Trójfazowy regulator mocy na 3 triakach (sterowanie fazowe)

Witam,
Buduję mikroprocesorowy sterownik przepływu mocy trójfazowego prądu przemiennego. Do tej pory udało mi się skonstruować jednofazowy regulator mocy oparty o sterowanie fazowe. Teraz tę technikę chciałem zaadoptować do zbudowania trójfazowego regulatora. Udało mi si jednak tylko wykonanie takiego urządzenia dla układu czteroprzewodowego (L1, L2, L3, N). Z literatury wiem, że taki układ można traktować jako połączenie 3 autonomicznie działających regulatorów jednofazowych. Problem pojawił sienatomiast w momencie kiedy chciałbym sterować obciążeniem bez przewodu neutralnego - układ trójprzewodowy.
Doczytałem, ze wtedy potrzebne jest wyzwalanie triaków podwójnymi impulsami bramkowymi przesuniętymi o pi/3 oraz mamy do dyspozycji węższy zakres regulacji. Teoretycznie w swoim sterowniku stosuję podwójne wyzwalanie. Nie wiem tylko jak mam wykrywać zero. W regulatorze czteroprzewodowym było to proste: wykrywałem zero napięcia między przewodem L1 i N oraz kolejno L2/N i L3/N. Potem odliczałem czas od 0 do 10ms i dawałem impuls wyzwalający na bramkę triaka. W trójprzewodowym sterowniku próbowałem też wykrywać zero miedzyfazowo: L1/L3, L2/L3, L1/L2 (na 400VAC). Tak czy inaczej sterownik nie działa. Sterowane nim oświetleni świeci światłem ciągłym tylko w górnym zakresie sterowania bliskim 400V. Gdy tylko chce obniżyć kąt załączania triaków zaczyna bądź migać bąx zaniżać jedną fazę. I tu moje pytania:
1. Czy taki sterownik wogóle da się zrealizować na 3 triakach?
2. Czy ktoś może udostępnić mi jakiś dobrze opisany algorytm załączania elementów mocy?
3. Czy w moim rozumowaniu jest błąd?
Z góry dziękuję za wszelkie sugestie i odpowiedzi.

Witam. Proszę poczytaj sobie tutaj i tutaj. Wszystko jest ładnie opisane .

No ale obciążeniem są żarówki (oświetlenie), więc musisz mieć żyłę N. Gdyby nie regulacja, to mógłbyś połączyć 3 jednakowe gałęzie oświetleniowe w gwiazdę i podłączyć tylko pod 3 fazy. Ale wtedy rozpływ prądów w każdym momencie się bilansuje. Przy regulacji fazowej prądy płynące w 3 fazach są nominalnie równe, ale nie płyną równocześnie - w każdej fazie są to końcowe okresy połówki sinusa. I bez żyły powrotnej N prąd nie popłynie. Przy pełnej mocy fakt regulacji nie ma praktycznie znaczenia - przy 100% mocy jest jak wyżej, czyli świeci cały czas.

Archanoid,
Czytałem te dwa artykuły. To właśnie z tej strony wiem więcej o sterowaniu mocą prądu trójfazowego. I teoretycznie spełniłem warunki podane w tych artykułach ale mój sterownik nie działa - miga przy regulacji.
Zamiast 6 tyrystorów zastosowałem 3 triaki dwukierunkowe - czy to może być przyczyna?
Poza tym nie do końca z tego artykułu wynika jakie zero mam wykrywać. Międzyfazowe (L1-L2) czy fazowe (L1-N)? Jest tam napisane, że czas opóźnienia załączania triaków należy odmierzać od punktu naturalnej komutacji. A jak ten punkt wyznaczyć, abym w programie wiedział kiedy wystartować timer?

I jeszcze jedno pytanie/pomysł, wynikające trochę z uwagi bonanza - A może by tak zastosować układ V (trójprzewodowy), czyli jedna z faz spięta na sztywno do wyjścia a pozostałe dwie regulowane? Wtedy ta sztywna faza zawsze zapewniałaby zamknięcie się obwodu dla prądu nawet gdyby był załączony tylko jeden tyrystor na innej fazie. Układ czteroprzewodowy z N się sprawdza bo nie trzeba dbać o to, żeby w danej chwili były załączone co najmniej dwa triaki na dwóch różnych fazach. W układzie V rolę przewodu neutralnego spełniałby tak jakby jeden z fazowych. Ma to sens?

