Wann sollte ich das TRIAC-Gate auslösen, wenn ich eine induktive Last (Wechselstrommotor) steuere?

Ich verwende eine Kombination aus Opto-Triac + TRIAC, um einen 230-V-Wechselstrommotor mit einem Mikrocontroller zu steuern. Zum Erkennen des Nulldurchgangs der Spannung verwende ich einen anderen Optokoppler.

Ich weiß, dass der Wechselstrommotor eine induktive Last ist, daher kommt der Nulldurchgang der Spannung vor dem Nulldurchgang des Stroms. Mein Stromkreis erkennt den Nulldurchgang der Spannung, aber der TRIAC schaltet sich aus, wenn der Strom Null ist. Wann sollte ich das Gate des TRIAC abfeuern, um eine beliebige Motordrehzahl zu erhalten (sagen wir die Hälfte der normalen Drehzahl)? Wie kann ich wissen, wann sich der TRIAC ausschaltet?

Wie kann ich wissen, wann sich der TRIAC ausschaltet?

Wenn der Triac eingeschaltet ist, wird die Spannung am Triac auf eine Spannung nahe Null geklemmt. (Das Datenblatt für Ihren Triac könnte sagen, dass V_A1_A2_on im schlimmsten Fall + - 1,5 V beträgt.)

Viele Schaltkreise erkennen, wenn die Spannung (positiv oder negativ) am Triac über ungefähr +10 V oder unter ungefähr -10 V liegt, um anzuzeigen, dass der Triac definitiv ausgeschaltet ist. Siehe Abbildung 4 von AN307.

Haben Sie darüber nachgedacht, möglicherweise die Spannung über dem Triac zu erfassen, wie dies bei allen Nulldurchgangs-Halbleiterrelais der Fall ist, anstatt die Netzspannung zu erfassen, was bei keinem Halbleiterrelais der Fall ist?

Wann sollte ich das Gate des TRIAC abfeuern, um eine beliebige Motordrehzahl zu erhalten (sagen wir die Hälfte der normalen Drehzahl)?

Bei einigen Lasten ist die Geschwindigkeit ungefähr proportional zur Einschaltzeit des Triac. Schalten Sie für diese Lasten den Triac 1/2 Mal ein (schalten Sie den Triac 1/2 Mal aus), um eine Geschwindigkeit zu erreichen, die nahezu der Hälfte der Höchstgeschwindigkeit entspricht.

Häufiger nimmt die Last mit dem Quadrat der Geschwindigkeit zu (z. B. wenn ein Fahrzeug durch die Luft geschoben wird). Schalten Sie für diese Lasten den Triac 1/4 der Zeit ein (schalten Sie den Triac 3/4 der Zeit aus), um eine Geschwindigkeit nahe der Hälfte der Höchstgeschwindigkeit zu erhalten.

Fast immer gibt es eine minimale Einschaltzeit (maximale Ausschaltzeit), um die Dinge in Bewegung zu bringen. alles andere als das und etwas elektrische Energie geht rein, aber nichts bewegt sich.

Wie Olin Lathrop erwähnt, ist es oft ausreichend, die Ausgangsgeschwindigkeit im Vergleich zur Triac-Pünktlichkeit einige Male experimentell zu messen (möglicherweise für 1/5, 2/5, 3/5, 4/5, der vollen Pünktlichkeit oder volle Ausschaltzeit), finden Sie heraus, welche Einstellung fast die halbe Geschwindigkeit ergibt, und hoffen Sie, dass sie beim Laufen im offenen Regelkreis ungefähr gleich bleibt.

Wenn es wichtig ist, eine bestimmte Geschwindigkeit genau beizubehalten, können Sie einen geschlossenen Regelkreis verwenden. Mit anderen Worten, fügen Sie eine Art Drehzahlmesser hinzu, um die tatsächliche Geschwindigkeit jederzeit zu messen, und schließen Sie den Regelkreis, indem Sie etwas hinzufügen, um die Einschaltgeschwindigkeit automatisch zu erhöhen. Zeit (verringern Sie die Ausschaltzeit), wenn die gemessene Geschwindigkeit zu niedrig ist usw.

Wann sollte ich das TRIAC-Gate auslösen, wenn ich eine induktive Last steuere?

Bitte denken Sie daran, die in den Datenblättern und App-Hinweisen des Herstellers empfohlenen Schritte auszuführen , in diesem Fall den ST-Anwendungshinweis AN307: "Verwendung von Triacs bei induktiven Lasten" .

