Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
PCBway
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

3 fazowy/kanałowy grupowy sterownik mocy - moduł wykonawczy

paluszasty 28 Kwi 2019 22:49 372 6
  • #1
    paluszasty
    Poziom 24  
    3 fazowy/kanałowy grupowy sterownik mocy - moduł wykonawczy

    Witam szanownych kolegów.

    Chciał bym się dziś podzielić moim jednym z ostatnich projektów niestety nie jest on dokończony. Ale wyjeżdżam do Francji na 4 miesiące a chciałem go jednak zamieścić.

    Projekt ten to 3 fazowy grupowy sterownik mocy a dokładnie moduł wykonawczy. Układ może pracować również jako 3 kanałowy sterownik grupowy. Może on być też zastosowany jako 3 fazowy lub potrójny stycznik.


    Układ ten nie nadaje się do sterowania obciążeniem indukcyjnym (a przynajmniej sterowania jego mocą). Jest przystosowany zasadniczo do sterowania grzałkami o mocy maksymalnej do 3x1kW. Ograniczenie to wynika z zastosowanego radiatora którego wielkość była ograniczona wielkością PCB (100x100). Zastosowane triaki BTA26600BW pozwalają na sterowanie zdecydowanie większą mocą. Ale rezystencja termiczna radiatora SK96/84SA wynosi 3.8K/Wi ogranicza możliwą moc.

    Jeśli będziemy załączać triaki w dowolnym momencie (nie będziemy używać detekcji przejścia prze zero) to może on być stosowany jako regulator fazowy lub stycznik do obciążeń indukcyjnych. Jednak w tym wypadku raczej sens budowy tego układu jest niewielki.

    Układ to tak naprawdę 3 zupełnie niezależne układy detekcji przejścia przez zero z optoizolacją i dodatkowo 3 niezależne układy optotriak/triak. Układ detekcji zera był inspirowany tym projektem: http://mirley.firlej.org/uklad_wykrywania_zera
    Na zewnętrzny układ (mikrokontroler) spada nijako obowiązek obsługi detekcji przejścia przez zero i wystawienia w odpowiednim momencie na piny wejściowe odpowiedniego stanu.

    Zamiast transoptora CNY17 zastosowany jest transoptor cyfrowy H11L1. Zależało mi na ładnych kształtach/zboczach ze względu że moduł ma współpracować z mikrokontrolerem. Mikrokontroler ma zliczać impulsy przejścia przez zero (z wyjść OUT1/OUT2/OUT3) i na odpowiedni czas załączać stan wysoki na wejściach IN1/IN2/IN3. W ten sposób można sterować mocą układy od 0 do 100%.

    Dodatkowo układ ma 2 wejście Enable pozwalające na bezwarunkowe wyłączenie układu niezależnie od stany na wejściach sterujących IN1/IN2/IN3. Układ będzie pracował jedynie jeśli na obydwu wejściach Enable będzie panował stan wysoki.


    Schemat:
    3 fazowy/kanałowy grupowy sterownik mocy - moduł wykonawczy
    Oscylogramy przy podłączeniu 1 fazy:
    3 fazowy/kanałowy grupowy sterownik mocy - moduł wykonawczy 3 fazowy/kanałowy grupowy sterownik mocy - moduł wykonawczy

    Układ został pobieżnie przetestowany. Generuje odpowiednie impulsy

    Dodano po 3 [minuty]:

    Docelowo ma on współpracować z tym sterownikiem:
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3533213.html
    Jednak to jest przyszłość, dlatego układ jest zamieszczony w dziale DIY w budowie.

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
  • PCBway
  • #2
    cooltygrysek
    Warunkowo odblokowany
    A po jakiego diabłą detekcja zera skoro można zastosować optotriaki z detekcją zera co znacząco upraszcza sterowanie i kontrolę. Ten rozbudowany układ sterowania niestety ma pewną wadę w trybie 3 fazowego sterowania grzałkami, a mianowicie w przypadku wypadnięcia jednej fazy lub awarii układu sterowania jednego triaka, prąd w układzie grzałek wzrośnie co może spowodować nawet pożar przy złym doborze przekroju przewodów a także przepalenie się grzałek. Brak zabezpieczenia przed zanikiem fazy. Po za tym podwójna kontrola przejścia przez zero realizowana przez procesor powoduje dodatkowe zakłócenia co według mnie mija się z celem.
  • PCBway
  • #3
    paluszasty
    Poziom 24  
    Detekcja zera jest żeby programowo czytać przez jaki % czasu grzałki pracują. Wiem że można też zastosować optotriaki z detekcją przejścia przez zero.

    Nie wiem w jaki sposób po wypadnięciu jednej fazy moc ma wzrosnąć? Sygnał z uC który załączy triaca będzie podawany tylko przez mniej niż 1/2 okresu sinusa (powiedzmy 1/4-1/3 tego okresu) po detekcji przejścia przez zero. Gwarantuje to że triak wyłączy się o ile nie będzie kolejnej detekcji przejścia przez zero.

