TRIAC Phasenanschnittsteuerung 120 VAC Leitungswelligkeit

Ich arbeite an einer phasenwinkelgesteuerten TRIAC-Dimmschaltung (Schaltplan unten) und sehe viel Welligkeit / Rauschen am 120-VAC-Eingang, wenn ich mich einer Leistung von 50% nähere. Ich frage mich, was ich in meiner Schaltung tun kann, um möglicherweise die Leitung zu reinigen, um die Welligkeit zu reduzieren oder zu entfernen, und ich bin offen für andere Verbesserungen, die möglicherweise vorgeschlagen werden. Das Einschalten des Induktionsmotors führt zu Leitungsrauschen und scheint das Signal der Nulldurchgangserkennungsschaltung zu beeinflussen, wo ich beginne, Phantom-ZC-Impulse im Arduino zu sehen, vermutlich von Subharmonischen auf dem jetzt verrauschten Signal.

Ich baue dieses Projekt, um mehr über Elektronik zu lernen, weshalb ich mich dafür entschieden habe, die Schaltung zu entwerfen, anstatt Dinge wie Nulldurchgangsmodule und handelsübliche SCR-Einheiten zu kaufen. Daher frage ich mich, was andere mit dem aktuellen Schaltplan tun würden, um seine Robustheit / Haltbarkeit / etc. zu verbessern.

Die Schaltung versorgt einen Ametek 116765-Vakuummotor mit einer Nennleistung von bis zu 13 A Spitzenstromaufnahme. Ich habe den Motor noch nicht über 35% Leistung gebracht, aber bisher läuft er problemlos von 0 bis 35% Leistung.

Der TRIAC ist ein Snubberless-Design, und ich scheine keine Probleme mit dem Einrasten des TRIAC zu haben, also habe ich keinen Snubber eingebaut.

Schaltplan

Hier ist eine Aufnahme des TRIAC (grün), der bei 35 % läuft. Sie können die Welligkeit auf der Wechselstromleitung sehen. Es schießt auch über den Nulldurchgang hinaus, aber ich habe gelesen, dass es bei Nullstrom und nicht bei Nullspannung abschaltet, weshalb Sie das sehen würden. Ich denke, das ist in Ordnung, aber wenn es eine Verbesserung gibt, bin ich für Vorschläge offen.

Triac-Signalerfassung bei 35 Prozent

Hier ist die Auswirkung auf den Wechselstrom (gelb), wenn er in den Stromkreis eintritt. Sie können einen Spannungseinbruch sehen, wenn der Motor anspringt. (Anmerkung: Dieser Spitzenwert kurz vor dem Spannungseinbruch scheint immer da zu sein, auch ohne Last ...)

AC-Signalerfassung bei 35 Prozent

Hier ist ein genauerer Blick auf die Auswirkungen auf den Nulldurchgangsimpuls. Ohne Last ist es eine schöne Glockenkurve.

zc Signalerfassung bei 35 Prozent

Aktualisierung Nr. 1:

Ich habe der Schaltung basierend auf den Vorschlägen einiger Leute, die geantwortet haben, einen Snubber hinzugefügt, und in meinen Augen hat er keinen offensichtlichen Einfluss auf die Spannungsspitze, die wir sehen. Unten sind 4 verschiedene Snubber-Setups und ihre entsprechenden Aufnahmen. Außerdem folge ich dem Layout, das im Datenblatt des Optos beschrieben wird, das in Abbildung 12 hier gezeigt wird:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Kein Dämpfer:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

1k Widerstand + .1uf Kappe:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

3k-Widerstand + .1uf-Kappe:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

3k-Widerstand + .5uf-Kappe:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Nach dem, was ich sehe, gibt es ein paar mögliche Ergebnisse:

  1. Der Snubber wird nicht benötigt, da ich bereits einen Snubberless TRIAC verwende
  2. Der Snubber ist irgendwie falsch dimensioniert, und ich könnte Empfehlungen für die Dimensionierung verwenden
  3. Das Snubber-Layout ist irgendwie falsch, und ich könnte Empfehlungen für geeignete Topologien verwenden

Ich bin offen für alle Vorschläge, die Sie haben könnten.

