microcontroller sinhala - මයික්‍රෝකොන්ට්‍රෝලර්ස් (pic microcontroller programming) - 46

 

මයික්‍රෝකොන්ට්‍රෝලර යොදාගෙන AC විදුලිය පාලනය කිරීම

අපට එදිනෙදා ඡිවිතයේදී විවිධ ආකාරයේ AC විදුලිය හමු වේ.මෙම ලිපියෙන් පැහැදිලි කිරීමට බලාපොරොත්තු වන්නේ නිවෙස් වල යොදාගනු ලබන AC විදුලිය හෙවත් ප්‍රධාන විදුලිය පාලනය කරන ආකාරය වේ.

සාමාන්‍යයෙන් අප සෑම දෙනාම දන්නා ආකාරයට විදුලි බලය ආකාර දෙකකින් භාවිතා කරමු. AC (ප්‍රත්‍යාවර්ත ධාරාව( විදුලිය සහ DC (සෘජු ධාරා) විදුලිය එම ආකාර දෙක වේ.තාක්ෂණික වශයෙන් ගත් කල මෙම විදුලි වර්ග දෙකෙන්ම සිදු කරනු ලබන්නේ ඉලෙක්ට්‍රෝණවල වලනය සිදු කිරීමයි.එහෙත් මෙම විදුලි බලයන් දෙකේ ශක්තිය සහ පාලනය මුළුමනින්ම වෙනස් ආකාරයට සිදු වේ.එනම් යම් සංනායක අග්‍ර දෙකක් අතර මෙම විදුලි බලයන් ඇති කල විට  ඉලෙක්ට්‍රෝණ ගමන්කරන ආකාරය දෙයාකාරයකට සිදු වේ.ඒ අනුව DC විදුලිය සංනායක අග්‍ර දෙක අතර ඇතිකල විට ඉලෙක්ට්‍රෝන අඛන්ඩව   ගමන් කරන අතර AC විදුලිය සංනායක අග්‍ර දෙක අතර ඇතිකල විට, ඉලෙක්ට්‍රෝන එක් දිශාවකට යම් කාලයක් ගමන් කරන අතර ඉන් පසු යම් කාලයක් අනෙක් දිශාවට ගැලීම සිදු වේ.

ඇත්තටම මෙම විදුලියන් දෙකට ප්‍රත්‍යාවර්ත ධාරා (Alternating current ) හා සෘජු ධාරා(Direct current ) ලෙස නම් කරනු ලබන්නේද මෙලෙස ඉලෙක්ට්‍රෝන ගමන් කරන නිසා වේ.මෙම විදුලි බලයන් දෙක මෙලෙස ඉලෙක්ට්‍රෝන ගමන් කර වීමට හේතු වන්නේ මෙම විදුලි බලයන් දෙක නිෂ්පාදනය කරන ආකාරය නිසා වේ.මෙම කරුනු පිළිබදව මීට පෙර විස්තරාත්මකව පැහැදිලි කර ඇත.මෙම විදුලියන් දෙක පිළිබදව දළ අදහසක් දෙනු ලැබු වේ, AC විදුලිය පාලනය කිරීම සදහා මෙම විදුලිය හැසිරෙන ආකාරය දැනගත යුතු නිසා වේ.

AC විදුලිය පාලනය යොදාගනු ලබන ප්‍රධාන අවස්ථාවන් ලෙස AC මෝටරවල වේග පාලනය,හීටර් වල උෂ්ණත්ව පාලනය, ට්‍රාන්ස්ෆෝමර්වල ටැප් වෙනස් කිරීම්, බල්බ වල ආලෝකය පාලනය කිරීම වැනි අවස්ථා හදුන්වා දිය හැක.මෙම සෑම අවස්ථාවකදීම සිදුකරනු ලබන්නේ AC විදුලියේ යම් ගුනයක් (වෝල්ටීයතාවය හෝ ධාරාව) වෙනස් කිරීම වේ.

ඉහත දැක්වෙන්නේ AC විදුලිය හා සම්බන්ද කර ඇති භාරයක් පාලනය සදහා ගොඩනගා ඇති සරල පරිපථ යකි. ඒ අනුව මෙම පරිපථයේ භාරයෙහි ක්‍රියාකාරී බලය (Active power) පහත සූත්‍රයෙන් දෙනු ලබයි.

