Commande PWM optimale d'un SSR avec une source AC

[benji54]

Salut,

Je voudrais controller la temperature d'un reservoir d'eau a partir d'une source alternative. Pour cela je veux utiliser une resistance chauffante, la controller a l'aide d'un SSR et faire ma regulation PID avec un microcontrôleur.

Maintenant quand je regarde sur papier comment controller un SSR (qui finalement est un triac), le fait de ne pas pouvoir contrôler la fermeture est l'ouverture est pénible.
Je me rend compte que pour la meme fréquence et duty cycle dependent d'ou je suis j'obtiendrai pas la meme modulation de puissance (cf ma photo). Dans le premier cas j'active le SSR et j'obtiens une puissance P=PMAX/2 (le SSR conduit pendant une demi periode). Tandis que dans le meme cas de figure mais avec un délais, je loupe le zero crossing, le SSR ne conduit jamais et ma puissance P=0

Quelle sont les meilleures solution pour remédier à ca?

Est ce qu'avoir un comparateur pour détecter le passage a zero est envisageable?

Dans l'ideale je veux moduler ma puissance de sortie avec le maximum de resolution... ma commande PWM est de 16bits....

Merci
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[Janpolanton]

Bonjour,
Voici le schéma que je propose pour une détection de passage à zéro.

Il y a surement mieux mais c'est une première piste...

[antek]

Tu as un lien vers ton SSR ?

[Antoane]

Bonjour,

en attendant la datasheet du SSR, un autre joli detecteur de passage par zéro : https://forums.futura-sciences.com/p...ml#post4419422

• Voici un détecteur de passage à zéro inhabituel, et à ma connaissance inédit.

Ce circuit génère une impulsion de courant positive, intense et acérée, centrée précisément sur le passage à zéro.

Il nécéssite peu de composants, s'auto-alimente directement à partir du signal à analyser, s'adapte automatiquement à la tension et aux caractéristiques des composants utilisés, et compense leur dérive dans une large gamme. De plus il est simple, et n'emploie qu'une pincée de composants bon marché.

Bref un circuit comme on les aime, robuste, performant, économique et tolérant, et ayant une polarité de sortie inhabituelle, souvent mieux adaptée aux applications de ce type de circuit.

Si le SSR ne commute qu'aux passages par zéro, la période du PWM doit être très grande, de l'ordre de dizaines de demi-périodes secteur (c'est une "gradation par train d'onde"). Dans ce cas, rater une demi-période ou non n`est pas nécessairement un gros problème, puisque cela se traduit par une erreur (plus ou moins) aléatoire sur le rapport cyclique de l'ordre de quelques %.

[A voir en vidéo sur Futura]

[benji54]

Merci pour vos réponses.

Je pensais utiliser celui-ci:
https://cdn.sparkfun.com/datasheets/...al/SSR40DA.pdf

Je suis curieux dans la datasheet ils ont deux méthodes de contrôle dépendamment du part number:


La "Variable resistance control" a l'air d'etre ce que je veux finalement, mais y'a pas beaucoup d'info... Je pourrais utiliser un potentiomètre digitale pour moduler ma puissance

Si j'utilise un détecteur de passage a zero, comment s'assurer que j'ai le temps de détecter le passage a zero et activer mon SSR? J'imagine que si j'ai trop de délais je detecte le passage a zero mais il sera deja trop tard pour activer mon SSR?!

Si le SSR ne commute qu'aux passages par zéro, la période du PWM doit être très grande, de l'ordre de dizaines de demi-périodes secteur (c'est une "gradation par train d'onde"). Dans ce cas, rater une demi-période ou non n`est pas nécessairement un gros problème, puisque cela se traduit par une erreur (plus ou moins) aléatoire sur le rapport cyclique de l'ordre de quelques %.

Pourquoi une dizaine de demi-periode secteur? Si mon duty cycle minimum est plus grand qu'une seule demi-periode secteur je suis sûr d'activer mon SSR non?

