป็นลักษณะของวงจรเรียงกระแส 1 เฟส ครึ่งคลื่นแบบควบคุมได้ (Load R) เมื่อมุมอัลฟา (ALPHA : ) คือ มุมเริ่มต้นของการนำกระแส หรือที่เรียกว่ามุมจุดชนวนที่ขาเกตนั้นเองครับ  และในส่วนของมุมซีต้า (THETA : ) คือ ช่วงของมุมนำกระแส   ดังแสดงในรูปที่ 10.3

รูปที่ 10.3 ลักษณะของรูปคลื่นแรงดันและกระแส

          ทีนี้มาดูในส่วนของการทำงานของวงจรเรียงกระแส 1 เฟส ครึ่งคลื่นแบบควบคุมได้ (โหลดเป็น R) กันบ้างนะครับ  โดยถ้าเรามาพิจารณาดูรูปคลื่นแรงดันในช่วงครึ่งไซเคิลที่เป็นบวก ที่จุด A จะมีศักย์ไฟฟ้าเป็นบวก (+) และที่จุด B จะมีศักย์ไฟฟ้าเป็นลบ (-) จึงส่งผลให้เอสซีอาร์(SCR) นั้นได้รับการไบแอสแบบ FORWARD  และมีการจุดชนวนที่ขาเกตด้วยและกระแสในปริมาณที่เหมาะสมที่มุมอัลฟาหรือมุมเริ่มต้นของการนำกระแส  (*ซึ่งในที่นี้จะยกตัวอย่างโดยจะกำหนดให้  ครับ*) และก็จะส่งผลให้เอสซีอาร์(SCR) นำกระแสนั้นเองครับ และกระแสที่เกิดขึ้นนี้ก็จะไหลผ่านโหลด R และก็จะครบวงจรที่จุด B นั้นเองครับ
แต่ถ้าเรามาพิจารณาดูรูปคลื่นแรงดันในช่วงครึ่งไซเคิลที่เป็นลบ ที่จุด A จะมีศักย์ไฟฟ้าเป็นลบ (-) และที่จุด B จะมีศักย์ไฟฟ้าเป็นบวก (+)  จึงส่งผลให้เอสซีอาร์(SCR) นั้นหยุดการกระแส    จึงไม่มีกระแสไหลภายในวงจรนั้นเองครับ
และทีนี้มาดูในส่วนของสิ่งที่จะต้องพิจารณากันต่อนะครับ นั้นก็คือลักษณะของแรงดันและกระแส โดยก็จะสามารถที่จะสรุปได้ดังต่อไปนี้นะครับ มาดูกันเลยนะครับ

- ในกรณีที่มุมอัลฟา มีค่าน้อย  ก็จะทำให้ช่วงของมุมนำกระแส หรือกำลังไฟฟ้าเฉลี่ยที่จ่ายไฟให้กับโหลดนั้นมีค่ามากนั้นเองนะครับ
- ในกรณีที่มุมอัลฟา มีค่ามาก  ก็จะทำให้ช่วงของมุมนำกระแส หรือกำลังไฟฟ้าเฉลี่ยที่จ่ายไฟให้กับโหลดนั้นมีค่าน้อยนั้นเองนะครับ

          และถ้าเรามาพิจารณาดูถึงช่วงของการหยุดนำกระแสของเอสซีอาร์(SCR) เราก็จะพบว่าจะอยู่ที่มุม 180 องศา (หรือเท่ากับมุม  นั้นเองครับ) เป็นอย่างไรบ้างครับมาถึงตรงนี้ก็พอที่จะเข้าใจถึงหลักการทำงานของวงจรเรียงกระแส 1 เฟส ครึ่งคลื่นแบบควบคุมได้ (Load R) กันมากขึ้นแล้วนะครับ  ถ้าอย่างไรก็ต้องลองศึกษาเพิ่มเติมดูนะครับ  เพราะเนื้อหาในบทความนี้จะเป็นการนำเอาโปรแกรม PSpice มาประยุกต์ใช้งานในการศึกษาการทำงานของวงจรเรียงกระแส 1 เฟส ครึ่งคลื่นแบบควบคุมได้ (Load R) นะครับ

รูปที่ 10.4 ลักษณะของรูปคลื่นสัญญาณ Vg

          จากรูปที่ 10.4 จะเห็นว่าเป็นลักษณะของรูปคลื่นสัญญาณ Vg ที่จะใช้เป็นแรงดันจุดชนวนให้กับวงจรเรียงกระแส 1 เฟส ครึ่งคลื่นแบบควบคุมได้ (Load R)   นะครับ  โดยถือว่าเป็นส่วนสำคัญมากครับที่เราควรจะต้องรู้ เพราะจะเป็นตัวควบคุมเอสซีอาร์(SCR) ว่าเมื่อใดจะนำกระแสและเมื่อใดที่จะหยุดนำกระแส  ซึ่งก็จะมีตัวแปรที่สำคัญๆ ดังต่อไปนี้นะครับ
V1 : ขนาดของสัญญาณต่ำสุด (มีหน่วยเป็น โวลท์)
V2 : ขนาดของสัญญาณสูงสุด (มีหน่วยเป็น โวลท์)
td : เวลาเริ่มต้นของสัญญาณ (มีหน่วยเป็น วินาที)
tr : ช่วงเวลาขาขึ้นของสัญญาณ (มีหน่วยเป็น วินาที)
tf : ช่วงเวลาขาลงของสัญญาณ (มีหน่วยเป็น วินาที)
PW : ช่วงความกว้างของสัญญาณที่ระดับ V2 (มีหน่วยเป็น วินาที)
PER : คาบเวลาของสัญญาณ (มีหน่วยเป็น วินาที)
          ซึ่งในการนำเสนอนี้ก็จะขอยกตัวอย่างการวิเคราะห์การทำงานของวงจรเรียงกระแส 1 เฟสครึ่งคลื่นควบคุมได้ (Load R) โดยจะทำการกำหนดสัญญาณจุดชนวนเกต (Vg) ของ SCR ให้มีมุม และมีค่าแรงดัน Vs สูงสุดเท่ากับ 50V@50Hz นะครับ…J มาเริ่มต้นกันเลยนะครับ

- เริ่มแรกก็มาดูในส่วนของรูปคลื่นหรือสัญญาณจุดชนวนเกต (Vg) ของ SCR ให้มีมุม กันก่อนนะครับ โดยสามารถที่จะทำการคำนวณหาค่าตัวแปรต่างๆ ได้ดังต่อปนี้นะครับ

          โดยกำหนดให้   , และ  ซึ่งค่าของตัวแปรต่างๆ นั้นสามารถนำไปเขียนเพื่อแสดงเป็นลักษณะของรูปคลื่นสัญญาณ (Vg) ที่จะใช้เป็นแรงดันจุดชนวนให้กับวงจรเรียงกระแส 1 เฟส ครึ่งคลื่นแบบควบคุมได้ (Load R) ดังรูปที่ 10.5 นั้นเองครับ

รูปที่ 4 ลักษณะของรูปคลื่นสัญญาณ Vg (ได้จากการคำนวณ)