Kapan saya harus menyalakan gerbang TRIAC ketika mengendalikan beban induktif (motor AC)?

Saya menggunakan kombinasi opto-triac + TRIAC untuk mengontrol motor AC 230V dengan mikrokontroler. Untuk mendeteksi zero-crossing dari tegangan saya menggunakan optocoupler lain.

Saya tahu bahwa motor AC adalah beban induktif sehingga zero-crossing of voltage datang sebelum zero-crossing of current. Rangkaian saya merasakan zero-crossing of voltage, tetapi TRIAC mati ketika arusnya nol. Kapan saya harus memecat gerbang TRIAC untuk mendapatkan kecepatan motor sewenang-wenang (katakanlah setengah dari kecepatan normal)? Bagaimana saya bisa tahu ketika TRIAC dimatikan?

Bagaimana saya bisa tahu ketika TRIAC dimatikan?

Ketika triac aktif, tegangan melintasi triac dijepit ke tegangan mendekati nol. (Lembar data untuk triac Anda mungkin mengatakan sesuatu seperti kasus terburuk V_A1_A2_on adalah + - 1,5 V).

Banyak sirkuit mendeteksi ketika tegangan (positif atau negatif) melintasi triac berada di atas kira-kira +10 V atau di bawah kira-kira -10 V, untuk menunjukkan bahwa triac pasti mati. Lihat Gambar 4 dari AN307.

Sudahkah Anda mempertimbangkan untuk merasakan tegangan melintasi triac, seperti semua relay solid-state zero-crossing, daripada merasakan voltase saluran, yang tidak dilakukan oleh relay solid-state?

Kapan saya harus memecat gerbang TRIAC untuk mendapatkan kecepatan motor sewenang-wenang (katakanlah setengah dari kecepatan normal)?

Untuk beberapa beban, kecepatannya sebanding dengan triac tepat waktu. Untuk muatan ini, nyalakan triac 1/2 waktu (matikan triac 1/2 waktu) untuk mendapatkan kecepatan mendekati setengah dari kecepatan maksimum.

Lebih sering beban meningkat seiring kuadrat kecepatan (misalnya, ketika mendorong kendaraan melalui udara). Untuk muatan ini, nyalakan triac 1/4 waktu (matikan triac 3/4 waktu) untuk mendapatkan kecepatan mendekati setengah dari kecepatan maksimum.

Hampir selalu ada beberapa minimum waktu (maksimum off-time) hanya untuk membuat barang bergerak; sesuatu yang kurang dari itu dan sejumlah daya listrik masuk, tetapi tidak ada yang bergerak.

Seperti yang disebutkan Olin Lathrop, seringkali cukup untuk secara eksperimental mengukur kecepatan output vs triac tepat waktu beberapa kali (mungkin untuk 1/5, 2/5, 3/5, 4/5, dari waktu penuh penuh atau penuh waktu), cari tahu pengaturan mana yang mendekati setengah kecepatan, dan harap pengaturannya tetap sama ketika Anda menjalankan loop terbuka.

Jika mempertahankan kecepatan tertentu dengan tepat adalah penting, Anda mungkin ingin menjalankan loop tertutup - dengan kata lain, tambahkan semacam takometer untuk mengukur kecepatan aktual setiap saat, dan tutup loop dengan menambahkan sesuatu untuk secara otomatis meningkatkan on- waktu (mengurangi waktu tidak aktif) ketika kecepatan yang diukur terlalu rendah, dll.

Kapan saya harus memecat gerbang TRIAC saat mengontrol beban induktif?

Silakan mempertimbangkan untuk melakukan hal-hal dengan cara yang direkomendasikan oleh lembar data dan catatan aplikasi yang disediakan oleh pabrikan, dalam hal ini catatan aplikasi ST AN307: "Penggunaan triac pada muatan induktif" .

Mungkin pendekatan yang paling sederhana adalah

• perhatikan tegangan melintasi triac (antara pin A1 dan A2). Ketika tegangan naik di atas +10 V atau di bawah -10 V, triac pasti mati.
• Setelah kami merasakan triac benar-benar mati, tunda beberapa waktu dari 0 (kecepatan penuh) hingga hampir 10 ms (hampir tidak bergerak), kemudian tarik gerbang RENDAH.
• Terus tarik gerbang rendah selama beberapa waktu, sampai triac tampak menyala (sampai tegangan melintasi triac kecil). Kemudian tarik gerbang TINGGI (setel tegangan gerbang sama dengan tegangan pin triac A1).
• Ulang.

