Conectarea si deconectarea controlata la retea a transformatoarelor. Limitarea curentului de pornire

[Mircea]

Pe pagina ESP (https://sound-au.com/articles/mosfet-relay.htm) exista un articol despre releele electronice cu mosfeti (SSR). Este articolul de la care acest proiect a plecat.

 

Fiind vorba de punerea sub tensiune a transformatoarelor, ideea de baza a dispozitivului este sa reducem curentul de varf (inrush) la conectarea in retea. Acest curent, in regim de amator, este redus prin inserierea unui NTC sau a unei rezistente care va fi suntata dupa o anumita perioada de timp.

 

In lumea transfomatoarelor de capacitate ceva mai mare, exista asa zisele relee POW (mai multa info cautand "point on wave" pe Google).

 

Din graficele de mai jos se vede cum curentul este maxim la trecerea prin zero a tensiunii, si minim la trecerea prin maximul tensiunii. Deci, o sa alimentam transformatorul cand tensiunea atinge maximul ei. Asta a partea intai a proiectului de fata. A doua parte a proiectului va asigura deconectarea la trecerea prin zero a tensiunii.

 

 

 

Schema de forta este asta:

 

Schema de control, cea care detecteaza maximul tensiunii este in faza experimentala.

Practic, un comparator urmareste alternanta pozitiva a tensiunii de retea. Iesirea lui (dreptunghi) este aplicata unui controller PIC care va da comanda catre Si8751 ca sa aduca in conductie cei 2 mosfeti.

 

Varianta finala nu va mai contine nici un comparator. Comparatorul de fata este pentru a-mi permite hardware sa vizualizez toate comenzile si formele de unda. Varianta finala se va limita la un PIC care stie sa faca detectie de ZCD (zero cross detect).

 

In prezent, si pentru ca nu sunt tentat sa ard piese aiurea (cu galeata), am un montaj cu 2 trafuri cu secundarele legate impreuna. Asta imi va permite sa lucrez la o tensiune mai mica (30Vrms in cazul de fata) pana trec la un traf mai mare. In plus, de a-mi permite sa lucrez cu masa comuna. S-asa sunt limitat la 2 canale la osciloscop. Cele 2 trafuri sunt E+I de 100VA.

 

Schema bloc aici:

 

LE: Butonul ON-OFF de sub PIC este asa zisul buton de pornit oprit. Fiind operat la 3-5Vcc, poate fi orice buton cu sau fara retinere. Odata schimbata starea lui, montajul face totul cat sa conectam sau deconectam la momentul dorit.

 

LE: In varianta finala, S1 va fi intrerupatorul general al aparatului, rolul lui nefiind de a alimenta direct la inchiderea lui.

 

Cateva forme de unda. O sa discutam mai tarziu valorile in A, caci am ceva amplificari pe acolo, plus curba CT ASM-010.

 

Curba galbena este curentul in primar, curba albastra e tensiunea in primar. Nici o sarcina dupa traf, doar o lampa de control (1/2W).

 

1. Curent de pornire la inchiderea lui S2 (S1 deja inchis in prealabil).

 

2. Curentul si tensiunea in gol. Am schimbat scara pentru o vizualizare mai buna.

 

3. Curentul si tensiunea cu conectarea controlata. Captura este repetitiva, nu am avut cazuri de rateuri. Practic, conectand mereu la tensiunea maxima se obtine ce se vede mai jos.

 

Va urma etapa deconectarii la tensiunea minima. Apoi, voi trece la un toroidal de 3-400VA alimentat din retea direct.

 

Orice comentariu la solutia de fata este binevenit, cata vreme este la subiect si nu incearca sa schimbe principiul de baza (POW).

 

NB: Acest proiect nu ii este nimanui bagat pe gat, nu incerc sa conving pe nimeni sa inlocuiasca rezistente sau NTC-uri cu montajul de fata. Orice comentariu despre ce crede cineva ca e solutia alternativa cea mai simpla si mai fiabila - la problema limitarii curentului de pronire - nu ma intereseaza si lipsa comentariilor inutile va tine topicul la subiect.

 

Editat Decembrie 30, 2020 de Mircea

[XAN77]

Foarte util la trafuri de mare putere, respectiv trafuri de sudură. Am văzut la cienva care suda cu un aparat cu transformator că la băgarea în priză sărea siguranța automată. Trebuia să-l scoată și să-l rebage în priză, până reușea să plece fără să mai sară siguranța.

[Stefan]

Pot adresa câteva întrebări? Nu contest nimic, sunt doar curios și nu vreau neapărat să testez personal.

