Hjälp med motorstyrning av 3 fas 400Hz motor med triac

[jimmieh]

Hej
Jag behöver hjälp med att förstå lite grundläggande saker när det gäller triac thyristorer.
Grejen är att jag ska bygga en motorcontroller som ska kunna stänga av och sätta på en 3 fas motor samt kunna ändra rotationsriktning. Själva styrenheten kommer att bestå av någon form av mikrokontroller eller PLC.

Motorn jag ska använda är en 3 fas motor 115V 400Hz 10A(steady state).


Har aldrig jobbat med triacs eller 3 fas motorer så detta är ett helt nytt område för mig så jag skulle behöva lite hjälp med följande frågor:

1.Kan alla triac hantera 400Hz och hur vet man vilka som kan?

2.Vad blir effektförlusten och värmeutvecklingen när man skickar 115V/400Hz och 10A genom en triac?

3.Måste man ha en ”snubber” RC koppling till varje triac och hur dimensionerar man detta?

4.Vilka värden ska man titta efter i databladet när man väljer tirac(förutom spänning, ström och tillslags ström)?

5.Vad betyder det när det står i databladet att snubberless triacs är bra till induktiva laster? Behöver jag inget externt snubber nät då?

6.Något annat man måste tänka på när man använder triac som solid state relän till motorer?


Har hittat följande ritning på en motorstyrning för 3 fas motorer som jag tänkte testa:






Tror ni detta skulle fungera även för min motor på 400Hz eller kommer någonting börja brinna?

Någon som kan rekommendera någon bok eller grym sida som behandlar detta ämnet?

[jesse]

ritningen: den är ju byggd bara för att kunna vända riktning på en vanlig 60Hz trefasmotor - den omvandlar ju inte 60Hz till 400Hz. Jag antar att du har tillgång till 50Hz trefas 230/400 volt?

innan vi tar alla frågor om triacar så är frågan: vad vill du göra? Hur ska du styra motorn?
Normalt, om man vill ha 400 Hz får man ju använda en växelriktare. Den använder sig av MOSFET eller IGBT-transistorer, inte triac.

I övrigt är jag kass på att svara på frågor om triac'ar.

Här en bild på en trefas IGBT motorstyrning:

Länk till skola - frekvensomriktare

EDIT: 115 volt var det visst.

[prototypen]

Det är dessutom en 115 V motor, går lite dåligt på 400 volt.
En 400 Hz motor har mindre med järn och kärnan går i mättning vid mycket lägre spänning / ström.

Kanske 50 volt vore mera lagom.
Schemat visar egentligen bara en elektronisk / halvledar kontaktor.
Varvtalet kommer att bli 1/8-del av vad som står på skylten.

Protte

[jimmieh]

Jo jag har 3 fas 115V 400Hz matning som jag får från en transformator. Grejen är att jag vill kunna styra denna motor (slå av och på samt ändra riktning) med solid state relän eller triac när den mattas med 115V 400Hz.

Alla solid state relän jag har hittat har varit gjorda för 50/60 Hz och då kan det tydligen bli mer läckström igenom dem på grund av att snubber nätet inte är dimensionerade för 400Hz. Det är därför jag har tänkt att göra en egen solid state reläkrets.

Jag kommer att styra motorn med signaler från någon mikroprocessor när jag väl har fått igång någon solid state relä motorstyrningskrets.

[tecno]

Jo jag har 3 fas 115V 400Hz matning

Stopp ett tag nu, trafo säger du?
Det är inte så att du har någon kontrollenhet av nåt slag som lämnar 400Hz ifrån sig?

[konig7070]

Har du inte funderat på att använda en frekvensomriktare? Då kan du ju få varvtalsreglering, fram/back, mjukstopp/mjukstart, och massa övervakningsfunktioner.

[jimmieh]

Det är inte så att du har någon kontrollenhet av nåt slag som lämnar 400Hz ifrån sig?

Det är en motor som används i flygplan därav den ovanliga frekvensen, och jag har en transformator som matar ut 3 fas 400Hz.

Har du inte funderat på att använda en frekvensomriktare? Då kan du ju få varvtalsreglering, fram/back, mjukstopp/mjukstart, och massa övervakningsfunktioner.

Nä har inte tillgång till någon frekvensomriktare. Tror att det kommer vara svårt att hitta till denna motor.

[tecno]

En trafo som ger ut 400Hz måste då ha en primärsida med den frekvensen, kopplar du in den på nätet med 50Hz så får du ju inte ut annat än 50Hz.

Eller håller du på och fipplar i ett flygplan ?

[jimmieh]

Sant, det är någon form av frekvensomvandlare liknande denna: http://www.mdspower.com/frequency/majorfc2000.html.

Jag gör ett exjobb där jag ska göra en prototyp för att testa ett koncept som eventuellt någon gång skulle kunna sitta i ett flygplan. Därför e det viktigt att lösningen blir säker och inte väger för mycket. Frekvensomriktare hade antagligen vägt förmycket om jag hade hittat någon.

[jesse]

OK, nu när du förklarat vad du vill göra (start/stopp, fram/back) och vi förutsätter att du har tillgång till 400Hz på primären, så kan vi ju börja räkna på triac'arna. Med tanke på vad du ska göra så är alltså det schema du postade relevant.

