¿Cuándo debo disparar la puerta del TRIAC al controlar una carga inductiva (motor de CA)?

Estoy usando una combinación de opto-triac + TRIAC para controlar un motor de CA de 230V con un microcontrolador. Para detectar el cruce por cero del voltaje, estoy usando otro optoacoplador.

Sé que el motor de CA es una carga inductiva, por lo que el cruce por cero del voltaje es anterior al cruce por cero de la corriente. Mi circuito detecta el cruce por cero del voltaje, pero el TRIAC se apaga cuando la corriente es cero. ¿Cuándo debo disparar la puerta del TRIAC para obtener una velocidad arbitraria del motor (digamos la mitad de la velocidad normal)? ¿Cómo puedo saber cuándo se apaga el TRIAC?

¿Cómo puedo saber cuándo se apaga el TRIAC?

Cuando el triac está encendido, el voltaje a través del triac se fija a un voltaje cercano a cero. (La hoja de datos de su triac podría decir algo como V_A1_A2_on en el peor de los casos es + - 1.5 V).

Muchos circuitos detectan cuando el voltaje (positivo o negativo) a través del triac está por encima de aproximadamente +10 V o por debajo de aproximadamente -10 V, para indicar que el triac está definitivamente apagado. Ver Figura 4 de AN307.

¿Ha considerado posiblemente detectar el voltaje a través del triac, como lo hacen todos los relés de estado sólido de cruce por cero, en lugar de detectar el voltaje de línea, que ningún relé de estado sólido hace?

¿Cuándo debo disparar la puerta del TRIAC para obtener una velocidad arbitraria del motor (digamos la mitad de la velocidad normal)?

Para algunas cargas, la velocidad es aproximadamente proporcional al tiempo de funcionamiento del triac. Para estas cargas, encienda el triac la mitad del tiempo (apague el triac la mitad del tiempo) para obtener una velocidad cercana a la mitad de la velocidad máxima.

Más a menudo, la carga aumenta al cuadrado de la velocidad (por ejemplo, al empujar un vehículo por el aire). Para estas cargas, encienda el triac 1/4 de tiempo (apague el triac 3/4 del tiempo) para obtener una velocidad cercana a la mitad de la velocidad máxima.

Casi siempre hay un tiempo mínimo de tiempo (tiempo máximo de descanso) solo para que las cosas se muevan; nada menos que eso y algo de energía eléctrica entra, pero nada se mueve.

Como menciona Olin Lathrop, a menudo es adecuado medir experimentalmente la velocidad de salida frente al tiempo de funcionamiento del triac varias veces (tal vez para 1/5, 2/5, 3/5, 4/5, del tiempo completo o tiempo libre completo), descubra qué configuración proporciona cerca de la mitad de la velocidad y espere que permanezca aproximadamente igual cuando ejecuta el circuito abierto.

Si es importante mantener con precisión alguna velocidad en particular, es posible que desee ejecutar un ciclo cerrado; en otras palabras, agregue algún tipo de tacómetro para medir la velocidad real en todo momento y cierre el ciclo agregando algo para aumentar automáticamente el encendido. tiempo (disminuir el tiempo de apagado) cuando la velocidad medida es demasiado baja, etc.

¿Cuándo debo disparar la puerta del TRIAC al controlar una carga inductiva?

Considere hacer las cosas de la manera recomendada por las hojas de datos y las notas de la aplicación proporcionadas por el fabricante, en este caso , la nota de aplicación ST AN307: "Uso de triacs en cargas inductivas" .

Quizás el enfoque más simple es

• Observe el voltaje a través del triac (entre los pines A1 y A2). Cuando ese voltaje sube por encima de +10 V o por debajo de -10 V, el triac está definitivamente apagado.
• Después de sentir que el triac está definitivamente apagado, demore un tiempo desde 0 (velocidad máxima) hasta casi 10 ms (casi inmóvil), luego tire de la puerta hacia BAJA.
• Siga bajando la puerta por un tiempo, hasta que el triac parezca encenderse (hasta que el voltaje a través del triac sea pequeño). Luego jale la compuerta ALTO (configure el voltaje de la compuerta igual que el voltaje del pin A1 del triac).
• Repetir.

Necesita saber cuándo son los cruces por cero de la línea de CA. A diferencia de lo que otros dicen, está buscando los cruces de voltaje cero al encender el triac. Esto debería ser obvio cuando se considera que el triac aún no está encendido y, por lo tanto, la corriente es cero.

Parece que está intentando medir los cruces de voltaje cero con el circuito inferior, pero es posible que tenga que experimentar un poco para que funcione correctamente. Usted cuenta con que el voltaje sea lo suficientemente bajo como para no encender los LED en cada cruce por cero, que luego apaga el transistor en cada cruce por cero. Por lo tanto, espera obtener un pequeño error positivo en cada cruce por cero. Hacer que los LED estén apagados el tiempo suficiente para que el transistor se apague lo suficiente como para que funcione el pullup, y luego hacer que todo eso suceda con un pequeño retraso de fase será complicado.

En un caso tuve que hacer esto, usé dos optos en la configuración push-pull. Los LED estaban conectados de forma consecutiva, por lo que cada uno estaba encendido durante 1/2 ciclo de línea. Las salidas fueron cableadas de manera que una se colocó alto y la otra baja. La salida resultante fue una onda cuadrada limpia y agradable con un ciclo de trabajo del 50% y los bordes muy cerca de los cruces por cero.

