¿Qué es un circuito de cruce por cero?

Un circuito cruzado cero es un circuito eléctrico que detecta el instante en que una onda sinusoidal, o el formato natural de corriente alterna (CA), tiene una amplitud de cero voltios y envía una señal a su circuito controlado. Es muy útil para prevenir corrientes de alta sobretensión para proteger cargas resistivas, como lámparas y calentadores incandescentes, y para prevenir corrientes de alta sobretensión que generan interferencia electromagnética en los circuitos electrónicos. El circuito cruzado cero detecta el voltaje de la línea de alimentación dos veces durante el ciclo y se asegura de que el voltaje instantáneo de la línea de alimentación sea cero antes de activar el interruptor de alimentación. Sin el circuito cruzado cero, el interruptor podría engancharse a un nivel de voltaje máximo que causa una corriente de sobretensión abrupta. Además, el circuito cruzado cero también puede garantizar que la carga de CA se encienda lo suficientemente temprano en el ciclo de voltaje para obtener la potencia total del suministro de CA.

Los circuitos de relé electromecánicos no se benefician de los circuitos cruzados cero porque el contacto del relé no puede cerrarse lo suficientemente rápido como para lograr una baja resistencia mientras la alimentación de CA de la red eléctrica está en cero, por lo que los controladores de relé no detectan la fase cero. Los interruptores semiconductores, por otro lado, pueden cambiar muy rápido, por lo que estos dispositivos se benefician de la señal de un circuito cruzado cero. Los rectificadores controlados de silicio (SCR) son interruptores electrónicos de potencia que se comportan de manera muy parecida a los diodos ordinarios, pero a diferencia de los diodos ordinarios, los SCR necesitan una señal de activación antes de que tenga lugar la conducción directa. Cuando se produce el evento de disparo, el SCR se enclava "encendido" mientras la corriente está por encima de su corriente de retención. Con un puente de diodos de potencia, un SCR puede funcionar en modo bidireccional y ser capaz de cambiar la potencia de CA completa a cargas de CA.

El triodo para corriente alterna (TRIAC) es un interruptor semiconductor de tres terminales para aplicaciones de CA que se parece mucho a un relé electromecánico porque conduce corrientes en ambas direcciones. Difiere del control SCR, ya que el disparador TRIAC también es bidireccional, lo que dispara el TRIAC cada vez que el voltaje está en fase cero. Hay dispositivos aisladores ópticos que están diseñados para simplificar la provisión de disparador TRIAC. Los aisladores ópticos promueven la seguridad al separar el circuito de alimentación principal del circuito de control. Incluso hay aisladores ópticos de disparo cruzado cero que se encargan de la detección cruzada cero.

Los circuitos cruzados cero se vuelven un poco complicados con cargas reactivas. Las cargas resistivas tendrán voltajes y corrientes que están en fase. Se necesitan circuitos de ángulo de fase para procesar los voltajes de disparo para cargas no resistivas, que pueden ser inductivas o capacitivas. Por ejemplo, los motores de CA son inductivos debido a los devanados utilizados para los devanados de campo y rotor de estos dispositivos.

El voltaje de carga de CA en cargas inductivas conduce la corriente. En un circuito de cruce por cero, el cruce por cero de interés es la corriente que debe retrasarse con referencia al voltaje de entrada. La mayoría de los circuitos de compensación de carga inductiva proporcionarían un voltaje de control al circuito cruzado cero que se retrasa en un ángulo igual al retraso de corriente a través de la carga.