Pourquoi la magnitude relative de la forme d'onde du courant alternatif diminue-t-elle en fonction de l'angle de phase?

Question

Contexte

Tout d'abord, je m'excuse s'il s'agit d'une théorie relativement basique. Ma profession principale est le firmware et je ne fais l'électronique que comme passe-temps.

J'essaie de concevoir une alimentation pour un élément chauffant résistif de ~ 450 W. Le circuit est assez basique et utilise un microcontrôleur, un optoisolateur et un triac pour contrôler la charge. Cela fonctionne comme prévu mais, maintenant, j'essaye de lire le courant. Ceci est fait en utilisant un circuit intégré de détection externe (ACS71020) qui donne des résultats étranges. Cette question, cependant, ne concerne pas l'ACS (il recevra sa propre question une fois que je comprendrai la question générale posée ici).

La mise en place

Pour tenter de comprendre comment le courant circule dans cet appareil, j'ai créé la configuration de test (simplifiée) suivante:

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Où:

• XFMR1 est un transformateur de courant 1: 166
• SCOPE est mon oscilloscope (Siglent SDS1104X-E)
• DMM est un Fluke 77 pour des données supplémentaires
• TRIG est le signal de déclenchement optoisolé du MCU

Le problème

Il semble que l'amplitude de la forme d'onde actuelle est progressivement plus atténuée à mesure que l'angle de tir est réduit. Considérez les graphiques suivants tirés de mon oscilloscope à différents angles de tir (mesurés en pourcentage de la puissance de sortie totale). Notez que la trace jaune est la tension de ligne non encombrée et la trace rose (violette?) Est la mesure du transformateur de courant.

• dix%:
  
• 50%:
  
• 70%:
  
• 90%:
  
• 100%:
  

Remarquez comment la forme d'onde actuelle commence à diminuer (relativement) à mesure que la puissance augmente. Dans chacune des formes d'onde au-dessus, l'échelle est maintenue constante.

Des questions

1. Qu'est-ce qui cause ce comportement et est-il attendu?
2. Mon multimètre numérique mesure une augmentation linéaire du courant RMS; pour que cela soit vrai, la forme d'onde ne devrait-elle PAS diminuer?
3. Comment cela ne viole-t-il pas la loi d'Ohm étant donné que mon contrôleur prend déjà en compte la zone sous la courbe (par exemple, 30% de puissance correspond à 30% de la zone sous la courbe; pas 30% de la distance du point de passage zéro)?

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Modifier 1:

La résistance de charge a été calculée en suivant ce guide.

• Tout d' abord, je calcule le courant secondaire maximum pp: 5A max * 1.414 = 7.07A p-p * 1/166 = 0.0429A.
• Ensuite, j'ai choisi 4V RMS comme tension maximale en fonction de la fiche technique du transformateur de courant que j'avais sous la main. Cela a été converti en pp:4 * 1.414 = 5.656V
• Ensuite, Rload = V/I = 5.656 / 0.0429 = 132.8 Ohms.
• La résistance standard la plus proche que j'avais sous la main était de 110 Ohms. Nourrir ce retour dans: Vmax = 0.0429 * 110 = 4.685 * 0.707 = 3.312V. C'est moins que le 4VRMS max pour le transformateur donc je devrais être bon.

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Modifier 2:

Pour le multimètre numérique, voici les lectures que j'obtiens à différentes sorties de puissance sur l'ampoule:

Comme vous pouvez le voir, il est assez linéaire, ce à quoi je m'attendrais puisque mon contrôleur gère l'intégrale de la zone sous la courbe qui correspond à une puissance donnée.

Cette hypothèse linéaire est-elle incorrecte?

Answer 1

Le commentaire de Brian Drummond sur l'augmentation de la résistance des ampoules avec la température est (en grande partie) la réponse. La résistance au froid d'un filament d'ampoule à incandescence est généralement 10 fois inférieure à sa tension nominale. À faible angle de phase, la puissance consommée par l'ampoule est moindre, elle chauffe moins et consomme plus de courant qu'elle ne le ferait si sa résistance restait la même à une luminosité plus faible.

Si vous souhaitez contrôler la puissance de sortie avec précision, vous devrez mesurer la puissance efficace réelle en prenant de nombreuses lectures instantanées de courant et de tension et en les multipliant, puis additionner et faire la moyenne des résultats sur un cycle complet du secteur. Toute autre méthode ne sera qu'une approximation qui pourrait être assez imprécise à des angles de phase faibles.