මෙම සූත්‍රය භාර ප්‍රතිරෝධය යොදාගෙන පහත දැක්වෙන ආකාරයට තව දුරටත් සුළු වෙනස්කම් සිදුකරගත හැක.AC විදුලිය භාරයක් හරහා පවතින හැමවිටම Cos (θ)  හී අගය 1 ක් වේ.

 

 

ඉහත සූත්‍රය දෙස බැලූ විට පෙනීයන කාරනය වන්නේ,භාරය මත පවතින  ක්‍රියාකාරී බලය වෝල්ටීයතාවයේ වර්ගයට කෙලින්ම සමානුපාතික වන බවයි. ඒ අනුව පැහැදිලි වන කාරනය නම් AC විදුලියේ rms වෝල්ටීයතාවය වෙනස් කිරීම මගින් AC විදුලිය පාලනය කල හැකි බවයි.ඇත්තටම ඉහත සදහන් කල සෑම AC විදුලි පාලන යොදවුමකම ඒ සදහා යොදාගනු ලබන්නේ වෝල්ටීයතා පාලනය වේ.ඒ අනුව මින් ඉදිරියට AC විදුලිය පාලනය කරනවා යනුවෙන් අදහස් කරනු ලබන්නේ එහි වොල්ටීයතා පාලනයම වේ.

ඉහත පරිපථ සටහන අනුව මේ සදහා යොදාගත හැකි සරලම ක්‍රමය වන්නේ විචල්‍ය ප්‍රතිරෝධයක් යොදාගෙන විභව බෙදුම් පරිපථයක් නිර්මාණය කර ඒ මගින් භාරය හරහා පවතින වෝල්ටීයතාවය වෙනස් කිරීම වේ.එහෙත් එය එතරම් කාර්යක්ෂම හා ප්‍රයෝගික ක්‍රමයක් නොවේ.එබැවින් මේ සදහා යොදාගනු ලබන තාක්ෂණික ක්‍රමය වන්නේ  AC විදුලියේ (Phase) පාලන ක්‍රමය වේ.මේ සදහා වෙනමම ඉලෙක්ට්‍රෝණික උපාංග නිර්මාණය කර ඇත.ඒවා thyristor ලෙස හැදින්වේ.( Thyristor වර්ග හා ඒවායේ ක්‍රියාකාරිත්වය මින් පෙර විස්තර කර ඇත.)ඒ අනුව පහත දැක්වෙන්නේ මෙම Thyristor යොදාගෙන AC විදුලිය පාලනය කරනු ලබන ආකාර දෙක වේ.

Pulse skipping modulation control:  මෙම ක්‍රමය, අප DC වෝල්ටීයතාවය පාලනය කිරීමට යොදාගත් PWM ක්‍රමය වැනිය.එනම් මෙම ක්‍රමයේදී ද විදුලිය යම් කාලයක් සඳහා සැපයුමට සම්බන්ධ කරන අතර පසුව යම් කාලයක් සදහා සැපයුම අක්‍රිය කරනු ලබයි.වෙනත් ආකාරයකින් කිවහොත් විදුලි තරංගයේ පල්ස් මග හරිමින් සමස්ත වෝල්ටීයතාවය ඒ මගින් පාලනය කරනු ලබයි.මෙහිදී Thyristor එක යොදාගනු ලබන්නේ අධිවේගි සුවිචයක් ලෙස වේ.

Phase angle control: AC විදුලිය සැලකීමේදී, sin වක්‍රයක් ආකාරයට විදුලිය ගමන් කරනු ලබයි.එනම් + හා - ලෙස වක්‍ර දෙකක් ඇත. Phase angle පාලන ක්‍රමයේදී කරනු ලබන්නේ මෙම වක්‍ර දෙකේ තෝරාගත් කෙටසක් සදහා විදුලි සැපයුම අක්‍රීය කර ඒ මගින් Phase angle එක වෙනස් කර වෝල්ටීයතාවය පාලනය කිරීමයි.

