Control de un motor universal de 240 V CA con microcontrolador, optoaislador y TRIAC

Tengo un viejo motor de lavadora (universal) por ahí que me gustaría controlar la velocidad. Soy nuevo en casi todos los componentes mencionados anteriormente, pero esto es lo que uso actualmente:

  • Microcontrolador: Arduino Nano
  • Optoaislador: MOC3041
  • TRIAC: 2N6071AB (¿Reemplazar? Pensando en BTA24-600B)
  • Motor universal: UOZ 112 G 55

Después de una larga búsqueda me encontré con este circuito:

ingrese la descripción de la imagen aquí

En primer lugar, traté de conectar el TRIAC (2N6073AB) a 240 VCA. Se dispersó en dos pedazos después de unos 5 segundos. Dice que es para 400 VAC, así que estoy un poco confundido. Sin embargo, no tenía un disipador de calor adjunto, pero aún así. ¿Alguien puede explicar este comportamiento?

Así es como conecté el TRAIC para fines de prueba:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Para el circuito anterior, compré resistencias de 1/4 de vatio. No puedo entender cómo pueden manejar 240 VAC, me parece realmente extraño. Tal vez no puedan. Como el condensador en serie con la resistencia de 39 ohmios. ¿Cómo es eso posible?

¿Qué papel juega la resistencia de 330 ohmios, por qué se necesita esta? También dice "para cargas altamente inductivas, cambie este valor a 360 ohmios". ¿Que valor? ¿Es la resistencia de 39 ohmios? ¿Por qué cambiarlo, es por la alta corriente de arranque de los motores?

Para el condensador de 0,01 microfaradios, ¿de dónde viene este valor? Por lo que he leído suavemente, el circuito amortiguador es para evitar el cambio de fase entre el voltaje y la corriente causado por el motor, ¿verdad? ¿Harán estos condensadores: condensadores de disco de cerámica azul 1KV 1000V 103PF 0.01uF?

He estado leyendo algunos archivos PDF sobre tiristores (incluidos los TRIAC) y decía:

"La salida de la mayoría de los puertos de entrada/salida (E/S) de la microcomputadora es una señal TTL capaz de controlar varias puertas TTL. Esto es insuficiente para controlar un controlador TRIAC de cruce por cero".

Supongo que ese no es el caso con Arduino Nano ya que usa una señal PWM. ¿Todavía necesito la puerta NAND? Si alguien quisiera explicar por qué el controlador TRIAC de cruce por cero no acepta ciertas señales, se lo agradecería.

Introduzca los detalles del motor en la pregunta (en lugar de distribuirlos en los comentarios) para que toda la información relevante esté allí. +1 para una primera pregunta muy bien escrita.
Controlar un motor Universal de esta manera no hará exactamente lo que espera. Deberá separar los devanados de campo y del rotor, y mantener el devanado de campo conectado a la tensión de alimentación completa (suponiendo que tenga un devanado en derivación). De lo contrario, la aceleración (por reducción de campo) y la desaceleración (por reducción de voltaje del rotor) se cancelarán.
Los motores @Brian Drummond Universal son bobinados en serie por definición.
¿Estás seguro de que el motor es un motor universal?
@Brian Drummond, muy interesante. Necesito echar un vistazo más de cerca a tu sugerencia. Entonces, ¿quieres decir que no funcionará en absoluto, o simplemente se comportará de una manera muy impredecible?
@Charles Cowie, no estoy seguro, pero creo que sí. Tiene cepillos ect. No es un motor de inducción, pero ¿qué más podría ser?
Si tiene conmutador y escobillas, es un motor universal. Encontré un poco de información en línea que parece confirmar que es un motor universal. Creo que el motor debería funcionar bien con el esquema de control propuesto. Brian Drummond solo estaba advirtiendo sobre los motores conectados en derivación, ya que un motor universal está bobinado en serie, lo que dijo no se aplica. Si fuera bobinado en derivación, no funcionaría en absoluto con alimentación de CA.
Muy bien, gracias por aclarar esto. Puedo agregar que probé el motor directamente en la fuente de alimentación de 240 VCA y parece funcionar bien. Además, las RPM siguieron aumentando con el tiempo.
Los motores universales son muy sensibles a la carga. Si saca uno de una máquina y lo opera sin nada conectado al eje, funcionará muy rápido. La velocidad solo está limitada por la fricción de las escobillas y los cojinetes más el arrastre del aire sobre las partes móviles. Es posible que calentar el aire y el lubricante reduzca la carga lo suficiente como para permitir que el motor se acelere con el tiempo.
@CharlesCowie "si fuera una derivación, no funcionaría en absoluto con alimentación de CA", ¿qué impide que funcione con CA? Tanto el rotor como el campo invierten la polaridad al mismo tiempo, al igual que en la forma en serie. ¿Es el cambio de fase ya que el devanado de campo es casi puramente inductivo?
Creo que el R/L tendría que ser muy diferente porque la armadura y el campo tendrían que estar diseñados para funcionar con el mismo voltaje pero con corrientes muy diferentes. Además, la fuerza contraelectromotriz controla la corriente de armadura. Esas dos cosas causarían una diferencia de fase entre la armadura y el campo. Con un motor en serie, solo hay una ruta de corriente y, por lo tanto, no hay posibilidad de diferencia de fase.
@CharlesCowie ¡Gracias! Lo leí porque la derivación posiblemente podría funcionar, pero probablemente de manera ineficiente, mientras que la serie gracias a una ruta actual, es mucho más fácil de hacer bien. Y eso convierte a las series en la estrategia universalmente adoptada.

