秋月のSSRキットでサーキュレーターが故障

質問

秋月のSSRキット(http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-00203/)でサーキュレーター(http://www.amazon.co.jp/dp/B00PY1NQII/)が故障して動かなくなりました。
SSRキットのDC INにこのサイト(http://homepage3.nifty.com/mitt/pic/xc8/xc8_675_04.html)の作例のLEDを点滅させる部分の出力をつないで可変抵抗をぐりぐりやった結果です。
以下の質問にお答えください。
１．サーキュレーターが壊れた原因
２．同様の組み合わせにおいて、PICのプログラムを工夫するか、あるいは何かパーツや回路を追加する、などしてサーキュレーターが壊れないようにする方法
電気の知識はほとんどありませんので、やさしくなるべく具体的にお願いします。

回答No.2

mdmp2 · ベストアンサー

このサーキュレータとＳＳＲキットの組み合わせでは、何かを追加しても制御は無理ということでしょうか？
→→→結論から申し上げると、このSSR キットは、PWM 制御ができません。
秋月のSSR キットにLED 調光装置のPWM 波を入力した場合のSSR の出力がどうなるかエクセルで解析してみました。このQ&Aサイトは、画像を添付することができないので、テキストで説明するしかありません。画像なしで、ご理解いただけるように説明するのは難しいですが、やってみます。
・LED 調光装置から2.56ms 周期のPWM 波が出力されます。それをSSR の入力に接続します。
・PWM 波がハイ（オン）になったとき、SSR の交流側入力電圧がゼロでなければ、SSR は導通し、出力に入力交流電圧と等しい電圧が現れます。（SSR の電圧降下を無視）
・SSR が一旦オンになると、PWM 波がロー（オフ）になっても交流入力電圧がゼロになるまでSSR は導通を続けます。
・やがて交流入力電圧がゼロになり、SSR は遮断します。
・交流入力電圧がゼロからマイナスに転じ、しだいに大きくなっていきますが、SSR はPWM 波がハイになるまで遮断のままです。
・やがて、PWM 波がハイになり、SSR が導通します。
以上の現象をエクセルでグラフ表示してみます。
・セルA1 に0, A2 に0.64、A3 に 1.28 と記入し、A2 とA3 を選択して100.48(5周期分)まで下方へオートフィルします。
・セルB2 に =ROUND(SIN(A2/20*2*PI()),5) と記入し、下方向へオートフィルします。
Round(・・・,5)は理論的には必要ないのですが、エクセルの精度のためにゼロがゼロにならなかったり、1が1にならなかったりするのを防ぐためです。
A1/20*2*PI() は、時間(ms) を角度(ラジアン)に換算する定数です。
20 は、50Hz の周期です。
エクセル上では、A1/20*2*PI() と記述しますが、数式で表すと(A1/20)×2×π です。
・A列とB列（入力された範囲）を選択して、「グラフ」機能を使って、散布図を描きます。
これで、交流の波形がグラフ表示されます。
・A列の値が2.56 の倍数のとき、B列に「0.2」を記入します。
私はエクセルで処理しましたが、説明が複雑になりますので手書きで記入してください。
・C列のA列、B列と同じ行の範囲を選択し、選択された囲みのエッジにマウスポインタを持って行くと、ポインタが上下左右4方向の矢印になります。そこで、左ボタンを押して、グラフエリアにドラッグ＆ドロップします。
すると、グラフ上にPWM 波がハイになるときの時間的位置がグラフ表示されます。
・つぎは手作業です。PWM 波がハイになる位置から、交流波形に向かって垂直の線を引きます。SSR はこの位置から導通し、交流入力電圧がゼロになるまで導通したままになります。
導通している範囲を塗りつぶすと、SSR の出力電圧波形が得られます。

上記により分かることは、SSR が導通になっている時間の幅は、LED 調光装置の出力のPWM 波がハイになっている時間の幅と同じではないということです。言い換えると交流用SSR は、PWM 制御ができません。

サーキュレータは同じものを使いたいのですが、これに適した回転制御方法を教えてください。
→→→このサーキュレーターはインダクションモーターが使われていると思われます。
インダクションモーターの速度制御は、入力電圧の周波数を変えることにより行います。
必要な装置は「インバータ」です。インバータエアコンなどと言われている、あの、インバータのことです。
単品で販売されていますが、高価です。単相100V 出力の製品は見つかりませんでした。

お礼

ありがとうございます。
よくわかりました。

回答No.1

mdmp2

ご質問中のURL のページで見たサーキュレータには、インダクションモーターが使われていると思われます。
PWM 方式は電圧を変化させることと等価ですが、インダクションモーターは電圧を変化させて速度を制御するのに適していません。また、PWM の周期が0.256mS となっていますが、電源周波数と同期がとれていませんので、出力に直流分が発生すると思われます。オシロで出力電圧の波形を観測すると分かります。

インダクションモーターに低い電圧をかけて低速で回転させようとすると、起動トルクが足りなくて回転を始めない事があります。回転しないで電流だけが流れていますので、それはすべて熱損失になり、巻き線が煙を出したりします。
インダクションモーターに直流分がかかると、直流に対する抵抗値は交流に対するインピーダンスよりかなり低いので低い直流電圧でも大きい電流が流れます。しかも、その電流は回転には寄与しません。すると、巻き線が煙を出したりします。

改善するには、パソコン用冷却ファンに使われているモーターと同じ種類の、ブラシレス直流モーターを使ったサーキュレーターを使うのが手っ取り早いでしょう。制御にはトライアックではなく、トランジスタ、FET、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などを使うといいと思います。
トライアックでは直流のオン・オフはできません。（いったんオンになると、ゲート電圧をゼロにしてもオフになりません。）

補足

回答ありがとうございます。
３．質問２．について、このサーキュレータとＳＳＲキットの組み合わせでは、何かを追加しても制御は無理ということでしょうか？
４．サーキュレータは同じものを使いたいのですが、これに適した回転制御方法を教えてください。
よろしくお願いします。