Har du tillgång till 115V/400Hz så att du kan testa i verkligheten?

Det bästa är om de optoisolerade enheterna är av typen nollgenomgångstriggade. Detta skapar färre störningar vid påslag, vilket kan vara av betydelse i ett flygplan. Dock har jag lite dålig koll på hur dessa beter sig vid induktiva laster. Var tar strömmen vägen om man bryter vid 0 volt och 5 ampere?

Lite information om optoisolerade triacs och deras förmåga att driva induktiva laster, skyyda sig själva och omgivningen från störningar mm kan du läsa lite om på Fairchilds sida TRIAC Driver Optocouplers

The Snubberless TRIAC Drive Optocouplers feature a built-in active dv/dt clamp providing best-in-class noise immunity (dv/dt) of 10,000V/μs, which is superior to the average dv/dt rating (1,500V/μs) of monolithic TRIAC drivers. This superior performance eliminates the RC snubber network required for lower dv/dt-rated monolithic opto TRIAC drivers. This saves valuable design time and reduces bill of materials (BOMs). High noise immunity makes these products ideal for noisy industrial environments as they offer a more robust solution for isolating solid-state relays, AC motor controls and lighting ballasts. The FOD41XX family features an integrated zero-cross inhibit circuit which prevents the device from switching near the peak of the AC mains. The FOD42XX are random phase drivers which allow the device to switch at any AC mains voltage level.

På samma sida finns länkar till flera Application notes om hur du utvecklar det på bästa sätt, bla:

* Applications of Non Zero Crossing Triac Drivers Featuring the MOC3011
* Applications of Zero Voltage Crossing Optically Isolated Triac Drivers (**)
* Optically Isolated Phase Controlling Circuit Solution
* RC Snubber Networks for Thyristor Power Control and Transient Suppression (**)

(**) = dessa kan vara relevanta i ditt fall.

Själva effekttriacarna går säkert att hitta i rätt dimensioner om man letar lite. Överdimensionerar man effektmässigt bör det gå bra med 400 Hz. Det är tveksamt om alla har med timing-information. Man brukar ju ange vid vilken spänning de slår på - om detta sker omedebart eller inom 1 µS var jag inte, men om spänningen ligger kring någon volt endast så bör dt inte bidra på något allvarligt sätt till effektförlusterna.

[jesse]

Dock så tror jag att själva styrelektroniken skulle kunna utvecklas lite bättre.
Som det är nu kan man byta riktning omedelbart vilket kanske kan ställa till det en del för motorn?
Man skulle ju kunna tänka sig någon form av fördröjning vid byte av riktning eller mer skydd på annat sätt.
Det beror på hur motorn ska användas och vad som händer om man byter riktning allt för snabbt.

>Jag kommer att styra motorn med signaler från någon mikroprocessor när jag väl har fått igång någon solid state relä motorstyrningskrets.

Det verkar ju vettigt. Dock så tycker jag att du ska ha hårdvarulogik som förhindrar att du kan aktivera båda riktningarna samtidigt av misstag / mjukvarufel. Processorn ska då bara ha två utgångar:

antingen
(a) : on/off + riktning
eller
(b) : medsols / motsols

[jimmieh]

Tack jesse
Verkar finnas en del nyttig information där.

Har du tillgång till 115V/400Hz så att du kan testa i verkligheten?

Har en frekvensomvandlare som ger samma matning som finns i flygplan som jag kan labba med.

Verkar vara lite små avancerat att dimensionera snubber nätet . men vad jag läst någonstans så ska man använda Random Phase Triac Driver när man ska styra trefas motorer.

Själva effekttriacarna går säkert att hitta i rätt dimensioner om man letar lite. Överdimensionerar man effektmässigt bör det gå bra med 400 Hz.

Hur mycket mer effektförlust kommer det bli över triacen när man kör med 400Hz jämfört med 50/60Hz?

Ska man dimensionera triac:en efter steady state strömmen som går genom motorn eller ska man dimensionera den efter de feta strömmarna som uppstår precis vid påslaget av motorn? Har inte gjort några mätningar på motorns påslagnings ström men eftersom den drar 10A vid normal belastning så lär nog påslagnings strömmarna bli runt 25A.

Jag undrar även hur mycket värmeförluster som kommer uppstå när triac:en är påslagen. Vad blir spänningsfallet över en triac när den på?

Dock så tycker jag att du ska ha hårdvarulogik som förhindrar att du kan aktivera båda riktningarna samtidigt av misstag / mjukvarufel.

Jepp, styrelektroniken kommer nog bli mer sofistikerad när väl motorstyrningen fungerar. Får nog bli nått logiknät. Man borde kanske kontrollera att triacarna är ordentligt avslagna innan man vänder motorriktning så att det inte blir kortslutning.

[danei]

En triac slår av när strömmen är noll. Det kvittar om det är en induktiv last.
Vad ska motorn driva?

[Andy]

Det finns 3-fas Solid State Relän, kan det bli enklare?

[janaf]

Det är alltså 110V 3-fas 400Hz in, 110V 3-fas 400Hz ut, och du behöver bara kunna göra start / stopp och ändra rotationsrinkning på motorn? Ingen effektstyrning, ingen varvtalsstyrning?