Anda perlu tahu kapan garis nol penyeberangan AC. Tidak seperti apa yang dikatakan orang lain, Anda mencari penyeberangan tegangan nol saat menyalakan triac. Ini harus jelas ketika mempertimbangkan triac belum aktif dan oleh karena itu arusnya nol.

Anda tampaknya mencoba mengukur penyeberangan nol tegangan dengan sirkuit bawah, tetapi Anda mungkin harus melakukan beberapa percobaan untuk membuatnya bekerja dengan baik. Anda menghitung tegangan yang cukup rendah untuk tidak menyalakan LED di setiap persimpangan nol, yang kemudian mematikan transistor setiap persimpangan nol. Karena itu Anda berharap mendapatkan kesalahan positif kecil setiap nol persimpangan. Mematikan LED cukup lama agar transistor cukup mematikan agar pullup berfungsi, dan kemudian semua yang terjadi dengan penundaan fase kecil akan menjadi rumit.

Dalam satu kasus saya harus melakukan ini, saya menggunakan dua opto dalam konfigurasi push-pull. LED dihubungkan kembali ke belakang, sehingga masing-masing menyala selama 1/2 setiap siklus baris. Outputnya dihubungkan sehingga satu menarik tinggi dan lainnya rendah. Output yang dihasilkan adalah gelombang persegi bersih yang bagus dengan siklus tugas 50% dan ujung-ujungnya sangat dekat dengan nol penyeberangan.

Bagaimanapun, begitu Anda memiliki sinyal per nol persimpangan, Anda cukup menambahkan penundaan variabel sebelum menyalakan triac. Penundaan dapat dari nol hingga hampir setengah siklus garis. Semakin lama penundaan, semakin rendah tegangan rata-rata keseluruhan ke motor. Jika frekuensi garis adalah 50 Hz, maka seluruh siklus adalah 20 ms, dan setengah siklus adalah 10 ms, sehingga periode penundaan variabel mungkin harus dibatasi hingga 0-9 ms atau lebih.

Anda harus bereksperimen untuk menentukan tegangan rata-rata yang akan dilihat motor sebagai fungsi dari penundaan. Anda dapat menghitung ini jika muatan diketahui. Beban Anda memiliki komponen induktif yang tidak dapat diprediksi, sehingga triac akan benar-benar mati agak setelah tegangan nol persimpangan berikutnya. Keterlambatan ini sendiri akan bervariasi sebagai fungsi dari giliran Anda untuk menghidupkan dan sebagai fungsi dari apa yang motor lakukan. Jika giliran Anda pada penundaan kecil, maka induktor mendapatkan sebagian besar siklus setengah baris untuk mengisi, sehingga akan memakan waktu cukup lama untuk dikeluarkan. Jika penundaan Anda lama, maka induktor hanya diisi untuk waktu yang singkat pada tegangan rendah, dan karena itu hanya akan mengambil waktu singkat untuk melepaskan dan mencapai tingkat arus nol di mana triac akan mati.

Untuk voltase motor rendah yang nyata (penundaan nyala panjang), jeda mati tidak penting karena triac mati sebelum Anda mencoba untuk menyalakannya lagi di dekat akhir setengah siklus berikutnya. Ketika Anda menghidupkan drive motor, dan karena itu mengurangi penundaan nyala, akhirnya arus nol induktor terjadi setelah Anda menyalakan sinyal untuk setengah siklus berikutnya. Triac sekarang akan berada di sepanjang waktu, yang berarti motor Anda melihat tegangan saluran penuh. Menghidupkan penundaan lebih pendek tidak akan meningkatkan drive motor. Namun, Anda masih memiliki kendali hampir penuh atas motor, hanya saja itu tidak tersebar merata di seluruh siklus garis. Nyala kecil pada penundaan sama dengan terus menyala.

