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Rele' a stato solido per carico induttivo 380 V 5 kVA

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Rele' a stato solido per carico induttivo 380 V 5 kVA

Messaggioda Foto UtenteFabio78s » 9 nov 2018, 14:44

Buongiorno,

Devo realizzare un circuito avente la funzione di rele' a stato solido per pilotare un trasformatore monofase da 5 kVA (primario 380 V, secondario 50V – allego comunque i dati di targa). Il trasformatore alimenta una resistenza costituita da una piattina in acciaio in una macchina saldatrice. Attualmente e' pilotato da un teleruttore ma l'eccessiva usura dei contatti ha portato a pensare di realizzare questo circuito.

Targa Trafo.JPG
Targa Trafo.JPG (8 KiB) Osservato 658 volte


Ho realizzato un prototipo basato su uno schema applicativo del fotoaccoppiatore MOC3041 (in Rete si trovano innumerevoli schemi simili al mio). Il fotoaccoppiatore ha uscita a Triac e rilevatore di passaggio per lo zero.

Come Triac ho utilizzato un BTA40-800B montato su adeguato dissipatore (massima corrente di lavoro 40A, massima V inversa 800V)

Schema.jpg


I componenti R1, R2, D1, D2 oltre a proteggere il MOC3041 da eventuali sovratensioni o tensioni inverse in ingresso, permettono di avere una soglia precisa sotto alla quale il fotoaccoppiatore non si accende.

Il valore di R3 e' stato ricavato confrontando i valori indicati in diverse application notes. Con il valore scelto, quando il Triac e' in conduzione, sul gate scorre una corrente di 8.5mA (rilevati con tester digitale nella portata 20mA AC)

La resistenza R4 dovrebbe servire soltanto ad evitare autoaccensioni del Triac se il gate e' troppo sensibile; con il Triac utilizzato comunque non e' strettamente necessaria, scollegandola non cambia nulla.

I valori dello snubber C1-R5 sono stati determinati come per R3 ma ho provato anche con condensatori al poliestere da 10nF e 470nF (sempre 1KV). Non riesco a vedere alcuna differenza (se non ovviamente nella corrente che scorre comunque sul carico anche quando il Triac e' interdetto, e che si annulla totalmente scollegando lo snubber – con cio' escludo che il Triac possa avere accensioni "spurie" quando il fotoaccoppiatore e' spento)

Ho provato vari tipi di MOV in parallelo al Triac (oltre allo snubber) senza vedere cambiamenti degni di nota.

Il circuito funziona perfettamente utilizzando come carico una resistenza da 380 V 500W. Mettendo come carico il trasformatore, il Triac va in cortocircuito dopo 5-6 manovre (appare una resistenza di 0 ohm tra i terminali A1 e A2).

Non mi e' chiaro se il guasto sia causato dalla corrente di spunto del trasformatore o dall'extratensione che si verifica all'apertura.
Con il secondario aperto, il trasformatore assorbe sul primario una corrente di 700mA. Con il carico con cui viene utilizzato, assorbe a regime una corrente di circa 13A

Non sono riuscito a trovare Triac con valori limite maggiori di quelli del BTA40 (ammeso che sia questo ad essere inadeguato)

Qualunque suggerimento e' ben accetto. Ringrazio anticipatamente.
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[2] Re: Rele' a stato solido per carico induttivo 380 V 5KVA

Messaggioda Foto UtenteJAndrea » 9 nov 2018, 16:15

Il moc 3041 è un optotriac che ha anche la funzione zero-cross detenction.
Mi sembra alquanto sconsigliato per chiudere un carico induttivo che, se chiuso al passaggio per lo zero assorbe la massima corrente di inrush, fino a 2 Ipk.

http://www.iosrjournals.org/iosr-jeee/P ... 832022.pdf

Non so se esistano circuiti o schemi analoghi per farlo chiudere in quadratura, ma almeno non con theta=0.
Sarebbe auspicabile controllare anche il momento di apertura in modo da mitigare l'extratensione.
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[3] Re: Rele' a stato solido per carico induttivo 380 V 5KVA

Messaggioda Foto UtenteFabio78s » 9 nov 2018, 17:26

Grazie prima di tutto.
Se faccio chiudere il Triac con un theta diverso da 0 riduco la tensione che viene data al carico. Posso dunque farlo durante i primi istanti intanto che esaurisco la corrente di inrush, ma devo poi chiudere comunque sul passaggio per lo 0 per prendere tutta la semionda. E' questo che intendeva?
L'idea è comunque interessante, penso che proverò.