[jiherve]

bonjour
honnêtement pour contrôler un processus dont le temps de réponse est de l'ordre de plusieurs minutes un contrôle par periode entières du secteur est largement suffisant.
JR

[Qristoff]

Sans parler qu'une régulation de température est très "molle" et ne nécessite pas de PID. Quelle volume ? une correction à la seconde voire à la minute suffit !
ps: grillé par JiHervé

[benji54]

Haha c'est vrai que ca semble overkilled, c'est pour tenter de faire une machine espresso inspiré par:
https://build-its-inprogress.blogspo...esso%20Machine

Le reservoir est petit, le but étant de minimiser l'inertie thermique et être capable d'atteindre 90degC rapidement avec une bonne précision.

[jiherve]

Re
l'inertie thermique est fixée par le dispositif chauffé je doute que l'on soit sous la seconde mais à supposer qu'on le soit alors il faut contrôler l'angle d'ouverture du TRIAC c'est ce que font tous les variateurs classiques à DIAC , on retarde la mise en conduction du TRIAC, on peut donc moduler sur moins d'une période, mais inconvénient on génère beaucoup de parasites car on ne commute plus au zéro de tension.
JR

[antek]

Et une fois les 90 °C atteints, est-ce gênant que la consigne soit un peu dépassée ?

[benji54]

Et une fois les 90 °C atteints, est-ce gênant que la consigne soit un peu dépassée ?

Pas vraiment, mais si je fais un contrôle j'ai envie de le faire bien , temps de montée rapide, erreur statique nulle et peu d'overshoot.

Je pense que je vais commencer par tester et voir ce que ca donne.

Merci bien

[Antoane]

Bonjour,

Pourquoi une dizaine de demi-periode secteur? Si mon duty cycle minimum est plus grand qu'une seule demi-periode secteur je suis sûr d'activer mon SSR non?

Le principe du PWM est de pouvoir faire varier (de manière quasi-continue) le temps moyen pendant lequel la charge est alimentée. Comme le déclenchement par passage au zéro oblige à limenter pendant un nombre entier de période, il y a discretisation du rapport cyclique, ce qui diminue la souplesse de la régulation. Par exemple, avec une durée du signal PWM égale à 4 demi-périodes du secteur, il est possible de chauffer pendant : 0, 25%, 50%, 75%, ou 100% du temps... Ìl n'est docn pas possible de choisir exactement le "bon" rapport cyclique, ce qui va aboutir à une erreur statique ou à des oscillations. Suivant l'inertie thermique, il est possible de moduler entre deux valeurs, par exemple une période PWM à 25%, puis la suivante à 50%, puis la suivante à 25%, etc. pour avoir 37% de moyenne.
En utilisant une période du signal PWM égale à 100 demi-périodes du secteur, on peut régler bien plus finement le rapport cyclique, puisque celui-ci peut alors atteindre toutes les valeurs 0%, 1%, 2%, 3%, ... 99%, 100%.
Un autre avantage d'avoir une "longue" période PWM est que cela rend inutile sa synchronisation avec le secteur. En effet, en l`absence de synchronisation, le décalage entre le pulse de commande et le début de la sinusoide engendre une erreur sur le temps de conduction pouvant atteindre 1 demi-période secteur. Cette demi période correspond à une erreur sur le rapport cyclique de :
- 25% dans le cas ou la période du signal PWM vaut 4 demi-périodes secteur;
- 1% dans le cas ou la période du signal PWM vaut 100 demi-périodes secteur.

Evidement, il faut que la période du signal PWM soit faible devant la constante de temps thermique du système.

Une autre solution consiste à faire de la modulation en "constant on-time" : dans ce cas, on chauffe systématiquement pendant un nombre fixe de demi-périodes secteur (par exemple une seule) et ont fait varier le temps pendant lequel on ne chauffe pas.
Dans ce cas (mais à vrai dire dans tous les cas, independemment du mode de control dès lors qu'il est par demi-périodes entières), il faut seulement vérifier que l'échaufement obtenu pendant une demi-période du secteur est acceptable comme overshoot. Ce sera a priori le cas : si la montée en température entre 20 °C et 90 °C demande 7 s, soit 7000 ms, soit 700 demi-périodes secteur, alors la température n'augmente que de 70/700 = 0.1 °C pendant chaque demi-période secteur -- ce qui est suffisament faible pour que des oscillations de température de cet ordre de grandeur soient considerrées comme négligeable.