¿Cuándo debo disparar la puerta del TRIAC cuando controlo una carga inductiva (motor de CA)?

¿Cómo puedo saber cuándo se apaga el TRIAC?

Cuando el triac está encendido, el voltaje a través del triac se sujeta a un voltaje cercano a cero. (La hoja de datos de su triac podría decir algo así como en el peor de los casos, V_A1_A2_on es +- 1.5 V).

Muchos circuitos detectan cuando el voltaje (positivo o negativo) a través del triac está por encima de aproximadamente +10 V o por debajo de aproximadamente -10 V, para indicar que el triac definitivamente está apagado. Consulte la Figura 4 de AN307.

¿Ha considerado posiblemente detectar el voltaje a través del triac, como lo hacen todos los relés de estado sólido de cruce por cero, en lugar de detectar el voltaje de línea, lo que no hace ningún relé de estado sólido?

¿Cuándo debo disparar la puerta del TRIAC para obtener una velocidad de motor arbitraria (digamos la mitad de la velocidad normal)?

Para algunas cargas, la velocidad es aproximadamente proporcional al tiempo de activación del triac. Para estas cargas, encienda el triac la mitad del tiempo (apague el triac la mitad del tiempo) para obtener una velocidad cercana a la mitad de la velocidad máxima.

Más a menudo, la carga aumenta con el cuadrado de la velocidad (por ejemplo, al empujar un vehículo por el aire). Para estas cargas, encienda el triac 1/4 del tiempo (apague el triac 3/4 del tiempo) para obtener una velocidad cercana a la mitad de la velocidad máxima.

Casi siempre hay un tiempo mínimo de encendido (tiempo máximo de inactividad) solo para que las cosas se muevan; algo menos que eso y entra algo de energía eléctrica, pero nada se mueve.

Como menciona Olin Lathrop, a menudo es adecuado medir experimentalmente la velocidad de salida frente al tiempo de encendido del triac varias veces (quizás para 1/5, 2/5, 3/5, 4/5, del tiempo de encendido completo o fuera de tiempo completo), descubra qué configuración da cerca de la mitad de la velocidad y espere que se mantenga aproximadamente igual cuando se ejecuta en bucle abierto.

Si es importante mantener con precisión una determinada velocidad, es posible que desee ejecutar un ciclo cerrado; en otras palabras, agregue algún tipo de tacómetro para medir la velocidad real en todo momento y cierre el ciclo agregando algo para aumentar automáticamente el encendido. tiempo (disminuir el tiempo de inactividad) cuando la velocidad medida es demasiado baja, etc.

¿Cuándo debo disparar la puerta del TRIAC cuando controlo una carga inductiva?

Considere hacer las cosas de la manera recomendada por las hojas de datos y las notas de la aplicación proporcionadas por el fabricante, en este caso , la nota de aplicación ST AN307: "Uso de triacs en cargas inductivas" .

Quizás el enfoque más simple es

• observe el voltaje a través del triac (entre los pines A1 y A2). Cuando ese voltaje sube por encima de +10 V o por debajo de -10 V, el triac definitivamente está apagado.
• Después de que percibamos que el triac está definitivamente apagado, retrase un tiempo desde 0 (velocidad máxima) hasta casi 10 ms (casi inmóvil), luego tire de la compuerta a nivel BAJO.
• Siga bajando la compuerta durante algún tiempo, hasta que el triac parezca encenderse (hasta que el voltaje a través del triac sea pequeño). Luego tire de la compuerta ALTA (establezca el voltaje de la compuerta igual que el voltaje del pin del triac A1).
• Repetir.

Necesita saber cuándo son los cruces por cero de la línea de CA. A diferencia de lo que dicen otros, está buscando los cruces por cero de voltaje al encender el triac. Esto debería ser obvio cuando se considera que el triac aún no está encendido y, por lo tanto, la corriente es cero.

Parece que está tratando de medir los cruces por cero de voltaje con el circuito inferior, pero es posible que deba experimentar un poco para que funcione bien. Está contando con que el voltaje sea lo suficientemente bajo como para no encender los LED en cada cruce por cero, lo que luego apaga el transistor en cada cruce por cero. Por lo tanto, espera obtener una pequeña falla positiva en cada cruce por cero. Hacer que los LED estén apagados el tiempo suficiente para que el transistor se apague lo suficiente para que funcione el pullup, y luego hacer que todo eso suceda con un pequeño retraso de fase será complicado.

En un caso tuve que hacer esto, usé dos optos en configuración push-pull. Los LED se conectaron espalda con espalda, por lo que cada uno estuvo encendido durante la mitad de cada ciclo de línea. Las salidas estaban cableadas de modo que una tiraba hacia arriba y la otra hacia abajo. La salida resultante fue una onda cuadrada limpia y agradable con un ciclo de trabajo del 50 % y los bordes muy cerca de los cruces por cero.

En cualquier caso, una vez que tenga una señal por cruce por cero, simplemente agregue un retraso variable antes de encender el triac. El retraso puede ser de cero a casi medio ciclo de línea. Cuanto mayor sea el retraso, menor será el voltaje promedio general al motor. Si la frecuencia de la línea es de 50 Hz, entonces un ciclo completo es de 20 ms y un medio ciclo es de 10 ms, por lo que el período de retardo variable probablemente debería limitarse a 0-9 ms aproximadamente.