Respuestas (1)

  1. Entonces, en primer lugar; Intenté conectar el TRIAC (2N6073AB) a 240 VCA, se dispersó en dos pedazos después de unos 5 segundos.

Sin un esquema de su cableado no podemos decir. Parece que lo conectó mal o lo encendió en un cortocircuito entre la red eléctrica y el neutral. Hay un botón de esquema en la barra de herramientas del editor si desea actualizar su pregunta.

  1. Para el circuito de arriba, compré resistencias de 1/4 watt, y no puedo entender cómo pueden manejar 240 VAC, me parece muy extraño. ¿O tal vez no pueden? Al igual que el condensador en serie con la resistencia de 39 ohmios, ¿cómo es eso posible?

ingrese la descripción de la imagen aquí

Figura 1. Resistencia de película de carbono con espiral de carbono expuesta (Tesla TR-212 1 kΩ). Fuente: Wikipedia Resistencia .

Hay tres especificaciones principales a tener en cuenta al usar resistencias:

  • El valor de la resistencia. Esto es obvio.
  • La clasificación de voltaje. En la Figura 1 podemos ver una pista de resistencia en espiral alrededor de un núcleo cerámico. La pista es probablemente de unos 20 a 25 mm de largo si se desenrolla. Por encima de un cierto voltaje, se producirá una ruptura eléctrica en la resistencia, tal vez saltando entre vueltas en la espiral. Por lo general, son buenos para 200 a 250 V, pero el voltaje de la red puede alcanzar su punto máximo en 2 V R METRO S por lo tanto, cuando los usamos en una red de 230 V, generalmente usamos dos en serie.
  • La disipación de potencia debe mantenerse por debajo de la clasificación de la resistencia. Esto se puede comprobar usando PAG = V 2 R o PAG = I 2 R .

Puede ser útil considerar los condensadores como dos capas de lámina separadas por una película aislante. Todo lo que se requiere es hacer que la capa de aislamiento sea lo suficientemente gruesa para soportar el voltaje aplicado.

  1. ¿Qué papel juega la resistencia de 330 ohmios, por qué se necesita esta? Y también dice "para cargas altamente inductivas, cambie este valor a 360 ohmios", ¿qué valor? ¿Es la resistencia de 39 ohmios? ¿Y por qué cambiarlo, es por la alta corriente de arranque de los motores?

Hay tres resistencias en su circuito.

  1. Para el capacitor de 0.01 microFarrad, ¿de dónde viene este valor? Y por lo que he leído suavemente, el circuito amortiguador es para evitar el cambio de fase entre el voltaje y la corriente causado por el motor, ¿verdad? ¿Harán estos condensadores: condensadores de disco de cerámica azul 1KV 1000V 103PF 0.01uF?

Cubierto arriba. No sé qué significa el 103PF. El artículo de Littlefuse debería brindarle suficientes detalles sobre esto.

  1. "La salida de la mayoría de los puertos de entrada/salida (E/S) de la microcomputadora es una señal TTL capaz de controlar varias puertas TTL. Esto es insuficiente para controlar un controlador TRIAC de cruce por cero".

No cita una fuente para esto, pero parece un poco desactualizado. La mayoría de los micros ahora pueden cambiar 20 mA y esto es suficiente para un LED optoaislador.

