เหตุใดขนาดสัมพัทธ์ของรูปคลื่นกระแสไฟฟ้ากระแสสลับจึงลดลงตาม Phase Ange?

Aug 18 2020

พื้นหลัง

ก่อนอื่นต้องขออภัยหากนี่เป็นทฤษฎีพื้นฐานโดยเปรียบเทียบ อาชีพหลักของฉันคือเฟิร์มแวร์และฉันทำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นงานอดิเรกเท่านั้น

ฉันกำลังพยายามออกแบบแหล่งจ่ายไฟสำหรับองค์ประกอบความร้อนตัวต้านทาน ~ 450W วงจรค่อนข้างเรียบง่ายและใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ออปโตอิโซเลเตอร์และไตรแอคเพื่อควบคุมโหลด มันใช้งานได้ตามที่คาดไว้ แต่ตอนนี้ฉันกำลังพยายามอ่านกระแส ทำได้โดยใช้ IC ตรวจจับภายนอก (ACS71020) ซึ่งให้ผลลัพธ์ที่แปลกประหลาด อย่างไรก็ตามคำถามนี้ไม่เกี่ยวกับ ACS (จะได้รับคำถามของตัวเองเมื่อฉันเข้าใจคำถามทั่วไปที่ถามที่นี่)

การตั้งค่า

ในความพยายามที่จะเข้าใจว่ากระแสไหลผ่านอุปกรณ์นี้อย่างไรฉันได้สร้างการตั้งค่าการทดสอบ (แบบง่าย) ต่อไปนี้:

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างขึ้นโดยใช้CircuitLab}

ที่ไหน:

XFMR1 เป็นหม้อแปลงกระแส 1: 166
SCOPE คือออสซิลโลสโคปของฉัน (Siglent SDS1104X-E)
DMM คือ Fluke 77 สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม
TRIG คือสัญญาณทริกเกอร์แบบ optoisolated จาก MCU

ปัญหา

ดูเหมือนว่าแอมพลิจูดของรูปคลื่นปัจจุบันจะลดทอนลงเรื่อย ๆ เมื่อมุมยิงลดลง พิจารณากราฟต่อไปนี้ที่นำมาจากออสซิลโลสโคปของฉันที่มุมยิงต่างกัน (วัดเป็นเปอร์เซ็นต์ของกำลังขับทั้งหมด) สังเกตว่าร่องรอยสีเหลืองคือแรงดันไฟฟ้าของเส้นที่ไม่มีการหลอมละลายและการติดตามสีชมพู (สีม่วง?) คือการวัดจากหม้อแปลงกระแส

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

สังเกตว่ารูปคลื่นปัจจุบันเริ่มลดลง (ค่อนข้าง) เมื่อกำลังเพิ่มขึ้น ในแต่ละรูปคลื่นเหนือมาตราส่วนจะคงที่

คำถาม

อะไรเป็นสาเหตุของพฤติกรรมนี้และคาดว่าจะเกิดขึ้น?
DMM ของฉันวัดการเพิ่มขึ้นของกระแส RMS เชิงเส้น เพื่อให้สิ่งนี้เป็นจริงรูปคลื่นไม่ควรลดลง?
สิ่งนี้จะไม่ละเมิดกฎของโอห์มได้อย่างไรเนื่องจากคอนโทรลเลอร์ของฉันมีบัญชีสำหรับพื้นที่ใต้เส้นโค้งอยู่แล้ว (เช่นกำลัง 30% คือ 30% ของพื้นที่ใต้เส้นโค้งไม่ใช่ 30% ของระยะห่างจากจุดตัดศูนย์)

แก้ไข 1:

ตัวต้านทานโหลดที่คำนวณได้จากต่อไปนี้คู่มือ

ครั้งแรกผมคำนวณสูงสุด PP 5A max * 1.414 = 7.07A p-p * 1/166 = 0.0429Aปัจจุบันรอง:
จากนั้นฉันเลือก 4V RMS เป็นแรงดันไฟฟ้าสูงสุดตามแผ่นข้อมูลสำหรับหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าที่ฉันมีอยู่ในมือ สิ่งนี้ถูกแปลงเป็น pp:4 * 1.414 = 5.656V
ถัดไป, Rload = V/I = 5.656 / 0.0429 = 132.8 Ohms.
ตัวต้านทานมาตรฐานที่ใกล้เคียงที่สุดที่ฉันมีคือ 110 โอห์ม ป้อนกลับใน: Vmax = 0.0429 * 110 = 4.685 * 0.707 = 3.312V. นี่น้อยกว่าสูงสุด 4VRMS สำหรับหม้อแปลงดังนั้นฉันควรจะดี

แก้ไข 2:

สำหรับ DMM ด้านล่างนี้เป็นค่าที่ฉันได้รับจากเอาต์พุตกำลังต่างๆบนหลอดไฟ:

อย่างที่คุณเห็นมันค่อนข้างเป็นเส้นตรงซึ่งฉันคาดหวังได้เนื่องจากคอนโทรลเลอร์ของฉันจัดการอินทิกรัลสำหรับพื้นที่ใต้เส้นโค้งซึ่งสอดคล้องกับกำลังที่กำหนด

สมมติฐานเชิงเส้นนี้ไม่ถูกต้องหรือไม่?

คำตอบ

2 BruceAbbott Aug 18 2020 at 10:47

ความคิดเห็นของ Brian Drummond เกี่ยวกับความต้านทานของหลอดไฟที่เพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิคือคำตอบ (ส่วนใหญ่) ความต้านทานความเย็นของไส้หลอดไฟแบบไส้โดยทั่วไปจะน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้า 10 เท่า ในมุมเฟสพลังงานต่ำที่วาดโดยหลอดน้อยจึงร้อนขึ้นน้อยลงและดึงมากขึ้นในปัจจุบันกว่าจะต้านทานถ้ายังคงเหมือนเดิมที่ความสว่างต่ำ

หากคุณต้องการควบคุมเอาต์พุตกำลังอย่างแม่นยำคุณจะต้องวัดกำลังrms ที่แท้จริงโดยการอ่านค่ากระแสและแรงดันไฟฟ้าทันทีจำนวนมากแล้วคูณค่าเหล่านี้จากนั้นรวมและเฉลี่ยผลลัพธ์ในวงจรไฟหลักทั้งหมด วิธีอื่นใดจะเป็นเพียงการประมาณที่อาจไม่ถูกต้องในมุมเฟสต่ำ