Wie schnell kann ich eine AC-SSR fahren?

Ich habe ein PID / Heizungs-Setup, das ich mit einem Arduino fahre. Ich verwende das Halbleiterrelais Opto 22 MP240D4, um etwa 1A 120V 60 Hz (Widerstandsheizung) zu schalten. Aus dem Produktblatt oder dem Datenblatt ist nicht ersichtlich, ob es sich um einen Nulldurchgang handelt oder nicht. Außerdem ist die Anwendung nur ein wenig kontextbezogen ein Heizelement mit sehr geringer Masse, so dass es aus der Sicht typischer PID-Anlagen etwas ungewöhnlich ist.

Ich möchte die Granularität der Pulsbreiten- / Dichtemodulation minimieren, um die beste Leistung aus dem System herauszuholen.

Offensichtlich beträgt meine absolute Obergrenze 120 Hz, da dies die Anzahl der Nulldurchgänge ist. Aber ist es schädlich (in Bezug auf thermische Ermüdung, Beanspruchung des Chips usw.), ihn mit hoher Pulsgeschwindigkeit zu betreiben?

Gibt es auch einen Vorteil bei der Pulsweiten- oder Pulsdichtemodulation?

pwm solid-state-relay

— DeusXMachina
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Ich sehe nicht, wo im Datenblatt steht, dass dieses Gerät synchronisiert ist. Das Gerät schaltet sich bei einem Nulldurchgang aus. Sie können es jedoch jederzeit einschalten, wenn genügend Spannung vorhanden ist, um den Haltestrom aufrechtzuerhalten.

— Jack Creasey

Oh, ordentlich. Ja, basierend auf dem Produktblatt hier impliziert Seite 21, dass es sich um ein Nullkreuz-Einschalten handelt.

— DeusXMachina

Tatsächlich impliziert das Produktblatt dies nicht, es gibt es sehr explizit an! "Alle Halbleiterrelais mit Opto 22-Wechselstromausgang sind mit einem Nulldurchgangs-Einschaltkreis ausgestattet." - Sie können also nur ganze Halbzyklen steuern, nicht weniger.

— Marcelm

Erlaubt Ihnen das Versorgungsunternehmen, ihre reine Sinuskurve zu verzerren, indem Sie sie so zerhacken?

— 0tyranny 0poverty

@ Chris H. Schlimmer. Die von einem Dimmschalter gesteuerten Lichter haben eine Leistung von etwa 200 W, während elektrische Heizungen viel mehr Strom und damit mehr Strom verbrauchen.

— 0tyranny 0poverty

Antworten:

Das Ein- und Ausschalten eines Nulldurchgangs-SSR bei jedem Nulldurchgang kann nicht schaden.

Genau das habe ich einmal in einem System gemacht, das 24 Heizungen gleichzeitig steuern musste. Der Regelalgorithmus erzeugte einen Wert von 0 bis 255, der proportional dazu war, wie viel jede Heizung angetrieben werden sollte. Die niedrigen Pegel verwendeten einen Bresenham-Algorithmus, um in jedem Halbzyklus zu entscheiden, ob jede Heizung für den nächsten Halbzyklus eingeschaltet sein sollte. Es hat sehr gut funktioniert.

— Olin Lathrop
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Ich denke über eine Synchronisierung mit dem Stromnetz nach, aber dafür sind zusätzliche Komponenten erforderlich, sodass ich dies mit den Leistungsvorteilen abwägen müsste. Es ist gut zu wissen, dass dies völlig praktikabel ist. Auch die Verwendung des Bresenham-Algorithmus , um diese Feinsteuerung bei niedrigen Leistungsstufen zu erreichen, ist super ordentlich. Ich muss mich auf jeden Fall daran erinnern :)

— DeusXMachina

Keine Sorge beim Ein- und Ausschalten bei 120 Hz, aber wie Sie bereits erwähnt haben, sind Sie stark auf eine Impulsbreite von 1/120 Hz beschränkt. Wenn Sie direkt von einem Wandschalter aus arbeiten, können Sie 1/2-Zyklen als minimale Impulsbreite verwenden. Wenn Sie jedoch durch einen Transformator laufen, verwenden Sie eine gerade Anzahl von Halbzyklen, um eine Gleichstromvorspannung zu vermeiden.

