Твердотельное реле Zero-Cross в процессе работы пропустит только те полупериоды синусоидального напряжения питания, начало которых совпадёт с импульсами сигнала ШИМ от платы управления. В результате твердотельное реле может находится в трёх состояниях: закрыто, открыто и открыто для одного полупериода. Так как между сетевым напряжением и управляющим сигналом ШИМ всегда будет "плавающая" рассинхронизация, можно говорить лишь о вероятности одного из этих состояний.
Например, при частоте питающего напряжения равной частоте ШИМ сигнала управления (50 Гц) и коэффициенте заполнения сигнала управления отличным от 1.0, можно говорить лишь о вероятности одного из трех состояний твердотельного реле.
- Коэффициент заполнения = 1.0 - полная мощность
- Коэффициент заполнения ≥ 0.5 - половина или полная мощность
- Коэффициент заполнения < 0.5 - 0 или половина мощности
Снимки 1 и 2 - Коэффициент заполнения ШИМ управляющего сигнала (синий) одинаковый, но мощность на выходе (жёлтый) будет отличаться в два раза.
Снимки 2 и 3 - Коэффициент заполнения отличается в 4 раза, но мощность одинаковая.
Снимки 3 и 4 - Коэффициент заполнения одинаковый, но мощность разная.
Несоответствие коэффициента заполнения ШИМ сигнала управления и выходной мощности может быть причиной больших отклонений температуры от заданной. Решить описанную проблему может следующее решение:
- Arduino или digispark
- Димер от Robotdyn
- Сигнал управления поступает на вход Arduino, которая определяет длительность импульсов включения и коэффициент заполнения ШИМ.
- Димер подаёт на Arduino сигналы перехода синусоиды напряжения через 0 для определения моментов времени открытия симистора. Таким образом достигается синхронизация сигнала управления и сетевого напряжения.
- Сетевое напряжение с частотой 50 Гц имеет 100 полупериодов за одну секунду. Arduino выдаёт сигналы управления на димер для получения необходимой мощности, пропуская в единицу времени часть полупериодов сетевого напряжения. Таким образом достигается дискретность задания мощности 1%. Например, если за секунду пропустить только 20 полупериодов, будет получено 20% мощности.
Данное решение позволяет устранить проблемы неадекватной работы нагревателя с обычным твердотельным реле:
- Устранить проблему невозможности автоматической калибровки параметров ПИД.
- Обеспечить более точное поддержание температуры.
- Задать ограничение мощности. Может быть актуально для мощных грелок, если стол искривляется от быстрого нагрева.
У большинства всё работает и без этого велосипеда. Не торопитесь реализовывать данную схему. В большинстве случаев проблема управления твердотельным реле решается понижением частоты ШИМ меньше 10 Гц.