Com que rapidez posso pedalar um SSR AC?

Tenho uma configuração de PID / aquecedor que estou dirigindo com um arduino. Estou usando o relé de estado sólido Opto 22 MP240D4 para alternar entre 1A 120V 60 Hz (aquecedor resistivo). Não está claro na folha do produto ou na folha de dados se é ou não um cruzamento cruzado zero. Além disso, apenas um pouco de contexto, a aplicação é um elemento de aquecimento de massa muito baixo, por isso é um pouco incomum da perspectiva de plantas PID típicas.

Desejo minimizar a granularidade da modulação de largura / densidade do pulso para obter o melhor desempenho do sistema.

Obviamente, meu limite superior absoluto é 120 Hz, já que esse é o número de cruzamentos zero. Mas há algum dano (em termos de fadiga térmica, tensões no chip, etc.) em executá-lo em alta velocidade de pulso?

Além disso, existe alguma vantagem na modulação por largura de pulso ou densidade de pulso?

pwm solid-state-relay

— DeusXMachina
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Não vejo onde na folha de dados diz que este dispositivo está sincronizado com cruzamento de zero. O dispositivo será desligado em uma passagem zero, mas você pode ligá-lo sempre que houver tensão suficiente para manter a corrente de retenção.

— precisa

Oh, legal. Sim, com base na folha do produto aqui , a página 21 implica que é uma ativação com cruzamento zero.

— DeusXMachina 12/06

Na verdade, a folha do produto não implica isso, ela afirma muito explicitamente! "Todos os relés de estado sólido da saída Opto 22 CA são projetados com um circuito de ativação de cruzamento zero". - Então você só poderá controlar semi-ciclos inteiros, nada menos.

— marcelm

A empresa de serviços públicos permite que você distorça o sinusóide puro cortando-o assim?

— 0poverty 0tyranny

@ Chris H. Pior. As luzes controladas por um interruptor mais não ofuscante são de cerca de 200W, enquanto os aquecedores elétricos consomem muito mais energia e, portanto, mais corrente.

— 0tyranny 0pobreza

Respostas:

Não há mal nenhum em ativar ou desativar um SSR com cruzamento de zero a cada cruzamento de zero.

Eu fiz exatamente isso uma vez em um sistema que tinha que controlar 24 aquecedores simultaneamente. O algoritmo de controle produziu um valor de 0 a 255, proporcional ao quanto cada aquecedor deveria ser acionado. Os níveis baixos usaram um algoritmo de Bresenham para decidir a cada meio ciclo se cada aquecedor deve estar ligado no próximo ciclo hal. Funcionou muito bem.

— Olin Lathrop
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Estou pensando em sincronizar com a rede elétrica, mas isso exige componentes extras, então eu teria que ponderar isso com os benefícios de desempenho. É bom saber que é totalmente viável. Além disso, o uso do algoritmo de Bresenham para obter esse controle fino em níveis baixos de energia é super legal, com certeza vou ter que lembrar um deles :) #

— 9789 DeusXMachina

Não se preocupe em ligar e desligar a 120 Hz, mas como você mencionou, você está limitado a uma largura de pulso de 1/120 Hz. Se você estiver operando diretamente a partir de um comutador de parede, poderá usar 1/2 ciclo como sua largura de pulso mínima, mas se estiver executando um transformador, use um número par de semiciclos para evitar que haja um viés de CC.

A modulação por largura de pulso é natural aqui, já que sua taxa de pulso sempre será um múltiplo de 120. Em um aplicativo de aquecimento, um PWM de 8 bits com feedback ativando "uma vez" a cada 2,13 (256/120) segundos e "off" em um limite de 120 ou 60 segundos deve ser bom se a resistência da carga for apropriada.

— John Birckhead
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Muito bom ponto sobre o viés da DC. Definitivamente vou manter isso em mente, mesmo que provavelmente não esteja pulsando tão rápido.

— DeusXMachina 12/06

Concordo com @JackCreasey, não há nada na folha de dados que diga zero crossing.

Você pode obter um alias, dependendo da sua frequência. Os SCRs permanecerão ativados pelo restante do meio ciclo, independentemente de quando você os acionar.

Eu sugiro ir com um mínimo de 2 segundos de ciclo, especialmente se você não quiser sincronizar com as passagens de zero da rede, um pouco mais seria melhor. A menos que você tenha um motivo realmente bom, rápido o suficiente para configurações térmicas. Geralmente, 10 a 20 segundos é mais do que suficiente (exceto em aquecedores infravermelhos que mudam a temperatura significativamente em segundos).

Cerca de um ciclo de 2-3 segundos é o pior caso para causar fadiga térmica nos semicondutores de potência. Alguns anos atrás, vimos uma confusão de vários milhões de dólares causada pela fadiga dos títulos de matriz, causando superaquecimento e falha (normalmente no estado) dos semicondutores de potência. Os modernos são melhores e ajudam a manter-se longe da classificação máxima.

— Spehro Pefhany
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Período de 2 segundos? Sim, isso causará uma ultrapassagem de 10 a 20 graus na minha aplicação. Meu período mínimo é provavelmente de 0,5 segundos.

— DeusXMachina 12/06

@DeusXMachina No caso de um segundo ou dois on-off causar uma variação de 10-20 graus (F? C?), Você provavelmente deve considerar o controle de fase, não proporcional ao tempo. Geralmente é o caso do aquecimento por infravermelho. O overshoot geralmente não é causado pelo esquema de saída, mas por um ajuste ruim ou por um algoritmo de controle ruim (como conclusão de termo integral).

— Spehro Pefhany

Spehro Pefhany - isso requer monitoramento ativo da forma de onda CA? Ou isso pode ser feito de uma maneira aberta?

— DeusXMachina 12/06

Você pode comprar um módulo que aceita um sinal de controle como 4 ~ 20mA ou 0-10V do controlador e gera um nível de energia relacionado. Isso é bastante comum no trabalho industrial - não há tempo para reinventar a roda.

— Spehro Pefhany

A parte Opto 22 especificada pelo OP parece ser diferente da parte Crydom do mesmo número, pois a primeira afirma explicitamente que usa cruzamento de zero.

— Andrew Morton