Witam. Kolego PJimi nie obraź się ale chyba niezbyt dokładnie czytałeś opisy na stronie którą ci podałem. Punkt naturalnej komutacji jest zaznaczony na rysunku poniżej. I nie jest to punkt przejścia napięcia przez zero. . Kolejną rzeczą jest odpowiednie wyzwalanie triaków. Pokaż proszę może schemat a postaram się pomóc więcej.

Jeśli jedna faza będzie na sztywno, to regulacja mocy nie będzie równomierna w trzech fazach. Ta sztywna będzie uprzywilejowana.

Archanoid,
Nie obrażę się, wręcz przeciwnie - jak tylko możesz mi pomóc to extra bo w tym temacie grzebię się już dość długo bez rezultatów. Rozumiem że załączamy triaki od pkt. naturalnej komutacji ale nie bardzo wiem jak go znaleźć. Z wykresu i opisu wynika, że leży on pi/6 (czyli 30 stopni) po przejściu napięcia przez zero. Tylko jakiego napięcia? Z wykresu rozumiem, że mogę wykryć miejsce gdzie napięcie fazowe przechodzi przez zero (Napięcie N-L1), od tego miejsca doliczyć jeszcze pi/6 czyli jakieś 10ms/6=1,66ms i to jest pkt. naturalnej komutacji a zarazem miejsce od, którego mam odliczać opóźnienia załączania triaka. Do tego należy pamiętać, żeby każdy impuls wyzwalający triaka powtórzyć po czasie pi/3 (3,33ms). U mnie to powtórzenie jest zrealizowane na zasadzie trwania stanu wyzwalającego triaka (czas trwania impulsu) przez czas nieco dłuższy od 3,33ms. Analogicznie robię to na pozostałych fazach: czyli wykrywam jeszcze zera fazowe L2-N i L3-N, potem dodaję do nich pi/6 i mam dwa kolejne pkt. naturalnej komutacji, od których odliczam takie same czasy opóźnienia i powtarzam impulsy po pi/3. Czy taki algorytm w teorii jest poprawny?
Załączam mój układ mocy z optotriakami oraz schemat detektora zer na 3 fazach (wiem, że dość skomplikowany ale działający, sprawdzony i dający ładną szpilkę w momencie przejścia napięcia przez zero)

Bonanza,
Teoretycznie tak to właśnie by wyglądało, że fazy byłyby sterowane nierównomiernie. Taki układ połączeń w V stosowany jest jednak na przykład w autotransformatorowych regulatorach mocy. Układ V widziałem też w aplikacjach do zastosowania sterowania grupowego na tyrystorach.

archanoid napisał:

Witam. Kolego PJimi nie obraź się ale chyba niezbyt dokładnie czytałeś opisy na stronie którą ci podałem. Punkt naturalnej komutacji jest zaznaczony na rysunku poniżej. I nie jest to punkt przejścia napięcia przez zero. . Kolejną rzeczą jest odpowiednie wyzwalanie triaków. Pokaż proszę może schemat a postaram się pomóc więcej.

Jak dla mnie rysunek był właściwy tylko punkt komutacji nie tu narysowany.
Jeśli zastosujemy triaka na fazie A (wg rysunku) a na stałe podajemy fazę B, to przejście przez zero napięcia międzyfazowego UAB wskazuje punkt naturalnej komutacji. Podobnie zrobić w przypadku drugiego triaka w fazie C (wykrywać przejście przez zero napięcia UCB (UBC jak kto woli) i chyba coś powinno z tego wyjść.

Witam. Kolego Czesiu rysunek miał pokazać tylko gdzie jest punkt naturalnej komutacji przy sterowaniu fazowym . Kolego PJimi opisz proszę czy sterujesz triakami za pomocą krótkich impulsów czy długich . Poniżej masz dwa rysunki . Analiza ich powinna ci troszkę rozjaśnić sterowanie triakami , choć odnoszą się one do tyrystorów. Proszę pokaż układ sterowania a nie tylko wejście i wyjście .