AC විදුලි පාලනය යොදාගැනෙන බෝහෝ අවස්ථාවල වෝල්ටීයතා පාලනය සදහා යොදාගනු ලබන්නේ මෙම Phase angle control ක්‍රමය වේ.එම නිසා මෙම ක්‍රමය මගින් වෝල්ටීයතාවය පාලනය කරනු ලබන ආකාරය විග්‍රහකර බලමු.

Phase angle control ක්‍රමය යොදාගෙන AC විදුලිය පාලනය

AC විදුලිය සැලකීමේදී එය කාලයත් සමග පහත දැක්වෙන ආකාරයට සයින් වක්‍රයක් ආකාරයට ගමන් කරනු ලබයි.

 

 

Phase angle control ක්‍රමය මගින් සිදුකරනු ලබන්නේ පහත රූපයේ දැක්වෙන ආකාරයට විදුලි තරංගයේ එක් එක් පල්ස් කොටස්වල දී ශුන්‍ය මට්ටමේ සිට යම් කාලයක් දක්වා විදුලි සැපයුම අක්‍රීය කර ඒ මගින් සමස්ත වෝල්ටීයතාවය වෙනස් කරගැනීමයි.ඒ අනුව මෙලෙස විදුලි සැපයුම අක්‍රීය කරන කාලය අඩු කරන විට සමස්ථ වෝල්ටීයතාවය වැඩිවන අතර මෙම කාලය වැඩිවන විට සමස්ථ වෝල්ටීයතාවය අඩු කරගත හැක.

 

 

ඒ අනුව මෙම ක්‍රමය මගින් වෝල්ටීයතා පාලනයේදී දැනගත යුතු වැදගත්ම කරුන වන්නේ sin තරංගයේ ශුන්‍ය මට්ටම හදුනාගැනීම වේ.එනම් වෝල්ටීයතාවය පාලනය කිරීම සිදුවන්නේ තරංගයේ ශුන්‍ය මට්ටමේ සිට කොපමණ කාලයක්  වෝල්ටීයතාවය අක්‍රීයව පවතිනවාද යන්න මත වේ.එමනිසා ප්‍රථමයෙන් AC විදුලියේ ශුන්‍ය මට්ටම හදුනා ගන්නා ආකාරය විමසා බැලිය යුතුය.

Zero crossing detector

තාක්ෂණික වශයෙන් ගත්කල AC විදුලියේ ශුන්‍ය මට්ටම හදුනා ගැනීම සදහා පරිපථ නිර්මාණය කිරීමට ක්‍රම ගණනාවක් ඇත.එහෙත් මෙහිදී සලකා බලනු ලබන්නේ මයික්‍රෝකොන්ට්‍රෝලරය යොදාගෙන AC විදුලියේ ශුන්‍ය මට්ටම හදුනා ගන්නා ආකාරය පිළිබදව වේ.ඒ අනුව පහත දැක්වෙන්නේ එලෙස  ශුන්‍ය මට්ටම හදුනාගැනීමට අදාල පරිපථ සටහන වේ.

 

 

මෙම පරිපථයේ ක්‍රියාකාරිත්වය පැහැදිලි කර ගැනීම මගින් AC විදුලියේ ශුන්‍ය මට්ටම හදුනා ගැනීම පැහැදිලි කර ගත හැක.ඒ අනුව මෙහි ප්‍රධාන AC විදුලිය ප්‍රතිරෝධක දෙකක් මගින් සෘජුකරන පරිපථයට ලබා දී ඇත. මෙම ප්‍රතිරෝදක දෙක යොදාගනු ලබන්නේ වෝල්ටීයතාව සීමා කිරීම සඳහා වේ.තාක්ෂණික වශයෙන් මෙම ප්‍රතිරෝධ වෝල්ටීයතා සීමා කිරීමේ ප්‍රතිරෝධ (voltage limiting resistors)  ලෙස හැදින්වේ.ඒ අනුව මෙම වෝල්ටීයතාවය අසන්න වශයෙන් 4.5 ක් පමණ  AC වෝල්ටීයතාවයකට පත් වේ.ඉන් පසු මෙම AC වෝල්ටීයතාවය සෘජුකරන පරිපථය මගින් DC විදුලියක් බවට පත්කර ප්‍රතිරෝධයක් මගින් ට්‍රාන්සිස්ටරයේ බේස් අග්‍රයට ලබාදෙනු ලබයි.ඒ අනුව පහත දැක්වෙන්නේ බේස් අග්‍රය මත වෝල්ටීයතාවය වෙනස් වන ආකාරය වේ.