Editat Decembrie 30, 2020 de Stefan

[Marian]

Intrebare ( ca nu mi-e clar din descriere, poate mi-a scapat mie ceva ):

-Sa inteleg ca la pornire vrei sa faci cateva cicluri cu alimentare traf pe varf de sinusoida si decuplare pe trecere in zero?

 

[Mircea]

@Stefan, bineinteles ca poti intreba la subiect.

 

@Marian, nu inteleg intrebarea. La pornire se conecteaza direct pe maximum de tensiune. La decuplare se deconecteaza la trecerea prin 0 a tensiunii.

 

Azi pun un traf toroidal care are 2 infasurari de 30V in secundar. Deci, alimentez pe una din ele, iar pe cealalta conectez o punte si 20mF. 

[Marian]

Poate nu am inteles eu aplicatia, situatie in care prezint scuze, insa nu imi este clar scopul decuplarii la trecerea prin zero.

De asta se lega intrebarea mea, dar pare prost formulata, deci scuze...

[Stefan]

- La deconectarea brusca a lui S1, sau lipsa alimentare din diverse motive, exista riscuri pentru comutatorul AC cu tranzistoare MOS-FET?

- De la maximul / minimul real al sinusoide exista un "delay" global ce trebuie cumva compensat? Adica intarzieri aparute de la timpi de comutare IC / MOS / conversie ADC, decizie ...

- Se pot prezenta masuratori cu si fara "soft start / stop"?

 

Nu stiu daca am inteles ce a vrut sa zica Marian, eu vad solutia asta POW ca pe un comutator ON / OFF la momentul oportun sau ideal fara a avea legatura cu numarul  sau perioada alternantelor.

[Mircea]

3. Stefan, prima oscilograma e fara dispozitivul de conectare controlata.

 

Luand in considerare factorul de transpozitie tensiune masurata in secundarul CT, rezulta cam 8A primul varf.

 

Practic, valoarea in tensiune Vpp se multiplica cu 2.9 ca sa ai amperi. Din curba CT-ului tezulta acest 2.9.

 

2. Da, am considerat toti timpii de transfer de comanda si operare.

 

De aceea am optat pentru multa analogica inainte sa intru direct intr-un pin ZCD la un controller. Am vrut sa pot masura in diverse puncte.

 

Pot posta oscilograma cu momentul in care trimit comanda catre Si8751 versus tensiunea in primar. A fost una dintre masuratorile facute intensiv inainte sa conectez practic trafo T2. Altfel spus, am facut toate masuratorile in gol pana am gasit timpii potriviti.

 

La conectare, la maximum de unda este un palier care permite un pic de imprecizie.

 

La deconectare poate fi mai critic.

 

1. Riscul la deconectare e back EMF-ul care poate depasi Vds. Aceasta analiza e in curs.

 

Cu toate ca Stefan explica bine in ultima fraza, o zic si eu altfel.

 

Utilizatorul apasa un buton cerand conectarea. Sistemul primeste comanda, detecteaza primul front crescator (ceea ce coincide cu prima trecere prin zero a tensiunii dupa primirea comenzii) si asteapta un sfert de ciclu (aproximativ, cu timpii calculati la punctul 2 mai sus). Cand stie ca tensiunea e maxima, comanda mosfetii. Inchiderea ia timpul pe care Si8751 il ia ca sa comande. Traful e sub tensiune si curentul de pornire e minim (comparat cu cazul conectarii aleatoare).

 

La oprire, in urma unei comenzi de la acelasi buton, sistemul detecteaza iar prima ZCD dupa comanda manuala si da comanda de oprire catre Si8751. Evident ca avem o intarziere implicita. Daca masuratorile o vor determina prea mare, atunci voi astepta 3 sferturi de ciclu si opresc la fix trecerea prin zero.

 

In solutia finala, voi vedea cum determina modulul ZCD din PIC trecerea prin zero si genereaza intreruperea.

 

PS: Nu folosesc si nu voi folosi module ADC. Lucrez numai cu intreruperi. In cazul de fata detectez frontul pozitiv la pornire si negativ la oprire. Intreruperile sunt activate dupa comanda manuala si dezactivate imediat dupa generarea intreruperii, deci chiar inainte de  executarea comenzilor catre Si8751. Deci nu pot avea comportament aleator.

 

NB: Scriu de pe telefon, pot reveni cu timpii din discutie.