Kolego archanoid, dzięki bardzo za materiały - już je przeanalizowałem. Co do mojego schematu układu sterowania to jest nim po prostu Atmega8 więc nie wiem czy jest sens cokolwiek pokazywać. Teraz niestety nie mam do niego dostępu ale później go oczywiście wstawię na forum.
Z tego co rozumiem to muszę znaleźć i wyznaczyć w czasie 3 punkty naturalnej komutacji. Biorąc pod uwagę wpis bonanzy myślę, że mogę wykryć przejście napięcia międzyfazowego przez zero i to będzie punkt naturalnej komutacji. Tak wykrywam 3 punkty dla 3 triaków. Od punktu nat. kom. odliczam zadany kąt opóźnienia i wystawiam impuls na bramkę a potem po czasie pi/3 (ok. 3,33ms) go powtarzam. Tak realizuje sterowanie na 3 kanałach.
I tu moje pytania:
1. Czy to rozumowanie jest poprawne?
2. Dla stanu pracy oznaczonego na Twoich wykresach jako c) (pi/2<a<5/6pi) powtórzony impuls może znajdować się już za kolejnym punktem naturalnej komutacji - zgadza się?
3. Stosuję sterowanie triakami długimi impulsami, trwającymi dłużej niż pi/3. Czy dzięki temu nie muszę powtarzać impulsów? W końcu po czasie pi/3 bramka triaka cały czas jest w stanie wyzwalającym.
4. W fazie przewodzenia c) (pi/2<a<5/6pi) przewodzą triaki w dwóch lub w żadnej fazie. W związku z tym test takie go wysterowania na oświetleniu żarowym będzie powodował migotanie światła. Czy to oznacza, ze np taki sterownik nie nadaje się do oświetlenia żarowego ale do sterowania silnikiem już tak?
Jeszcze jeden drobny szczegół, który można wydedukować ze schematu układu mocy - załączam optotriak stanem niskim (czyli inaczej mówiąc mój impuls jest stanem niskim).
Widzę, że masz spore pojęcie w tym temacie i może wreszcie z Twoją pomocą uda mi się ten projekt wyprowadzić.

Witam. Jeśli wyzwalasz triaki długimi impulsami to impuls powinien trwać od momentu wyzwolenia triaka aż do momentu przejścia przez zero w danej fazie. Co do punktu naturalnej komutacji , to jest punkt od którego dany triak zacznie przewodzić . Ale wyzwalać możesz go nawet zaraz po przejściu napięcia przez zero. Po prostu triak w danej fazie przed punktem naturalnej komutacji nie będzie przewodził , a gdy tylko minie punkt naturalnej komutacji zostanie załączony . Po prostu wykrywaj przejścia przez zero i po opóźnieniu załączaj długie impulsy na bramki triaków. Co do ATmegi to pewnie realizujesz wszystko programowo bo 8 ma tylko dwa przerwania zewnętrzne , czyli musisz rozpoznawać 3 przejście przez zero programowo. Podsunę ci pomysł może mało elegancki ale ja tak uruchamiałem pierwszy sterownik 3 fazowego mostka tyrystorowego do spawarki (6T) . Kup sobie 3 sztuki ATTiny45 i zrób sterownik dla każdej fazy z wykorzystaniem sprzętu . Czyli przerwanie zewnętrzne , timer . Wejścia ADC2 wszystkich spinasz razem , wejścia ref także razem . W takiej konfiguracji program jest bardzo prosty bo wykorzystujesz sprzęt , wartości opóźnień zapisujesz sobie w tablicy a jedynym działaniem będzie ładowanie z tablicy wartości do timera. Koszt 3 szt attiny45 podejrzewam jest porównywalny z jedną atmegą. Ja w ostateczności przesiadłem się na PIC24FJ16GA002 gdzie procek naprawdę się nudzi a soft to dosłownie kilkanaście no może kilkadziesiąt linijek kodu bo wszystkie operacje wykonywane są sprzętowo. Dodatkowo sterowanie tyrystorów wykonałem w trybie burst , czyli przebiegiem prostokątnym o częstotliwości 10kHz i wypełnieniu 60% przez transformatorki impulsowe.

