Почему относительная величина формы волны переменного тока уменьшается в зависимости от фазы Ange?

Question

Задний план

Прежде всего, я прошу прощения, если это сравнительно основная теория. Моя основная профессия - прошивка, а электроникой я занимаюсь только в качестве хобби.

Я пытаюсь разработать источник питания для резистивного нагревательного элемента мощностью ~ 450 Вт. Схема довольно проста и использует микроконтроллер, оптоизолятор и симистор для управления нагрузкой. Это работает, как ожидалось, но теперь я пытаюсь прочитать текущую. Это делается с помощью микросхемы внешнего считывания (ACS71020), которая дает странные результаты. Этот вопрос, однако, не касается ACS (он получит отдельный вопрос, как только я пойму общий вопрос, заданный здесь).

Установка

В попытке понять, как ток течет через это устройство, я создал следующую (упрощенную) схему тестирования:

^{смоделировать эту схему - Схема, созданная с помощью CircuitLab}

Где:

• XFMR1 - трансформатор тока 1: 166
• SCOPE - мой осциллограф (Siglent SDS1104X-E)
• Цифровой мультиметр - это Fluke 77 для дополнительных данных
• TRIG - это оптоизолированный сигнал запуска от MCU.

Проблема

Похоже, что амплитуда формы волны тока постепенно уменьшается по мере уменьшения угла зажигания. Рассмотрим следующие графики, снятые с моего осциллографа при разных углах открытия (измеренных в процентах от общей выходной мощности). Обратите внимание, что желтый график - это неизменное линейное напряжение, а розовый (фиолетовый?) - результат измерения трансформатора тока.

• 10%:
  
• 50%:
  
• 70%:
  
• 90%:
  
• 100%:
  

Обратите внимание, как форма волны тока начинает уменьшаться (относительно) по мере увеличения мощности. В каждой из форм волны выше шкала остается постоянной.

Вопросов

1. Что вызывает такое поведение и ожидается ли оно?
2. Мой цифровой мультиметр измеряет линейное увеличение среднеквадратичного значения тока; Для того, чтобы это было правдой, разве форма волны НЕ должна уменьшаться?
3. Как это не нарушает закон Ома, учитывая, что мой контроллер уже учитывает площадь под кривой (например, 30% мощности составляет 30% площади под кривой, а не 30% расстояния от нулевой точки пересечения)?

---

Изменить 1:

Нагрузочный резистор был рассчитан в соответствии с этим руководством.

• Во- первых, я вычислил максимальный рр вторичный ток: 5A max * 1.414 = 7.07A p-p * 1/166 = 0.0429A.
• Затем я выбрал 4 В RMS в качестве максимального напряжения на основе таблицы данных трансформатора тока, который у меня был под рукой. Это было преобразовано в pp:4 * 1.414 = 5.656V
• Далее Rload = V/I = 5.656 / 0.0429 = 132.8 Ohms.
• Ближайший стандартный резистор, который у меня был под рукой, был 110 Ом. Кормление это назад в: Vmax = 0.0429 * 110 = 4.685 * 0.707 = 3.312V. Это меньше, чем максимальное значение 4VRMS для трансформатора, так что я должен быть в порядке.

---

Изменить 2:

Для цифрового мультиметра ниже приведены показания, которые я получаю на различных выходах мощности лампы:

Как видите, он довольно линейный, чего я и ожидал, поскольку мой контроллер обрабатывает интеграл для площади под кривой, которая соответствует заданной мощности.

Это линейное предположение неверно?

Answer 1

Комментарий Брайана Драммонда о том, что сопротивление лампочки увеличивается с температурой, является (большей частью) ответом. Холодостойкость нити накаливания лампы накаливания обычно в 10 раз меньше, чем при номинальном напряжении. При низком фазовом угле мощность, потребляемая лампой, меньше, поэтому она меньше нагревается и потребляет больше тока, чем если бы ее сопротивление оставалось таким же при более низкой яркости.

Если вы хотите точно контролировать выходную мощность, вам нужно будет измерить истинную среднеквадратичную мощность, взяв множество мгновенных значений тока и напряжения и умножив их, а затем суммируя и усредняя результаты за полный цикл сети. Любой другой метод будет лишь приближением, которое может быть весьма неточным при малых фазовых углах.