Das ist ein guter Motor, aber ich würde Kartmans Vorschlag folgen und einen Dämpfer hinzufügen. So wie Ihre Wellenform aussieht, scheint es sich um einen ziemlich neuen Motor in guter Form zu handeln. Mit zunehmendem Alter erwarten die Bürsten usw. viel mehr Müll.
Ja, es ist ein guter UL-gelisteter Motor von einem kompetenten Hersteller. Ich würde mich bei der Fabrik nach einer variablen Motorsteuerung erkundigen - sie können Ihnen möglicherweise Dinge sagen, die nicht offensichtlich wären.

Antworten (2)

Mein Verdacht ist, dass der fragliche Motor kein Induktionsmotor ist, sondern ein universeller Typ mit Bürsten. Dies würde die von Ihnen beobachtete Welligkeit erklären. Ich würde vorschlagen, dass Sie einen Snubber hinzufügen, da er Hochspannungsspitzen bereinigt, die Ihr Opto langsam töten. Möglicherweise möchten Sie Ihrer Nulldurchgangsschaltung eine Filterung hinzufügen, um zufällige Transienten zu berücksichtigen, die dazu führen, dass ein gefälschter ZC erkannt wird.

[weitere Infos] Ich schlug vor, den Motor direkt an das Stromnetz anzuschließen, um zu überprüfen, ob es tatsächlich der Motor ist, der die Welligkeit erzeugt. Wenn es irgendwelche Zweifel über den Beitrag der Triac-Schaltung zu dieser Welligkeit gibt, dann wird der Test dies zeigen.

Ist die Welligkeit bei einem Bürstenmotor zu erwarten? Ja. Die Welligkeit sollte ein Vielfaches der Motordrehzahl sein. Sollten Sie sich Sorgen machen? Für ein einmaliges Hobbyprojekt könnten Sie es wahrscheinlich ignorieren. Für eine Produkteinheit möchten Sie sie aus Compliance-Gründen filtern.

Wie kann man es filtern? Damit habe ich keine direkten Erfahrungen gemacht, deshalb habe ich vorgeschlagen, nach Consumer-Geräten zu suchen, die ähnliche Motoren haben. Sie könnten wahrscheinlich „in den Müllcontainer tauchen“ und einen entsorgten Staubsauger besorgen und die erforderlichen Gegenstände ernten sowie beobachten, was der Hersteller getan hat, um das Problem anzugehen. Viele moderne Staubsauger haben eine Geschwindigkeitsregelung, sodass Sie zusätzliches Lernen herausholen können.

Das Filtern des ZX-Signals ist einfacher für den Ausgang des Optos. Wie bereits erwähnt, gibt es im Internet viele Beispiele für ZX-Detektoren. Einige besser als andere. Früher habe ich Beleuchtungssteuerungssysteme entworfen, also verursachten Störungen am ZX ein Blinken und Blitzen in der Beleuchtung – was ich vermeiden wollte. Ein Saugmotor kümmert sich um solche Dinge weniger.

