¿Qué tan rápido puedo ciclar un SSR de CA?

Tengo una configuración PID / calentador que estoy conduciendo con un arduino. Estoy usando el relé de estado sólido Opto 22 MP240D4 para cambiar aproximadamente 1A 120V 60 Hz (calentador resistivo). No está claro en la hoja de producto o en la hoja de datos si es un encendido cruzado cero o no. Además, solo un poco de contexto, la aplicación es un elemento de calentamiento de muy baja masa, por lo que es un poco inusual desde la perspectiva de las plantas PID típicas.

Quiero minimizar la granularidad de la modulación de ancho / densidad de pulso para obtener el mejor rendimiento del sistema.

Obviamente, mi límite superior absoluto es de 120 Hz, ya que ese es el número de cruces por cero. Pero, ¿hay algún daño (en términos de fatiga térmica, tensiones en el chip, etc.) al ejecutarlo a alta velocidad de pulso?

Además, ¿hay alguna ventaja en la modulación de ancho de pulso o de densidad de pulso?

pwm solid-state-relay

— DeusXMachina
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No veo en qué parte de la hoja de datos dice que este dispositivo está sincronizado con cruce por cero. El dispositivo se apagará en un cruce por cero, pero puede encenderlo en cualquier momento que haya suficiente voltaje para mantener la corriente de retención.

— Jack Creasey

Oh, aseado. Sí, según la hoja de producto aquí , la página 21 implica que es una activación de cruce por cero.

— DeusXMachina

En realidad, la hoja de producto no implica eso, ¡lo dice muy explícitamente! "Todos los relés de estado sólido de salida de CA Opto 22 están diseñados con un circuito de encendido de cruce por cero". - Así que solo podrás controlar semiciclos completos, nada menos.

— marcelm

¿La compañía de servicios públicos le permite distorsionar su sinusoide pura cortándola así?

— 0tyranny 0poverty

@Chris H. Peor. Las luces controladas por un regulador de intensidad son de alrededor de 200W, mientras que los calentadores eléctricos consumen mucha más energía y, por lo tanto, más corriente.

— 0tyranny 0poverty

Respuestas:

No hay daño en encender o apagar un SSR de cruce por cero en cada cruce por cero.

Hice exactamente eso una vez en un sistema que tenía que controlar 24 calentadores simultáneamente. El algoritmo de control produjo un valor de 0-255 proporcional a cuánto se suponía que debía funcionar cada calentador. Los niveles bajos utilizaron un algoritmo de Bresenham para decidir cada medio ciclo si cada calentador debería estar encendido para el próximo medio ciclo. Funcionó muy bien.

— Olin Lathrop
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Estoy considerando la sincronización a la red eléctrica, pero eso requiere componentes adicionales, por lo que tendría que sopesar eso con los beneficios de rendimiento. Sin embargo, es bueno saber que es totalmente viable. Además, usar el algoritmo de Bresenham para obtener ese control fino a bajos niveles de potencia es muy bueno, definitivamente tendré que recordarlo :)

— DeusXMachina

No se preocupe por encender y apagar a 120 Hz, pero como mencionó, está limitado a un ancho de pulso de 1/120 Hz. Si está ejecutando directamente desde un interruptor de pared, está bien usar 1/2 ciclo como ancho de pulso mínimo, pero si está funcionando a través de un transformador, use un número par de semiciclos para evitar una polarización de CC.

La modulación de ancho de pulso es natural aquí ya que su frecuencia de pulso siempre será un múltiplo de 120. En una aplicación de calefacción, un PWM de 8 bits con retroalimentación se enciende una vez por 2.13 (256/120) segundos y se "apaga". en un límite de 120 o 60 segundos debería ser bueno si la resistencia de carga es adecuada.

— John Birckhead
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Muy buen punto sobre el sesgo de DC. Definitivamente lo tendré en cuenta, aunque es probable que no esté pulsando tan rápido.

— DeusXMachina

Estoy de acuerdo con @JackCreasey, no hay nada en el hoja de datos que diga cruce por cero.

Puede obtener alias, dependiendo de su frecuencia. Los SCR permanecerán encendidos durante el resto del medio ciclo, independientemente de cuándo los active.

Sugiero ir con un ciclo mínimo de aproximadamente 2 segundos, especialmente si no desea sincronizar con los cruces por cero de la red, un poco más sería mejor. A menos que tenga una muy, muy buena razón, que sea lo suficientemente rápida para configuraciones térmicas. A menudo, 10-20 segundos es más que suficiente (excepto para cosas como calentadores IR que cambian la temperatura significativamente en segundos).

Un ciclo de 2-3 segundos es el peor de los casos para causar fatiga térmica en los semiconductores de potencia. Vimos un error de varios millones de dólares hace algunos años causado por la fatiga de los enlaces de los troqueles que causó el sobrecalentamiento y la falla (en el estado de encendido) de los semiconductores de potencia. Los modernos son mejores y ayuda a mantenerse alejado de la calificación máxima.

— Spehro Pefhany
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¿2 segundos períodos de ciclo? Sí, eso provocará un exceso de 10-20 grados para mi aplicación. Mi período mínimo es probablemente 0.5 segundos.

— DeusXMachina

@DeusXMachina En el caso de que un segundo o dos encendidos causen una variación de 10-20 grados (F? C?) Probablemente debería considerar el control de fase, no la proporción de tiempo. Este suele ser el caso con calefacción IR. El sobreimpulso generalmente no es causado por el esquema de salida, sino por un mal ajuste o un algoritmo de control deficiente (como el término integral windup).

— Spehro Pefhany

Spehro Pefhany: ¿eso requiere un monitoreo activo de la forma de onda de CA? ¿O eso se puede hacer de una manera abierta?

— DeusXMachina

Puede comprar un módulo que acepte una señal de control como 4 ~ 20 mA o 0-10 V desde el controlador y emita un nivel de potencia relacionado. Esto es bastante común en el trabajo industrial: no hay tiempo para reinventar la rueda.

— Spehro Pefhany

La parte Opto 22 que especificó OP parece ser diferente de la parte Crydom del mismo número en que la primera declara explícitamente que usa cruce por cero.

— Andrew Morton