Vielleicht ist der einfachste Ansatz

• Beobachten Sie die Spannung am Triac (zwischen den Pins A1 und A2). Wenn diese Spannung über +10 V oder unter -10 V liegt, ist der Triac definitiv ausgeschaltet.
• Nachdem wir festgestellt haben, dass der Triac definitiv ausgeschaltet ist, verzögern Sie einige Zeit von 0 (volle Geschwindigkeit) auf fast 10 ms (fast bewegungslos) und ziehen Sie dann das Gate auf LOW.
• Ziehen Sie das Gate einige Zeit lang niedrig, bis sich der Triac einzuschalten scheint (bis die Spannung am Triac gering ist). Ziehen Sie dann das Gate auf HIGH (stellen Sie die Gate-Spannung auf die gleiche Spannung wie die A1-Pin-Spannung des Triac ein).
• Wiederholen.

Sie müssen wissen, wann die Nulldurchgänge der Wechselstromleitung liegen. Im Gegensatz zu dem, was andere sagen, suchen Sie beim Einschalten des Triac nach den Spannungsnulldurchgängen . Dies sollte offensichtlich sein, wenn man bedenkt, dass der Triac noch nicht eingeschaltet ist und daher der Strom Null ist.

Sie scheinen zu versuchen, die Spannungsnulldurchgänge mit dem unteren Stromkreis zu messen, müssen jedoch möglicherweise experimentieren, damit er gut funktioniert. Sie rechnen damit, dass die Spannung niedrig genug ist, um die LEDs nicht bei jedem Nulldurchgang einzuschalten, wodurch der Transistor bei jedem Nulldurchgang ausgeschaltet wird. Sie hoffen daher, bei jedem Nulldurchgang einen kleinen positiven Fehler zu bekommen. Es wird schwierig sein, die LEDs so lange auszuschalten, bis der Transistor ausgeschaltet ist, damit der Pullup funktioniert, und dann alles, was mit geringer Phasenverzögerung passiert.

In einem Fall musste ich zwei Optos in Push-Pull-Konfiguration verwenden. Die LEDs wurden Rücken an Rücken verdrahtet, so dass jede für 1/2 jedes Leitungszyklus an war. Die Ausgänge waren so verdrahtet, dass einer hoch und der andere niedrig zog. Das Ergebnis war eine schöne saubere Rechteckwelle mit einem Tastverhältnis von 50% und Kanten, die sehr nahe an den Nulldurchgängen liegen.

In jedem Fall fügen Sie, sobald Sie ein Signal pro Nulldurchgang haben, einfach eine variable Verzögerung hinzu, bevor Sie den Triac einschalten. Die Verzögerung kann von Null bis fast einem halben Leitungszyklus betragen. Je länger die Verzögerung ist, desto niedriger ist die durchschnittliche Gesamtspannung des Motors. Wenn die Netzfrequenz 50 Hz beträgt, beträgt ein ganzer Zyklus 20 ms und ein halber Zyklus 10 ms. Daher sollte die variable Verzögerungszeit wahrscheinlich auf etwa 0 bis 9 ms begrenzt werden.

Sie müssen experimentieren, um die durchschnittliche Spannung zu bestimmen, die der Motor als Funktion der Verzögerung sieht. Sie könnten dies berechnen, wenn die Last bekannt wäre. Ihre Last hat eine unvorhersehbare induktive Komponente, sodass sich der Triac nach dem nächsten Spannungsnulldurchgang tatsächlich etwas ausschaltet. Diese Verzögerung variiert selbst in Abhängigkeit von Ihrer Einschaltverzögerung und in Abhängigkeit von der Leistung des Motors. Wenn Ihre Einschaltverzögerung gering ist, wird der Induktor den größten Teil des halben Leitungszyklus aufgeladen, sodass das Entladen eine Weile dauert. Wenn Ihre Verzögerung lang war, wurde der Induktor nur für kurze Zeit bei niedriger Spannung aufgeladen und benötigt daher nur kurze Zeit, um sich zu entladen und den Nullstrompegel zu erreichen, bei dem sich der Triac ausschaltet.

Bei niedrigen scheinbaren Motorspannungen (lange Einschaltverzögerungen) spielt die Ausschaltverzögerung keine Rolle, da sich der Triac ausschaltet, bevor Sie versuchen, ihn gegen Ende des nächsten Halbzyklus wieder einzuschalten. Wenn Sie den Motorantrieb aufdrehen und damit die Einschaltverzögerung verringern, tritt nach dem Einschaltsignal für den nächsten Halbzyklus möglicherweise der Nullstrom der Induktivität auf. Der Triac ist jetzt die ganze Zeit eingeschaltet, was bedeutet, dass Ihr Motor die volle Netzspannung sieht. Eine kürzere Einschaltverzögerung erhöht den Motorantrieb nicht. Sie haben jedoch immer noch fast die volle Kontrolle über den Motor, nur dass er nicht gleichmäßig über den gesamten Leitungszyklus verteilt ist. Kleine Einschaltverzögerungen sind gleichbedeutend mit kontinuierlichem Einschalten.