[Vizitator]

Sa inteleg ca vrei sa faci o varianta ieftina a lui Siprotec 5...7? Tot Siemens a facut si celebrul TCA785, poate ar fi educativ sa-l folosesti ca detector si apoi iesirile sa comande ori un µP, ori direct switch_ul. Cu back EMF_ul  cred ca ar fi ceva probleme, dar stiu ca exista solutii folosite de unii prin VFD_uri, Demag si SEW, de exemplu, din astea am reparat multe pe timpuri.

[Mircea]

Siprotec-ul face multe. Dupa cum il programezi face enorm de multe.

 

Eu vreau o singura functie.

 

Legat de problema indicata de Stefan, la deschiderea lui S1, am sa masor ce se poate intampla acolo si extrapolez pentru retea (cazul cel mai rau) si ales un mosfet care nu va crapa. 

Editat Decembrie 30, 2020 de Mircea

[Mircea]

Teste la deconectare.

 

Ecart comanda inchidere si valoarea tensiunii. Un sfert de ciclu. De remarcat deformarea tensiunii, palierul la Vmax nu e la jumatatea alternantei (sfert de ciclu), ci un pic mai la dreapta.

 

Frontul pozitiv declanseaza triggerul osciloscopului.

 

La deschidere. Jumate de ciclu. Observam un spike de 20V.

 

Frontul negativ declanseaza triggerul osciloscopului.

 

Un mic spike de 20V. Sa-l analizam.

 

Alt caz cu spike mai mic tot la deconectare. Nu am facut multe masuratori cu cel de 20V de mai sus.

 

N-am putut sa masor tranzitoriile intre cele 2 drene la mosfeti. Nu stiu cum sa fac un trigger extern coordonat cu inchiderea-deschiderea, neavand o masa comuna. Iar sonda diferentiala inca asteapta plantarea.

Editat Decembrie 30, 2020 de Mircea

[iffi]

Salut

Am si eu doua intrebari:

1. Montajul este destinat si transformatoarelor de sudura ?

On 12/30/2020 at 9:03 AM, x_dadu said:

Foarte util la trafuri de mare putere, respectiv trafuri de sudură.

2. Cum se detecteaza remanenta magnetica pentru a o compensa la pornire?

 

if

 

[sesebe]

Intrebare 1: Dece trebuie deconactare la anularea tensiunii si nu a curentului prin traf. Daca s-ar face deconectare la anularea curentului atunci ai scapa de back EMF.

Intrebare 2: Dece trebuie conectare la virf de alternanta? Cum ai ajuns la concluzia ca asta este solutia optima?

 

DACA se admite faptul ca deconectarea la anularea curentului este OK si - 

- DACA se admite conectarea la o valoare arbitrara diferita de PI/2 dar apropiata la o toleranta nu mai mare de PI/4 atunci - 

Cea mai simpla si fiabile solutie o reprezinta comutarea folosind un tiristor (2 antiparalel defapt) sau un triac. Tiristorul si triacul comuta OFF intrisec iar cu un circuit simplu de delay resetat la trecerea prin zero si comandat de putonul principal se poate face si comanda de ON. Se poate chiar implementa o crestere treptata a unghiului de conductie astfel incit sa se atinga curentul nominal abia dupa citeva alternante.

 

Un astfel de circuit de pornire se poate implementa simplu si la un traf de sudura de putere foarte mare pt ca exista tiristoare de curenti foarte mari.

 

Editat Ianuarie 6, 2021 de sesebe

[Mircea]

Solutia cu tiristoare si triace este poluanta. Nu intentionez sa folosesc intr-un traf de sudura, unde probabil zgomotul EM nu conteaza.

 

@sesebe, primele 2 poze din postul 1 nu raspund la intrebarile tale?

 

Pentru moment astept un CT de 200A ca sa pot masura curenti peste 10A. 

 

La utilizarea in primarul (retea) unui traf toroidal de 300VA a comutat f bine cu timpii 1/4 la ON si trecere prin zero la OFF. 

 

M-am jucat cu momentul conectarii, si am ales 1/5 de ciclu in loc de 1/4. A intrat intr-un regim de ON-OFF in 3 serii si a crapat mosfetul dinspre traf. Tensiunea masurata, atat cat s-a putut, este departe de a depasi Vds a unui singur mosfet, dar curentul e necunoscut. Asa ca nu stiu ce a dus la iesirea din SOA: curentul sau tensiunea? Tensiunea la conectare sau la deconectare? Noul CT o sa-mi dea info despre curentul de inrush posibil. Apoi vad daca SOA este inca valabil sau e nevoie de alt mosfet.

 

Ne mai auzim cand masor curentul.

[sesebe]

Explica dece solutia comutarii cu tiristoare sau triace este puluanta.

Faci comanda full fara decupare de alternanta.