Riguardo al momento di apertura, il triac una volta innescato si apre sempre e comunque in corrispondenza dello zero cross della corrente... forse uno snubber fatto in modo diverso potrebbe aiutare?
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[4] Re: Rele' a stato solido per carico induttivo 380 V 5KVA

Messaggioda Foto UtenteEcoTan » 9 nov 2018, 18:04

Se il primario ha diverse prese, alzando le spire migliora o peggiora?
Se migliora, potrebbe essere la saturazione.
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[5] Re: Rele' a stato solido per carico induttivo 380 V 5KVA

Messaggioda Foto UtenteFabio78s » 9 nov 2018, 18:13

@EcoTan: grazie per l'interessamento. Non sembra cambiare nulla...
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[6] Re: Rele' a stato solido per carico induttivo 380 V 5KVA

Messaggioda Foto Utentestefanodelfiore » 10 nov 2018, 16:08

Come ti hanno già fatto notare l'istante della prima accensione del trasformatore non può essere al passaggio dello zero della tensione di rete in quanto il nucleo satura e fa intervenire le protezioni di corrente e molto probabilmentel'interruttore elettronico si guasta.
Devi applicare alla prima accensione, tensione al primario del trasformatore quando la tensione di rete è massima cioè a circa 5 ms dal passaggio dello zero ( 50 Hz ), poi sei libero di fare quello che desideri l'importante è che l'area tensione per tempo positiva e negativa applicata al primario del trasformatore sia uguale nel periodo
Per far questo devi sincronizzarti sulla tensione di rete e avere un circuito in grado di fare questo, un semplice opto non basta. Nutro anche dubbi sull'uso di un triac nella tua applicazione, sarebbe preferibile usare due scr in antiparallelo.

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[7] Re: Rele' a stato solido per carico induttivo 380 V 5KVA

Messaggioda Foto Utentevenexian » 10 nov 2018, 17:47

Confermo anche io che lo zero-crossing sui carichi induttivi è la peggior scelta possibile.

Neppure accenderlo in quadratura va però bene, perché l'angolo ottimale dipende dal carico applicato al secondario del trasformatore.

La soluzione migliore è partire con tensione ridotta (non carico ridotto), visualizzare lo spunto di corrente con l'oscilloscopio e ottimizzare l'angolo di prima accensione.

Questo angolo farà sopravvivere il relè anche a piena tensione, alla quale si rifarà l'ottimizzazione dell'angolo di prima accensione.

Se il carico è variabile... tutto altro genere di casino...
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[8] Re: Rele' a stato solido per carico induttivo 380 V 5KVA

Messaggioda Foto Utentefpalone » 10 nov 2018, 17:57

La commutazione a mezzo tiristori di carichi induttivi (reattori) con angoli di innesco comunque variabili si fa normalmente nei TCR (Thyristor Controlled Reactors). Con un'opportuna scelta dello snubber quindi l'angolo di innesco non dovrebbe essere un problema.
Il problema, oltre alla accensione, potrebbe essere la TRV allo spegnimento del triac.
A te non serve parzializzare la forma d'onda, giusto? Il tuo triac non dovrebbe quindi re-innescarsi ad ogni semiciclo.
Hai provato a misurare la TRV ai capi del triac?
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[9] Re: Rele' a stato solido per carico induttivo 380 V 5KVA

Messaggioda Foto Utentevenexian » 10 nov 2018, 21:15

fpalone ha scritto:Con un'opportuna scelta dello snubber quindi l'angolo di innesco non dovrebbe essere un problema.

E invece lo è.
Tutte le aziende che progettano schede per il pilotaggio di valvole a solenoide di grosse dimensioni stanno investendo sulla gestione dell'angolo di primo innesco.
Io stesso ci sto lavorando e il traguardo è quello di avere sulle schede (come altri concorrenti già hanno) un database delle differenti valvole di mercato, ciascuna con il miglior angolo di innesco che riduca al massimo il picco di corrente all'accensione.
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[10] Re: Rele' a stato solido per carico induttivo 380 V 5KVA

Messaggioda Foto Utentefpalone » 10 nov 2018, 22:39

Ė chiaro che se riesci a chiudere sull'angolo ottimale la corrente di inrush si riduce, così come il fatto che, in buona approssimazione, l'angolo ideale di ritardo corrisponda a circa 90 gradi.
Con angoli diversi, o comunque variabili, devi dimensionare il tutto per la corrente di cresta, cosa che si può fare (e si fa, appunto per i i TCR, su scala ben più grande) con una adeguata scelta dei componenti.
Se tuttavia non dimensioni l'interruttore elettronico per sopportare la corrente di inrush del trasformatore, dovrai prevedere opportune protezioni per evitare che durante eventi di rete, come buchi di tensione, il componente rimanga in conduzione e si becchi l'inrush pieno al ritorno della piena tensione di rete.
Il consiglio ( ma anche una mia curiosità ) è di misurare tensione e corrente su quel triac.
PS
Non ho ben capito il funzionamento del circuito di zero crossing impiegato: dopo il primo innesco (al passaggio per lo zero della tensione di rete), mantiene sempre impulsato il gate o aspetta il prossimo passaggio per lo zero della tensione per impulsarlo nuovamente ?
Nel secondo caso, nel caso di carico induttivo , la corrente passerà per lo zero prima del successivo impulso e si avrà conduzione discontinua.
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