Tendrá que experimentar para determinar el voltaje promedio que verá el motor en función del retraso. Podría calcular esto si se conociera la carga. Su carga tiene un componente inductivo impredecible, por lo que el triac en realidad se apagará un poco después del próximo cruce por cero de voltaje. Este retraso variará en función de su retraso de encendido y en función de lo que esté haciendo el motor. Si su retraso en el encendido es pequeño, entonces el inductor obtiene la mayor parte del ciclo de medio ciclo para cargarse, por lo que tardará un tiempo en descargarse. Si su retraso fue largo, entonces el inductor solo se cargó por un corto tiempo a bajo voltaje y, por lo tanto, solo tardará un poco en descargarse y alcanzar el nivel de corriente cero donde el triac se apagará.

Para voltajes de motor aparentes bajos (largos retrasos en el encendido), el retraso en el apagado no importa ya que el triac se apaga antes de que intente encenderlo nuevamente cerca del final del siguiente medio ciclo. A medida que aumenta el impulso del motor y, por lo tanto, disminuye la demora de encendido, eventualmente se produce la corriente cero del inductor después de su señal de encendido para el siguiente medio ciclo. El triac ahora estará encendido todo el tiempo, lo que significa que su motor ve el voltaje de línea completo. Un retraso de encendido más corto no aumentará el accionamiento del motor. Sin embargo, aún tiene un rango de control casi completo sobre el motor, solo que no se distribuye de manera uniforme en todo el ciclo de la línea. Los pequeños retrasos en el encendido son lo mismo que el encendido continuo.

Tenga en cuenta que esto supone que el triac funciona continuamente desde su encendido hasta casi el final del ciclo de la mitad de la línea. Esto garantiza que el triac esté encendido durante la fase de encendido de cada medio ciclo de línea, independientemente de lo que esté haciendo la corriente. Si no hace esto y, en cambio, conduce el triac con un breve parpadeo después del retraso en el encendido, sucederán dos cosas malas. Primero, cuando el motor está completamente encendido y el cruce por cero actual del medio ciclo anterior ocurre después del encendido del siguiente, el triac se apagará en ese cruce por cero. En segundo lugar, el triac puede apagarse cuando hay fallas breves en la corriente, como puede suceder con los motores conmutados mecánicamente.

Debe detectar el cruce por cero actual en lugar del cruce por cero de voltaje.

La forma más directa de hacer esto es colocar una resistencia de derivación en serie con su carga de CA y medir la caída de voltaje en esa resistencia. Esto le da una medida directa del flujo de corriente. A menudo, necesitará amplificar este voltaje, ya que debe usar la resistencia de derivación más pequeña posible.

Desde allí, use este voltaje para alimentar un comparador o dispositivo similar para activar la interrupción de cruce por cero en su uC.

Obtendrá múltiples disparos del comparador a medida que el cruce actual se acerque y pase por cero, por lo que generalmente necesita incluir algún tipo de funcionalidad de ventana para manejar esto.

Sugiero usar una de tres opciones. Dos (a y b) involucran únicamente el conocimiento del voltaje ZC. El otro (c) implica el conocimiento tanto del voltaje como de la corriente de CARGA INDIVIDUAL [una vez que el motor ha alcanzado la 'vía de maniobra' y conduce una CA detectable] ZC.

Para cada opción: use una unidad PWM de alta frecuencia para la puerta Triac en una polaridad 'dulce' (mejor no el cuadrante III; lo más deseable es una unidad de puerta co-fase o negativa). Además, las compuertas de tiristores no requieren necesariamente un impulso continuo, solo un recordatorio frecuente para conducir hasta que comiencen (es decir, los flujos de corriente) durante una media onda.

Cada opción asume prácticamente el mismo voltaje ZC que se ha calculado para la velocidad (teniendo en cuenta que el control de fase de los motores de inducción es muy ineficiente y que no hay mucha reducción de velocidad disponible con un par de carga razonable y que el bloqueo y el sobrecalentamiento del motor son comunes en las mejores circunstancias). ).

La experimentación es, por supuesto, el mejor determinante, pero algo así como 43.2kHz (editar: error de factor de 2) -> 21.6kHz pwm al 25% de trabajo daría un pulso de un cuarto de grado de largo por grado de fase de 60Hz y esto puede ser una potencia -ahorrador y, sin embargo, un conductor de motor con mucha autoridad. A continuación, la terminología de "voltaje ZC" podría reemplazarse con su ángulo de fase conocido cada media onda para una reducción de velocidad determinada.

Opción (a) controlador de compuerta pwm activo desde el voltaje ZC hasta justo después de un ángulo de fase ZC actual calculado (o sobreestimado o determinado experimentalmente).

Opción (b) controlador de compuerta pwm activo desde el voltaje ZC hasta casi el siguiente voltaje ZC: no se arriesgue.

Opción (c) controlador de compuerta pwm activo desde el voltaje ZC hasta justo después de la corriente ZC observada.

Personalmente he usado la opción (a) con mucho éxito a toda velocidad. He hecho muy poco con velocidad reducida a través del control de fase. La única razón para no usar simplemente la opción (b) es

Cuando quiero una velocidad reducida, trato de usar un motor de CC (barato) o VFD (torque).

Señalaré que, por el contrario, en un proyecto de modernización actual intentaré controlar la velocidad utilizando la opción (a) anterior e informaré cualquier resultado exitoso.