Die Pulsweitenmodulation ist hier eine Selbstverständlichkeit, da Ihre Pulsfrequenz immer ein Vielfaches von 120 sein wird. In einer Heizanwendung wird eine 8-Bit-PWM mit Rückkopplung einmal pro 2,13 (256/120) Sekunden "ein" und "aus". an einer 120- oder 60-Sekunden-Grenze sollte gut sein, wenn der Lastwiderstand angemessen ist.

— John Birckhead
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Sehr guter Punkt über die DC-Vorspannung. Ich werde das auf jeden Fall im Hinterkopf behalten, auch wenn ich wahrscheinlich nicht annähernd so schnell pulsieren werde.

— DeusXMachina

Ich stimme @JackCreasey zu, dass im Datenblatt nichts steht, was Nulldurchgang sagt.

Abhängig von Ihrer Häufigkeit kann es zu Aliasing kommen. Die SCRs bleiben für den Rest des Halbzyklus eingeschaltet, unabhängig davon, wann Sie sie auslösen.

Ich schlage vor, mit einem Zyklus von mindestens 2 Sekunden zu arbeiten, insbesondere wenn Sie nicht mit den Nulldurchgängen des Netzes synchronisieren möchten, wäre ein bisschen mehr besser. Es sei denn, Sie haben einen wirklich, wirklich guten Grund, der für thermische Einstellungen schnell genug ist. Oft sind 10 bis 20 Sekunden mehr als gut genug (mit Ausnahme von IR-Heizgeräten, deren Temperatur sich in Sekunden erheblich ändert).

Ein Zyklus von etwa 2-3 Sekunden ist der schlechteste Fall, um eine thermische Ermüdung der Leistungshalbleiter zu verursachen. Wir haben vor einigen Jahren einen Fehler in Höhe von mehreren Millionen Dollar gesehen, der durch die Ermüdung der Chipbindungen verursacht wurde und zu Überhitzung und Ausfall (normalerweise im eingeschalteten Zustand) der Leistungshalbleiter führte. Moderne sind besser und es hilft, sich von der maximalen Bewertung fernzuhalten.

— Spehro Pefhany
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2 Sekunden Zykluszeit? Ja, das führt zu einem Überschwingen von 10 bis 20 Grad für meine Anwendung. Meine Mindestdauer beträgt wahrscheinlich 0,5 Sekunden.

— DeusXMachina

@DeusXMachina Für den Fall, dass ein oder zwei Sekunden Ein-Aus eine Variation von 10-20 Grad (F? C?) Verursachen , sollten Sie wahrscheinlich eine Phasensteuerung in Betracht ziehen, nicht eine zeitliche Proportionierung. Dies ist häufig bei IR-Heizung der Fall. Überschwingen wird im Allgemeinen nicht durch das Ausgabeschema verursacht, sondern durch eine schlechte Abstimmung oder durch einen schlechten Steueralgorithmus (wie z. B. Integral-Term-Windup).

— Spehro Pefhany

Spehro Pefhany - erfordert dies eine aktive Überwachung der Wechselstromwellenform? Oder kann das auf eine Art Open-Loop-Art gemacht werden?

— DeusXMachina

Sie können ein Modul kaufen, das ein Steuersignal wie 4 ~ 20 mA oder 0-10 V vom Controller akzeptiert und einen entsprechenden Leistungspegel ausgibt. Dies ist bei Industriearbeiten durchaus üblich - keine Zeit, das Rad neu zu erfinden.

— Spehro Pefhany

Der vom OP angegebene Opto 22-Teil scheint sich vom Crydom-Teil derselben Nummer darin zu unterscheiden, dass der erstere explizit angibt, dass er den Nulldurchgang verwendet.

— Andrew Morton