Ich hatte versucht, parallel zum TRIAC einen Dämpfer hinzuzufügen, aber es schien keine Wirkung zu haben. Ich könnte es aber nochmal versuchen. Um die ZC zu filtern, welche Art/Größenkappen würde ich platzieren und wo. Mir sind Filterkappen bekannt, aber ich bin nicht in der Lage, Größe und Platzierung zu kennen.
Der Snubber wird die Welligkeit nicht beheben - der Motor erzeugt die Welligkeit - umgehen Sie den Triac und ich gehe davon aus, dass Sie immer noch Welligkeit sehen werden. Die ZX-Filterung würde ich in Software vornehmen sowie den Phasenversatz korrigieren. Das ist nicht trivial. Trotzdem sollte ein Hardwarefilter alles weit über 50/60 Hz dämpfen. Es gibt genug Beispiele im Web. Ohne Filterung könnte sich der Zündwinkel ändern, wenn andere Geräte am Netz ein-/ausgeschaltet werden.
Wenn ich Sie richtig verstehe, reinigt der Snubber das Signal nicht, sondern schützt lediglich das Opto vor Spannungsspitzen. Wollen Sie damit sagen, dass die Welligkeit erwartet wird und normalerweise unverändert bleibt? Oder gibt es eine Möglichkeit, die Spannungswelligkeit zu glätten?
Schließen Sie den Motor direkt an das Stromnetz an und schließen Sie Ihr Zielfernrohr an. Was siehst du?
Ich denke auch, dass der Motor universell ist, diese Welligkeit kann durch einen Kondensator parallel zum Motor und eine Reihendrossel reduziert werden, besser im Motoranschlusskasten.
Ja, ich denke, Sie haben alle Recht, dass dies ein bürstenloser Universalmotor ist. @Bravale könnten Sie einige Ratschläge zur Größe der Kappe und der Drossel geben oder möglicherweise auf eine relevante Quelle zur Berechnung verweisen? Ich habe an anderer Stelle in meinen Recherchen davon gehört, aber ich stolpere darüber, wie man die Werte / Nennleistung berechnet. Ich finde keine vernünftige Erklärung. Vielleicht fehlt hier mein Google-Fu.
Der Vorschlag ist, dass der Motor Bürsten hat - die Wirkung des Kommutators und der Bürsten verursacht die Welligkeit. Warum bereitet Ihnen die Welligkeit Sorgen? Haben Sie sich ähnliche Motor-/Geschwindigkeitssteuereinheiten angesehen, um zu sehen, was sie tun? Der durchschnittliche Staubsauger, die Bohrmaschine und der Kuchenmixer machen alle dasselbe wie Sie.
Typische Werte bei Dimmern sind 50...150 uH für Drossel (Nennstrom prüfen) und Kondensator ca. 100..150 nF bei einem Widerstand von 100..150 Ohm. Wenn die Drossel schwer zu finden ist, suchen Sie nach einem EMV-Filter.
@Kartman Sie haben vielleicht meinen Kommentar verpasst , aber die Absicht meiner Frage war es, festzustellen, ob die Welligkeit besorgniserregend war und wenn ja, wie ich sie ansprechen würde. Sie sagen, es sei zu erwarten, also klingt es so, als gäbe es keine Bedenken. Bravale hat jedoch einige Vorschläge zur Reduzierung der Welligkeit, die ich versuchen könnte, und berichte über ihre Auswirkungen, wenn ich einige Teile zum Ausprobieren bestellen kann. Wenn Sie empfehlen, beim ZX eine Filterung hinzuzufügen, wäre es am Eingang oder am Ausgang?

Wie schnell sind diese Phantom-ZC-Impulse? Von den Bildern scheinen sie sehr schnell und sehr kurz zu sein.

Wenn die AC-Quellenimpedanz nicht ideal ist – dh wenn sie von einem langen Verlängerungskabel betrieben wird – könnte die Dämpfung wenig Einfluss haben, da die gesamte AC-Quelle für diese Mikrosekunden durchhängt. Ziehen Sie in diesem Fall in Betracht, diese sehr schnellen Transienten (Quellenabfall) von U1 herauszufiltern.

Dies könnte mit einem L- oder C-Filter mit niedrigem Wert (Hochfrequenz) bei der U1-ZCD-Erkennung erreicht werden. Selbst das Anbringen einer xxxpF-Kappe direkt über der LED könnte als Proof-of-Concept funktionieren. Nutzen Sie Ihren Spielraum und behalten Sie Timing-Verzögerungen im Auge, die durch Filterung verursacht werden.

Ein weiterer Gedanke ist mehr Intelligenz im Code des Mikrocontrollers. Lassen Sie es beim Start die (nicht missbrauchte) Netzfrequenzperiode abtasten. Stellen Sie dann einen Timer ein, der 90 % dieses Zeitraums beträgt. Wenn der ZCD-Interrupt ausgelöst wird, deaktivieren Sie Interrupts und aktivieren Sie sie erst wieder, nachdem der Timer abgelaufen ist. Auf diese Weise werden alle Störungen in der Mitte vollständig ignoriert.

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