Control de ángulo de fase TRIAC Ondulación de línea de 120 VCA

Estoy trabajando en un circuito de atenuación TRIAC controlado por ángulo de fase (esquema adjunto a continuación), y veo mucha ondulación/ruido en la entrada de 120 VCA a medida que me acerco al 50 % de potencia. Me pregunto qué puedo hacer en mi circuito para posiblemente limpiar la línea para reducir o eliminar la ondulación, y estoy abierto a cualquier otra mejora que pueda sugerirse. Alimentar el motor de inducción está introduciendo ruido de línea y parece estar afectando la señal del circuito de detección de cruce cero donde estoy empezando a ver pulsos ZC fantasmas en el arduino, presumiblemente de subarmónicos en la señal ahora ruidosa.

Estoy construyendo este proyecto para aprender más sobre la electrónica, por lo que opté por diseñar el circuito en lugar de comprar cosas como módulos de cruce por cero y unidades SCR listas para usar. Como tal, me pregunto qué harían otros con el esquema actual para mejorar su robustez/durabilidad/etc.

El circuito está alimentando un motor de vacío Ametek 116765 , con una clasificación de consumo de corriente pico de hasta 13A. Todavía no he llevado el motor por encima del 35% de potencia, pero hasta ahora funciona sin problemas de 0 a 35% de potencia.

El TRIAC es un diseño sin amortiguador, y no parece que tenga ningún problema con el bloqueo del TRIAC, por lo que no he incluido un amortiguador.

esquema del circuito

Aquí hay una captura del TRIAC (verde) funcionando al 35%. Puede ver la cantidad de ondulación en la línea de CA. También supera el cruce por cero, pero he leído que se apaga con corriente cero, no con voltaje cero, por lo que vería eso. Creo que está bien, pero si hay que hacer una mejora, estoy abierto a sugerencias.

captura de señal triac al 35 por ciento

Aquí está el impacto en la CA (amarillo) cuando ingresa al circuito. Puede ver una caída de voltaje cuando el motor se enciende. (Nota: ese parpadeo en el pico justo antes de la caída de voltaje parece estar siempre ahí, incluso sin carga...)

captura de señal de CA al 35 por ciento

Aquí hay una mirada más cercana al impacto en el pulso de cruce cero. Sin carga es una buena curva de campana.

captura de señal zc al 35 por ciento

Actualización #1:

Agregué un amortiguador al circuito basado en las sugerencias de varias personas que respondieron, y en mi opinión, no tiene un impacto aparente en el pico de voltaje que estamos viendo. A continuación se muestran 4 configuraciones diferentes de amortiguadores y sus capturas correspondientes. Además, estoy siguiendo el diseño discutido en la hoja de datos de opto descrita en la figura 12 que se muestra aquí:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Sin amortiguador:

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Resistencia de 1k + tapa de .1uf:

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Resistencia 3k + tapa .1uf:

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Resistencia de 3k + tapa de .5uf:

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Por lo que veo, hay algunos resultados potenciales:

  1. No se necesita el amortiguador porque ya estoy usando un TRIAC sin amortiguador
  2. El amortiguador tiene un tamaño incorrecto de alguna manera, y podría usar recomendaciones para dimensionar
  3. El diseño del amortiguador es incorrecto de alguna manera, y podría usar recomendaciones para topologías apropiadas

Estoy abierto a cualquier sugerencia que puedas tener.

Es un buen motor, pero seguiría la sugerencia de Kartman y agregaría un amortiguador. Por lo que parece su forma de onda, parece ser un motor bastante nuevo en buen estado. A medida que envejece y los cepillos, etc., se espera mucha más basura.
Sí, es un buen motor certificado por UL de un fabricante competente. Verificaría con la fábrica sobre el control variable del motor; es posible que puedan decirle cosas que no serían obvias.

Respuestas (2)

Mi sospecha es que el motor en cuestión no es un motor de inducción sino un tipo universal con escobillas. Esto explicaría la ondulación que observa. Le sugiero que agregue un amortiguador ya que limpia los picos de alto voltaje que matarán lentamente su opto. Es posible que desee agregar un poco de filtrado a su circuito de cruce por cero para encargarse de los transitorios aleatorios que provocan la detección de un ZC falso.

[más información] Sugerí conectar el motor directamente a la red eléctrica para verificar que efectivamente es el motor el que crea la ondulación. Si hay alguna duda sobre la contribución del circuito triac a esta ondulación, la prueba lo demostrará.

¿Es de esperar la ondulación con un motor con escobillas? Sí. La ondulación debe ser un múltiplo de la velocidad del motor. ¿Deberías preocuparte? Para un proyecto de pasatiempo único, probablemente podría ignorarlo. Para una unidad de producto, querrá filtrarla por motivos de cumplimiento.