Niechcący wprowadziłem Cię w błąd - sterowanie realizuje na Atmega16, która ma 3 przerwania zewnętrzne. Więc przerwań nie muszę wyznaczać programowo.
Nie do końca jeszcze mam w głowie ułożone jak powinny te impulsy wyglądać i kiedy powinienem je podawać ale postaram się jakieś sterowanie zaimplementować i wrzucić wykresy z 6-kanałowej sondy stanów logicznych. Dokładnie będzie więc widać wartości poszczególnych sygnałów w czasie.
Czyli reasumując:
Wykrywam zero międzyfazowe napięcia Uab (czyli przejścia przez 0 napięcia 400VAC). Punkt naturalnej komutacji znajduję dodając do wykrytego zera 60 stopni czyli 3,33ms. Od tego miejsca odliczam opóźnienie załączenia triaka w fazie Ua. Opóźnienie wgrywam z wcześniej zdefiniowanej tabeli o wartościach z przedziału od zera do 5/6 pi. Po odliczonym czasie wystawiam impuls i jego wartość trzymam na bramce triaka przez przynajmniej pi/3. Tak samo steruję triakami w Ub i Uc.
Zgadza się?

PJimi napisał:

Po odliczonym czasie wystawiam impuls i jego wartość trzymam na bramce triaka przez przynajmniej pi/3.

Troszeczkę za długo.
Impulsy powinny byś możliwe jak najkrótsze, bo inaczej triak załączy się w drugą stronę.
Nie wiem czy przy sterowaniu triaków nie powinieneś czasem uwzględnić opóźnień wynikających z obsługi przerwania. Takie opóźnienia występują , ale leprze to niż sterowanie bez wykorzystania przerwań. Są gotowe układy do sterowani triakami i tyrystorami. Nawet mikrokontroler ci nie jest potrzebny.
Moderatorom proponuję żeby przerzucili temat do działu mikrokontrolery.
Bez schematu i przedstawienia kodu źródłowego ciężko coś doradzić.

Impulsy nie do końca właśnie powinny być jak najkrótsze, szczególnie przy układzie trójprzewodowym - zobacz co wcześniej pisał archanoid.
Myślę, że temat jest w dobrym dziale. Jeśli chodzi o sam program na mikrokontrolerze to nie powinienem mieć kłopotów. Problem sprawia mi jak na razie sam algorytm. Kiedy będę już wiedział dokładnie jak i kiedy podawać impulsy odpowiedni program sonie napiszę. Być może i są gotowe układy do sterowania triakami/tyrystorami, ale chciałbym jednak takie urządzenie wykonać sam. Jeśli chodzi o opóźnienie wynikające z obsługi przerwania to myślę, że jest ono pomijalne, szczególnie przy zegarze 16MHz. W jednofazowym sterowniku fazowym na triaku również stosowałem program oparty na przerwaniu od zera i nie kompensowałem czasu jaki procesor potrzebuje na wykonanie przerwania. W przerwaniu uruchamiam tylko timer.

Witam . Masz 3 przerwania zewnętrzne . W każdym przerwaniu uruchamiasz timer (rozumiem że dla każdej z faz inny ). Po wystąpieniu przerwania od przepełnienia timera włączasz długi impuls wyzwalający triak . Impuls trwa aż do wystąpienia przerwania zewnętrznego gdzie go wyłączasz.

Musiałem z pewnych względów przerwać pracę nad moim urządzeniem, ale teraz już mogę do niej wrócić i liczę na kolegów pomoc
Na chwilę obecną sterownik daje się regulować w układzie czteroprzewodowym z przewodem neutralnym N. Poniżej zamieszczam wykresy z sondy stanów logicznych. Wykrywane zera są zerami fazowymi (L1-N itd.). Na wykresach widać poszczególne szpilki od wykrywaczy zera (przerwania zewnętrzne) oraz odpowiadające tym przerwaniom impulsy na każdej z faz. Triaki są wyzwalane stanem niskim. Wykresy z załącznika odpowiadają wysterowaniu około 80V na 3 fazach
Moim celem jest takie dobranie algorytmu sterowania triakami aby mieć możliwość regulacji napięcia na odbiorniku trójprzewodowym (gwiazda lub trójkąt). Czy mogę zostawić detekcję zera fazowego i aby wyznaczyć punkt naturalnej komutacji po prostu od tego zera odliczyć jeszcze 30st elektrycznych?
Analizując wykresy od kolegi archanoid mogę założyć, że algorytm do poprawnego sterowania powinien wyglądać tak, że wykrywam zera fazowe, czekam 30st do pkt. nat komutacji, od tego pkt. odliczam opóźnienie i załączam impuls trwający aż do następnego przejścia fazy przez zero. Tyle tylko, że mój algorytm wg mnie właśnie tak działa a napięcia przy trójprzewodowej gwieździe są różne i niestabilne. Gdzie jest moje niedopatrzenie?