En cualquier caso, una vez que tiene una señal por cruce por cero, simplemente agrega un retardo variable antes de encender el triac. El retraso puede ser de cero a casi la mitad de un ciclo de línea. Cuanto mayor sea el retraso, menor será el voltaje promedio general del motor. Si la frecuencia de la línea es de 50 Hz, entonces un ciclo completo es de 20 ms y un medio ciclo es de 10 ms, por lo que el período de retardo variable probablemente debería limitarse a 0-9 ms más o menos.

Tendrá que experimentar para determinar el voltaje promedio que verá el motor en función del retraso. Podría calcular esto si se conociera la carga. Su carga tiene un componente inductivo impredecible, por lo que el triac se apagará un poco después del siguiente cruce por cero de voltaje. Este retraso en sí mismo variará en función de su retraso de encendido y en función de lo que esté haciendo el motor. Si su retraso de encendido es pequeño, entonces el inductor obtiene la mayor parte del ciclo de media línea para cargar, por lo que tomará un tiempo descargarlo. Si su retraso fue largo, entonces el inductor solo se cargó durante un corto tiempo a baja tensión y, por lo tanto, tomará solo un corto tiempo para descargar y alcanzar el nivel de corriente cero donde el triac se apagará.

Para voltajes de motor aparentemente bajos (demoras de encendido prolongadas), el retraso de apagado no importa, ya que el triac se apaga antes de intentar encenderlo nuevamente cerca del final del siguiente medio ciclo. A medida que sube el accionamiento del motor y, por lo tanto, disminuye el retraso de encendido, eventualmente la corriente cero del inductor se produce después de la señal de encendido para el próximo medio ciclo. El triac ahora estará encendido todo el tiempo, lo que significa que su motor ve el voltaje de línea completo. Un retardo de encendido más corto no aumentará el accionamiento del motor. Sin embargo, todavía tiene un rango casi completo de control sobre el motor, solo que no se extiende de manera uniforme en todo el ciclo de la línea. Los pequeños retrasos de encendido son los mismos que los de encendido continuo.

Tenga en cuenta que esto supone que el triac se conduce continuamente desde su retraso de encendido hasta cerca del final del ciclo de media línea. Esto garantiza que el triac esté encendido durante la fase de encendido de cada ciclo de media línea, independientemente de lo que esté haciendo la corriente. Si no hace esto y, en su lugar, conduce el triac con un pequeño pitido después del retraso de encendido, entonces sucederán dos cosas malas. Primero, cuando el motor está lleno y el cruce por cero actual del medio ciclo anterior ocurre después del encendido para el siguiente, el triac se apagará en ese cruce por cero. En segundo lugar, el triac puede apagarse cuando hay pequeños fallos en la corriente, como puede suceder con los motores con conmutación mecánica.

Debe detectar el cruce por cero actual en lugar del cruce por cero de voltaje.

La forma más directa de hacerlo es colocar una resistencia de derivación en serie con su carga de CA y medir la caída de voltaje a través de esa resistencia. Esto le da una medida directa del flujo de corriente. A menudo necesitará amplificar este voltaje ya que debería usar la resistencia de derivación más pequeña posible.

A partir de ahí, use este voltaje para alimentar un comparador o dispositivo similar para activar la interrupción de cruce por cero en su uC.

Obtendrá múltiples incendios del comparador a medida que el cruce actual se acerca y pasa a cero, por lo que generalmente debe incluir algún tipo de funcionalidad de ventanas para manejar esto.

Sugiero usar una de las tres opciones. Dos (ayb) implican el conocimiento del voltaje ZC solamente. El otro (c) implica el conocimiento tanto del voltaje como de la corriente de CARGA INDIVIDUAL [una vez que el motor ha alcanzado la 'dirección de conducción' y conduce CA detectables] ZC.

Para cada opción: utilice un controlador PWM de alta frecuencia para la compuerta Triac en una polaridad 'dulce' (mejor no en el cuadrante III; lo más deseable es el controlador de compuerta negativa o co-fase). Además, las puertas de tiristores no requieren necesariamente un accionamiento continuo, solo un recordatorio frecuente para conducir hasta que comiencen (es decir, flujos de corriente) durante una media onda.

Cada opción supone casi el mismo voltaje que ZC se ha calculado para la velocidad (teniendo en cuenta que el control de fase de los motores de inducción es muy ineficiente y no hay mucha reducción de velocidad disponible con un par de carga razonable y el estancamiento y el sobrecalentamiento del motor son comunes en las mejores circunstancias) )

La experimentación es, por supuesto, el mejor determinante, pero algo así como 43.2kHz (editar: error de factor de 2) -> 21.6kHz pwm al 25% de trabajo daría un pulso de un cuarto de grado por grado de fase de 60Hz y esto puede ser una potencia -ahorro y, sin embargo, un controlador de motor muy autorizado A continuación, la terminología de "voltaje ZC" podría reemplazarse con su ángulo de fase conocido cada media onda para una reducción de velocidad dada.

Opción (a) pwm de accionamiento de compuerta activo desde el voltaje ZC hasta justo después de un ángulo de fase ZC actual calculado (o sobreestimado o determinado experimentalmente).

Opción (b) pwm de accionamiento de puerta activa desde el voltaje ZC hasta casi el siguiente voltaje ZC: no se arriesgue.

Opción (c) pwm de accionamiento de puerta activo desde el voltaje ZC hasta justo después de la corriente ZC observada.

Personalmente, he usado la opción (a) con mucho éxito a toda velocidad. He hecho muy poco con velocidad reducida a través del control de fase. La única razón para no usar simplemente la opción (b) es

Cuando quiero una velocidad reducida, trato de usar un motor de CC (barato) o VFD (par).

Notaré que, por el contrario, en un proyecto de actualización actual intentaré controlar la velocidad utilizando la opción (a) anterior e informaré cualquier resultado exitoso.