  1. Supongo que ese no es el caso con Arduino Nano ya que usa señal PWM. ¿O todavía necesito la puerta NAND? Y si alguien quisiera explicar por qué el controlador TRIAC de cruce por cero no acepta ciertas señales, se lo agradecería.

PWM no se usa con circuitos de control triac. Esto se explica en mi respuesta a Activación de SSR para un motor de CA a través de la entrada PWM .

Otras lecturas:

El Manual de consideraciones de diseño y teoría de tiristores de 240 páginas de ON Semiconductor es una mirada muy profunda al tema, pero es bastante legible si elige un aspecto de interés.

Gracias por tu respuesta en profundidad. Fue muy útil, pero aún no he tenido tiempo de echarle un vistazo más de cerca, ¡pero seguro que lo haré! "Parece que lo conectó mal o lo encendió en un punto muerto entre la red eléctrica y el neutral". - Bueno, tenía miedo de dañar el MOC3041 y el microcontrolador, así que quería probar primero el TRIAC. Pero así es como lo conecté: i.stack.imgur.com/UWvPV.png
También quiero agregar que estoy verdaderamente agradecido por todos sus enlaces, seguramente los leeré. Como me resultó bastante difícil encontrar buenos materiales de lectura.
La conexión parece estar bien, pero no se muestra ningún circuito de activación. Por cierto, hay un botón de esquema en la barra de herramientas del editor e incrusta esquemas editables en su publicación.
"(...) pero no se muestra el circuito de activación", no llegué tan lejos con mi experimentación, pero iba a usar el circuito que mencioné brevemente en mi tema: imgur.com/d9nEwLQ . Sin embargo, sin el circuito amortiguador, ya que pensé que esto no era tan importante. Avísame si te entendí mal.
DE ACUERDO. Verifique dos veces el pin-out de su triac.
De acuerdo con la hoja de datos que he usado, no hubo ningún error en mi conexión.
"Por lo general, son buenos para 200 a 250 V, pero el voltaje de la red puede alcanzar un máximo de 2√VRMS, por lo que cuando los usamos en una red de 230 V, generalmente usamos dos en serie". - ¿Por qué esto hace que las resistencias sean más adecuadas para soportar el alto voltaje?
230 2 = 325   V y eso es demasiado para una resistencia. Si usamos dos resistencias en serie, cada una de la mitad del valor deseado, entonces cada una solo tendrá 325/2 V = 162 V en cada una y eso será seguro.
Sí, claro. Estaba siendo tonto... Supongo que también podría conectar dos resistencias en paralelo para disminuir la cantidad de vatios generados en cada resistencia.
No, no en paralelo. Eso daría el voltaje completo en ambos. Conecte en serie para reducir el voltaje (y la potencia) en cada uno a la mitad.
Hmm, ¿no se reduce la corriente en un 50% si los conecto en paralelo, ya que también tengo que duplicar la cantidad de resistencia en cada resistencia? Pero sí, puedo ver que conectarlos en serie también reduce la potencia.
También leí una de sus respuestas, donde hablaba sobre "control de tiempo de CA de encendido y apagado" y "control de ángulo de fase". Y para ser honesto, iba por el "control de tiempo de CA de encendido y apagado". Pero debido a que expresó su punto con respecto a las aplicaciones de control de motores, también podría optar por el "control de ángulo de fase". Últimamente he estado leyendo algo sobre el control del ángulo de fase y, si no me equivoco, necesito una forma de medir el voltaje de cruce por cero con el microcontrolador. ¿Podría usar este circuito muy simple para hacerlo: imgur.com/a/VK4AB ? En cualquier caso, me gustaría saber tu opinión.
(1) " ... ¿no se reduce la corriente en un 50 % si los conecto en paralelo? " Sí, pero obtienen el voltaje completo en cada uno. Si eso está dentro de la especificación de la resistencia, está bien. (2) Encontrará muchas preguntas sobre la detección de cruce por cero en este sitio. Ese está casi bien. El voltaje máximo de salida será 2 veces el voltaje del transformador, por lo que deberá proteger la entrada del microcontrolador.
Muy bien, una última pregunta rápida: ¿Un optoaislador con circuito de cruce por cero (como MOC3041) impide el control del ángulo de fase? A mi entender parece que sí.
Sí. Eso se explicó en detalle en las respuestas vinculadas.