Beachten Sie, dass davon ausgegangen wird, dass der Triac von Ihrer Einschaltverzögerung bis zum Ende des Halblinienzyklus kontinuierlich gefahren wird. Dies garantiert, dass der Triac während der Einschaltphase jedes Halblinienzyklus eingeschaltet ist, unabhängig davon, was der Strom tut. Wenn Sie dies nicht tun und stattdessen den Triac nach dem Einschalten mit einem kurzen Blip fahren, passieren zwei schlimme Dinge. Erstens, wenn der Motor voll ist und der aktuelle Nulldurchgang aus dem vorherigen Halbzyklus nach dem Einschalten für den nächsten auftritt, schaltet sich der Triac an diesem Nulldurchgang aus. Zweitens kann sich der Triac ausschalten, wenn der Strom kurze Störungen aufweist, wie dies bei mechanisch kommutierten Motoren der Fall sein kann.

Sie müssen den aktuellen Nulldurchgang und nicht den Spannungsnulldurchgang erkennen.

Der einfachste Weg, dies zu tun, besteht darin, einen Nebenschlusswiderstand in Reihe mit Ihrer Wechselstromlast zu schalten und den Spannungsabfall an diesem Widerstand zu messen. Dies gibt Ihnen ein direktes Maß für den fließenden Strom. Oft müssen Sie diese Spannung verstärken, da Sie den kleinstmöglichen Shunt-Widerstand verwenden sollten.

Verwenden Sie von dort aus diese Spannung, um einen Komparator oder ein ähnliches Gerät zu speisen und den Nulldurchgangs-Interrupt in Ihrem uC auszulösen.

Sie erhalten mehrere Brände des Komparators, wenn sich das aktuelle Kreuz nähert und Null überschreitet. Daher müssen Sie normalerweise eine Art Fensterfunktion einschließen, um dies zu handhaben.

Ich schlage vor, eine von drei Optionen zu verwenden. Zwei (a und b) betreffen nur die Kenntnis der Spannung ZC. Das andere (c) beinhaltet die Kenntnis sowohl der Spannung als auch des INDIVIDUELLEN LASTstroms [sobald der Motor den "Steuerweg" erreicht hat und nachweisbare Wechselstrom-ZCs leitet].

Für jede Option: Verwenden Sie einen Hochfrequenz-PWM-Antrieb für das Triac-Gate in einer "süßen" Polarität (am besten nicht Quadrant III - entweder einphasiger oder ein negativer Gate-Antrieb ist am wünschenswertesten). Außerdem erfordern Thyristor-Gates nicht unbedingt einen kontinuierlichen Antrieb, sondern nur eine häufige Erinnerung an das Leiten, bis sie während einer Halbwelle gestartet werden (dh Strom fließt).

Bei jeder Option wird davon ausgegangen, dass für die Drehzahl nahezu dieselbe Spannung ZC berechnet wurde (wobei zu berücksichtigen ist, dass die Phasenregelung von Induktionsmotoren sehr ineffizient ist und bei angemessenem Lastdrehmoment nicht viel Drehzahlreduzierung möglich ist und das Abwürgen und Überhitzen des Motors unter den besten Umständen üblich ist ).

Das Experimentieren ist natürlich die beste Determinante, aber so etwas wie 43,2 kHz (Bearbeiten: Faktor-2-Fehler) -> 21,6 kHz pwm bei 25% Einschaltdauer würden einen viertel Grad langen Impuls pro Grad 60-Hz-Phase ergeben, und dies kann eine Leistung sein -Sparer und doch ein sehr maßgeblicher Autofahrer. Im Folgenden könnte die Terminologie "Spannung ZC" für eine bestimmte Geschwindigkeitsreduzierung bei jeder Halbwelle durch Ihren bekannten Phasenwinkel ersetzt werden.

Option (a) Gate-Ansteuerung pwm aktiv von der Spannung ZC bis kurz nach einem berechneten (oder überschätzten oder experimentell bestimmten) Strom-ZC-Phasenwinkel.

Option (b) Gate-Antrieb pwm aktiv von Spannung ZC bis fast zur nächsten Spannung ZC - kein Risiko eingehen.

Option (c) Gate-Ansteuerung pwm aktiv von der Spannung ZC bis kurz nach dem beobachteten Strom ZC.

Persönlich habe ich Option (a) mit viel Erfolg bei voller Geschwindigkeit verwendet. Ich habe sehr wenig mit reduzierter Geschwindigkeit über Phasensteuerung gemacht. Der einzige Grund, Option (b) nicht einfach zu verwenden, ist

Wenn ich eine reduzierte Drehzahl möchte, versuche ich, einen Gleichstrommotor (billig) oder einen VFD (Drehmoment) zu verwenden.

Ich werde darauf hinweisen, dass ich im Gegensatz dazu in einem gegenwärtigen Nachrüstungsprojekt versuchen werde, die Geschwindigkeit mithilfe der obigen Option (a) zu steuern, und alle erfolgreichen Ergebnisse melden werde.