    Chyba że myślisz o awarii uC tak że non stop podany będzie sygnał załączający triaki. Ale to wtedy w zasadzie każdy układ z uC może stwarzać taki problem.
    W zasadzie można to obejść, dodając dodatkowy układ wyzwalany zboczem narastającym który wygeneruje sygnał załączający triac na okres mniejszy niż 1/2okresu sinusa. W sumie to zwykły generator monostabilny załatwi sprawę. Można go zrobić na nieśmiertelnym 555 (w jakiejś wersji niskonapięciowej np ICM7555, LMC555), żeby generować impuls 6.8ms (troszkę więcej niż 1/3 okresu) to pasować będzie kondensator 100nF i rezystor 68k.

    Dodatkowo układ ma 2 wejście Enable, które mogą służyć np. do podpięcia jakiegoś czujnia bimetalicznego.
  • #4
    cooltygrysek
    Warunkowo odblokowany
    paluszasty napisał:
    Nie wiem w jaki sposób po wypadnięciu jednej fazy moc ma wzrosnąć?


    W przypadku zasilania w układzie 3 fazowym po wypadnięciu jednej fazy powstanie asymetria prądów i moc przewodowa wzrośnie gdyż przez L2 płynie prąd o natężeniu √3 razy większym niż w L1 i w L3 wynika z prawa Kirchoffa
  • #5
    paluszasty
    Poziom 24  
    To co mówisz jest prawdziwe w układzie trójkąta.
    W gwieździe już tak nie jest a układ ma pracować w takim właśnie układzie.

    Zresztą w trójkącie ten układ też może uchronić przed taką sytuacją, trzeba wtedy jednak wpiąć triaki szeregowo w każdą z gałęzi a nie w L1/L2/L3

    Zresztą jeśli popatrzeć by na moc, to ona tutaj spada.

    Dla 3 faz połączenie w trójkąt masz
    P(3)=3*U(f)^2/R (Gdzie U(f) to U między fazowe, a R to opór grzałki, przyjmuje że jest taki sam dla każdej gałęzi)

    Jeśli wypadnie 1 faza to
    P(2)=U(f)^2/R+U(f)^2/(2R)

    P(3)>P(2) dokładniej P(2)=0.5*P(3)

    Dla 3 faz ale połączonych w gwiazdę będzie:
    P'(3)=3*U(z)^2/R (gdzie U(z) to U między fazą a punktem neutralnym)

    Jeśli wypadnie 1 kaza
    P'(2)=U(f)^2/(4*R)
    U(f)=1.73*U(z)
    czyli
    P'(2)=3*U(z)/(4*R)

    I tutaj też P'(3)>P'(2), dokładniej to P'(2)=0.75*P'(3)
  • #6
    cooltygrysek
    Warunkowo odblokowany
    paluszasty napisał:
    To co mówisz jest prawdziwe w układzie trójkąta.


    Przy zastosowaniu trzech jednakowych grzałek 400V połączonych w trójkąt układ będzie symetryczny a prądy przewodowe jednakowe. Wartość tych prądów będzie zależna od tego jakie grzałki zastosujemy, ale prądy przewodowe będą 1,73 raza większe niż fazowe a o tym już zapominamy ;) Ja nieco o czym innym pisałem gdyż po wypadnięciu jednej z faz prądu sumują się wektorowo. Policz dobrze co się stanie gdy wypadnie jedna z faz a układ trójkąta czy gwiazdy nie ma tu znaczenia. Nie bez znaczenia jest fakt że w boilerach 3 fazowych z redukcją mocy stosuje się dodatkowo 4 grzałkę. Właśnie w celu redukcji mocy przy asymetrycznym połączeniu grzałek. Kolega obliczył przy założeniu że rezystancja jest podobna do żarówki ale rezystancja grzałki to co innego. Mnie chodziło o przypadek wypadnięcia jednej fazy. O ile prądy w samych grzałkach nie ulegną zmianie, zatem zmieniać się mogą tylko wartości skuteczne prądów płynących przewodami zasilającymi grzałki.
  • #7
    paluszasty
    Poziom 24  
    Cytat:
    Ja nieco o czym innym pisałem gdyż po wypadnięciu jednej z faz prądu sumują się wektorowo

    Po wypadnięciu jednej fazy to nie ma co sumować, jest to układ zasilany między fazowo, napięciem skutecznym 400V i tyle.

    Cytat:
    Kolega obliczył przy założeniu że rezystancja jest podobna do żarówki ale rezystancja grzałki to co innego. Mnie chodziło o przypadek wypadnięcia jednej fazy.

    A czym rezystencja grzałki różni się od rezystencji żarówki albo jakiejkolwiek innej rezystencji? Chcesz uwzględniać indukcyjność grzałki? Ja bym sobie raczej odpuścił. A nawet jeśli to i tak to nie ma tu znaczenia.

    Niech kolega przedstawi swój tok rozumowania, mój jest raczej prosty i klarowny.

    W układzie gwiazdy problem nieco różni się w zależności od tego czy punkt zerowy jest podłączony do "0" sieci czy nie. Dla ścisłości poprzednie obliczenia są zrobione dla opcji z niepodłączonym punktem zerowym do "0" sieci.