Perhatikan ini mengasumsikan bahwa triac didorong terus menerus dari giliran Anda pada penundaan hingga mendekati akhir siklus setengah garis. Ini menjamin triac menyala selama fase pada setiap siklus setengah garis, terlepas dari apa yang sedang dilakukan saat ini. Jika Anda tidak melakukan ini dan alih-alih mengendarai triac dengan blip pendek setelah penundaan menyala, maka dua hal buruk akan terjadi. Pertama, ketika motor penuh dan penyeberangan nol saat ini dari setengah siklus sebelumnya terjadi setelah penyalaan untuk yang berikutnya, triac kemudian akan mati pada penyimpangan nol itu. Kedua, triac dapat dimatikan ketika ada gangguan pendek dalam arus, seperti yang dapat terjadi dengan motor komutasi mekanis.

Anda perlu mendeteksi zero-crossing saat ini daripada zero-crossing voltage.

Cara paling lurus ke depan untuk melakukan ini adalah dengan meletakkan resistor shunt secara seri dengan beban AC Anda dan mengukur penurunan tegangan di resistor itu. Ini memberi Anda ukuran langsung dari arus yang mengalir. Seringkali Anda perlu memperkuat tegangan ini karena Anda harus menggunakan resistor shunt sekecil mungkin.

Dari sana gunakan tegangan ini untuk memberi makan pembanding atau perangkat serupa untuk memicu interupsi zero crossing di UC Anda.

Anda akan mendapatkan banyak api dari komparator saat salib saat ini mendekati dan melewati nol sehingga Anda biasanya perlu menyertakan semacam fungsi windowing untuk menangani hal ini.

Saya sarankan menggunakan salah satu dari tiga opsi. Dua (a dan b) hanya melibatkan pengetahuan tentang voltase ZC. Yang lain (c) melibatkan pengetahuan tentang baik tegangan dan arus LOAD INDIVIDU [setelah motor telah mencapai 'jalan setapak' dan melakukan AC yang terdeteksi] ZC.

Untuk setiap opsi: Gunakan drive PWM frekuensi tinggi untuk gerbang Triac dalam polaritas 'manis' (paling baik bukan kuadran III - drive gerbang co-bertahap atau negatif paling diinginkan). Juga, gerbang thyristor tidak selalu membutuhkan drive terus menerus, hanya pengingat untuk melakukan sampai mereka mulai (yaitu, arus saat ini) selama setengah gelombang.

Setiap opsi mengasumsikan voltase yang hampir sama dengan ZC telah dihitung untuk kecepatan (mengingat bahwa kontrol fase motor induksi sangat tidak efisien dan tidak banyak pengurangan kecepatan tersedia dengan torsi beban yang wajar dan stalling motor dan overheating adalah hal yang umum dalam keadaan terbaik ).

Eksperimen tentu saja merupakan penentu terbaik tetapi sesuatu seperti 43.2kHz (sunting: faktor-of-2 error ) -> 21.6kHz pwm pada tugas 25% akan memberikan satu perempat derajat pulsa per derajat 60Hz dan ini bisa menjadi kekuatan -Menghasilkan pengemudi motor yang sangat berwibawa. Di bawah, terminologi "tegangan ZC" dapat diganti dengan sudut fase yang diketahui setiap setengah gelombang untuk pengurangan kecepatan yang diberikan.

Opsi (a) drive gerbang pwm aktif dari tegangan ZC sampai melewati batas arus fase ZC yang dihitung (atau dinilai terlalu tinggi atau ditentukan secara eksperimental).

Opsi (b) drive gerbang PWM aktif dari tegangan ZC hingga hampir tegangan ZC berikutnya - tidak mengambil risiko.

Opsi (c) gate drive pwm aktif dari tegangan ZC sampai melewati ZC yang diamati.

Secara pribadi saya telah menggunakan opsi (a) dengan banyak keberhasilan dengan kecepatan penuh. Saya telah melakukan sangat sedikit dengan kecepatan berkurang melalui kontrol fase. Satu-satunya alasan untuk tidak hanya menggunakan opsi (b) adalah

Ketika saya ingin mengurangi kecepatan, saya mencoba menggunakan motor DC (murah) atau VFD (torsi).

Saya akan mencatat bahwa sebaliknya, dalam proyek retrofit saat ini saya akan mencoba kontrol kecepatan menggunakan opsi (a) di atas dan akan melaporkan setiap temuan yang berhasil.