මෙහි ට්‍රාන්සිස්ටරයේ කාර්ය වන්නේ ,වෝල්ටීයතාවයේ ශුන්‍ය ලක්ෂය හදුනා ගැනීම සදහා සංඥාව මයික්‍රෝකොන්ට්‍රෝලරයට ලබා දීම වේ.මෙහි දී ට්‍රාන්සිස්ටරය ස්විචයක් ලෙස යොදාගැනීම සිදු කර ඇත.මේ සදහා ඕනෑම NPN වර්ගයේ ට්‍රාන්සිස්ටරයක් යොදාගත හැක. ඒ අනුව බේස් අග්‍රය මත වෝල්ටීයතාවයක් පවතින විට ට්‍රාන්සිස්ටරය ON තත්වයට පත්වේ.එවිට 5VDC මගින් කලෙක්ටරය හා එමිටරය හරහා පරිපථය නිර්මාණය වේ.මෙහිදී  එමිටරය කෙලින්ම GND හා සම්බන්ද කර ඇති බැවින් කලෙක්ටරය මත වෝල්ටීයතාවය ද 0 වේ.මෙවිට මයික්‍රෝකොන්ට්‍රෝලරය මත වෝල්ටීයතාවය ද 0 වේ.

එසේම බේස් අග්‍රය මත වෝල්ටීයතාවයක් නොපවතින විට, ට්‍රාන්සිස්ටරය OFF තත්වයට වේ.එවිට  කලෙක්ටරය හරහා ධාරාව ගැලීමක් සිදු විය නොහැකි නිසා 5VDC මගින් ඇති කරන වෝල්ටීයතාවය මයික්‍රෝකොන්ට්‍රෝලරයට ලැබේ.එවිට මයික්‍රෝකොන්ට්‍රෝලරය මගින් වෝල්ටීයතාවයක් කියවනු ලබයි.

ඒ අනුව පහත දැක්වෙන්නේ මෙම අවස්ථා දෙකම එකට ගත් කල බේස් අග්‍රය මත ඇති කරන වේල්ටීයතාවය අනුව කලෙක්ටර අග්‍රය මත වෝල්ටීයතාවය වෙනස් වන ආකාරය වේ.

ඇත්තටම ඉහත අවස්ථාවන් දෙකෙන් (ට්‍රාන්සිස්ටරයේ කලෙක්ටරය මත වෝල්ටීයතාවය) මයික්‍රොකොන්ට්රෝලරය මත වෝල්ටීයතා කියවීමක් යනු  AC විදුලියේ ශුන්‍ය මට්ටම වේ.ඒ අනුව මයික්‍රොකොන්ට්රෝලරයේ පින් එක මත තාත්වික high වන අවස්ථාව ශුන්‍ය මට්ටම කියවීම ලෙස සලකනු ලබයි.ඉන් පසු මයික්‍රොකොන්ට්රෝලරය විසින්, AC විදුලිය පාලනය කරනු ලබන Thyristor එක ක්‍රියාත්මක කිරීමට අදාල සංඥාව මයික්‍රොකොන්ට්රෝලරයේ පින් එකක් මගින් ලබා දෙනු ලබයි.

මෙහිදී ,AC විදුලියේ ශුන්‍ය මට්ටම හදුනාගෙන කෂණික ප්‍රතිචාර දැක්විය යුතුය.එම නිසා  මෙම වොල්ටීයතා වෙනස් වීම කියවීම සදහා මයික්‍රොකොන්ට්රෝලරයේ ඇති  external interrupt යොදාගනු ලබයි.ඒ අනුව මයික්‍රොකොන්ට්රෝලරයේ RB0 පින් එක තාත්වික  high වන විට interrupt ඇති වන ලෙස වැඩසටහන නිර්මාණය කරනු ලබයි.