Công tắc thông minh 1 dây hay còn gọi là công tắc không dây trung tính là loại công tắc thông minh chỉ sử dụng dây pha nguồn và dây pha tải, đóng cắt dây pha tải mà không cần dùng đến dây trung tính nguồn. Thay thế hoàn toàn công tắc cơ truyền thống đối với các lưới điện chiếu sáng chỉ đi dây pha.
Công tắc thông thường đầu vào là cặp dây pha và trung tính nguồn, với nhiệm vụ là nguồn nuôi cho phần mạch điện tử bên trong. Đầu ra là rơ le đóng cắt dây pha tải, hoặc cả dây pha lẫn trung tính tùy mục đích. Công tắc 1 dây chỉ có 1 đầu vào là dây pha nguồn, đầu ra đóng cắt dây pha tải. Sơ đồ đấu nối của 2 loại công tắc này như sau:
Như vậy loại công tắc này cấp nguồn cho phần mạch điện tử bên trong nó như thế nào ?. Cấp điện AC chỉ bằng 1 dây pha nguồn nghe có vẻ vô lý so với những kiến thức điện thông thường được biết. Dưới đây ta cùng xét đến một trường hợp cụ thể để xem xét nguyên lý hoạt động chính của loại công tắc này.
Xét sơ đồ nối điện của công tắc 1 dây. Với 1 tải là loại bóng đèn sợi đốt.
Trạng thái 1 : Ngắt tải, đèn tắt
Giả sử bóng đèn sợi đốt có công suất tiêu thụ [latex]40W[/latex], ta hoàn toàn có thể thay thế tải này bằng 1 điện trở tương đương, có công suất [latex]40W[/latex], giá trị điện trở tính bằng : [latex]R=\frac{U^2}{P}=\frac{220^2}{40}=1200\Omega[/latex]. Sơ đồ mạch trở thành.
Lúc này, đầu nối pha tải của công tắc đóng vai trò như dây trung tính ?!. Điện áp đặt lên 2 đầu pha nguồn và pha tải của công tắc có giá trị nhỏ hơn xấp xỉ điện áp lưới. Cụ thể tính như sau :
Giả sử công suất tiêu thụ không tải của công tắc là [latex]1W[/latex], tổng trở tương đương của công tắc tương tự như trên được tính bằng: [latex]Z=\frac{U^2}{P}=\frac{220^2}{1}=48400\Omega[/latex].
Dòng điện mạch kín được tính bằng [latex]I\ge\frac{220}{48400+1200}=4.4mA[/latex].
Điện áp đặt lên 2 đầu công tắc : [latex]U\le220-0.0044*1200=215V[/latex]
Điện áp này nằm trong dải hoạt động của nguồn thông thường. Trạng thái đèn tắt tuy nhiên bản chất không phải tắt hẳn, luôn tồn tại một dòng điện mạch kín có giá trị [latex]I\ge4.4mA[/latex]. chạy qua đèn. Dòng điện này không làm sáng đèn hoặc có sáng nhưng mắt thường không nhìn thấy, và vẫn gây tổn hao công suất trên đèn.
Trạng thái 2 : Đóng tải, đèn sáng.
Giả sử ở trạng thái đóng tải, rơ le đóng, điện áp trên 2 đầu công tắc lúc này bằng [latex]U=0V[/latex]. Vậy công tắc lấy nguồn ở đâu ra để mà duy trì ?. Giải pháp như sau :
Phần tử đóng cắt tải bao gồm Relay và Triac nối tiếp nhau. Rơ le đóng, Triac được điều khiển Dimming điện áp nguồn. Điện áp 2 đầu cực của công tắc được mô tả như hình trên.
Ta thấy điện áp 2 đầu công tắc có 2 trạng thái. Chu kì điện áp bằng 0 và chu kì điện áp khác 0, chu kì bằng 0 là trạng thái Triac dẫn, dòng điện chạy qua Triac và Relay tới đèn, ở chu kì này đèn sáng. Chu kì khác 0 tức là Triac không dẫn, đèn không sáng, ta quay về trạng thái Ngắt tải như phần trước. Phần mạch điện tử được cấp điện, tần số mở Van Triac bằng tần số lưới điện là 50Hz. Chiếu sáng trên đèn vẫn coi như liên tục do tần số đóng ngắt gấp 2 lần tần số phát hiện của mắt người là 24Hz, và do tính chất quán tính của đèn dây tóc. Vấn đề cần đặt ra ở đây là cân bằng giữa điện áp cấp cho tải và điện áp cấp cho mạch điện tử của công tắc, sao cho công suất phía tải ít bị thay đổi (hao hụt) và công suất cấp cho phần mạch điện tử là đủ để sử dụng.
Ví dụ nêu trên đang xét với loại tải chiếu sáng là bóng đèn dây tóc. Vậy còn với tải chiếu sáng là đèn huỳnh quang, compact, led… thì sao ?. Mời mọi người xem trong phần 2 nhé.