¿Cómo filtrarlo? No es algo con lo que haya tenido experiencia directa, por eso sugerí buscar equipos de consumo que tengan motores similares. Probablemente podría 'bucear en el basurero' y obtener una aspiradora desechada y recolectar los elementos necesarios, así como observar lo que hizo el fabricante para solucionar el problema. Muchas aspiradoras modernas tienen un control de velocidad, por lo que es un aprendizaje adicional que podría extraer.

En cuanto al filtrado de la señal ZX, es más fácil en la salida del opto. Como se mencionó, hay muchos ejemplos de detectores ZX en las interwebs. Algunos mejores que otros. Solía ​​​​diseñar sistemas de control de iluminación, por lo que las fallas en el ZX provocarían parpadeos y destellos en la iluminación, que es lo que quería evitar. Un motor de vacío se preocupa menos por esas cosas.

Intenté agregar un amortiguador en paralelo con el TRIAC, pero no pareció tener efecto. Aunque podría intentarlo de nuevo. Además, para filtrar el ZC, qué tipo/tamaño de tapas colocaría y dónde. Soy consciente de las tapas filtrantes pero no al nivel para saber el tamaño y la ubicación.
El amortiguador no arreglará la ondulación, el motor está creando la ondulación, omita el triac y espero que aún vea la ondulación. El filtrado ZX lo haría en el software y corregiría el desplazamiento de fase. Esto no es trivial. Sin embargo, un filtro de hardware debería atenuar mucho más allá de 50/60 Hz. Hay muchos ejemplos en la web. Sin filtrar, es posible que el ángulo de disparo no cambie cuando se enciendan o apaguen otros dispositivos conectados a la red eléctrica.
Si lo entiendo correctamente, el amortiguador no hace nada para limpiar la señal, sino que simplemente protege el opto de los picos de voltaje. Entonces, ¿está diciendo que se espera la ondulación y que normalmente se deja como está? ¿O hay alguna forma de suavizar la ondulación del voltaje?
Conecte el motor directamente a la red eléctrica y conecte su alcance. ¿Que ves?
También creo que el motor es de tipo universal, esa ondulación se puede reducir con un condensador en paralelo con el motor y un estrangulador en serie, mejor en la caja de conexión del motor.
Sí, creo que todos tienen razón en que este es un motor universal sin escobillas. @Bravale, ¿podría dar algunos consejos sobre el tamaño de la tapa y el estrangulador, o posiblemente vincular a una fuente relevante para calcularlo? He oído hablar de esto en otra parte de mi investigación, pero me estoy tropezando con la forma de calcular los valores/potencia nominal. No puedo encontrar una explicación decente. Tal vez mi google-fu falta aquí.
La sugerencia es que el motor tiene escobillas: la acción del conmutador y las escobillas están causando la ondulación. ¿Por qué te preocupa el ripple? ¿Ha mirado unidades de control de motor/velocidad similares para ver qué hacen? La aspiradora, el taladro eléctrico y la batidora de torta promedio hacen casi lo mismo que usted.
Los valores típicos en los dimmers son 50...150 uH para el estrangulador (compruebe la corriente nominal) y el capacitor es de aproximadamente 100...150 nF con una resistencia de 100...150 ohmios. Si es difícil encontrar el estrangulador, busque un filtro EMC.
@Kartman Es posible que se haya perdido mi comentario , pero la intención de mi pregunta era determinar si la onda era preocupante y, de ser así, cómo la abordaría. Estás diciendo que es de esperar, por lo que parece que no hay preocupación. Sin embargo, Bravale tiene algunas sugerencias sobre cómo reducir la ondulación que podría intentar e informar sobre su impacto cuando pueda pedir algunas piezas para probar. Además, cuando recomiende agregar filtrado en el ZX, ¿sería en la entrada o en la salida?

¿Cuál es la velocidad de estos pulsos ZC fantasmas? Por las imágenes, parecen ser muy rápidos y muy breves.

Si la impedancia de CA de la fuente no es la ideal, es decir, si funciona con un cable de extensión largo, entonces la amortiguación podría tener poco efecto, ya que toda la fuente de CA se hunde durante estos microsegundos. En este caso, considere filtrar estos transitorios muy rápidos (caída de fuente) de U1.

Esto podría lograrse con un filtro L o C de bajo valor (alta frecuencia) en la detección U1 ZCD. Incluso colocar un límite de xxxpF directamente sobre el LED podría funcionar como una prueba de concepto. Use su alcance y vigile los retrasos de tiempo causados ​​por el filtrado.

Otro pensamiento es más inteligencia en el código del microcontrolador. Pídale que muestree el período de frecuencia de línea (no abusado) al inicio. Luego configure un temporizador que es el 90% de este período. Cuando se activa la interrupción ZCD, deshabilite las interrupciones y vuelva a habilitarlas solo después de que haya expirado el temporizador. De esa manera, cualquier falla en el medio se ignora por completo.

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