PLC 交流模块的 TRIAC 输出故障排除

时间:2025-01-15
  在大多数离散 PLC 系统中,对输出设备进行故障排除的过程非常简单。如果输出端子正常工作,则应在“关闭”时测量 0 V,在“打开”时测量全源电压。对于数字和继电器输出,这是事实。对于由 TRIAC 驱动的交流输出也应该如此,但在这些情况下,可能会导致一些令人困惑的仪表读数。
  电压表是迄今为止对于电气故障排除技术人员来说有用的工具。快速读数可以区分开路和闭路,并帮助识别故障点——通常只需一两个读数即可。工业控制电路的部分之一是电压读数通常为 0 V 或全源电压(控制电路通常为 24 VDC 或 120 VAC)。
  电压表很少显示电压部分下降,尽管有时确实会发生。其中一种罕见的情况是对交流输出设备(例如接触器线圈或螺线管)进行故障排除时。如果这些 120 VAC 输出之一连接到 PLC 模块上的继电器输出,闭合的继电器触点应发送 120 V,打开的触点应发送 0 V。因此,故障排除人员应在输出设备上读取相同的电压,提供证据证明问题是否出在设备、接线或 PLC 本身。
  当这些线圈设备连接到 TRIAC 交流输出(有时简称为“交流输出”)时,坏线圈上的读数可能会显示 100 至小于 120 V 范围内的中间值,该范围不看起来合乎逻辑。
  直觉反应可能会说,如果 PLC 输出提供的电压太低,则它有故障,必须更换。但要小心!正如我们将看到的,这个读数实际上可能表明故障输出设备内部存在断线,而 TRIAC 本身可能没问题。
  什么是双向晶闸管?
  该术语指的是一种称为 AC 三极管或 TRIAC 的固态器件。这是一个硅基开关,由 PLC 的小控制电压激活。从某种意义上说,它就像用于交流负载的晶体管(如 MOSFET)。它在活动时确实有少量的电压降,因此电流水平通常比继电器电路更有限。然而,由于缺乏活动部件,只要在额定电流下良好使用,它们就具有近乎无限的开关寿命。
  与所有固态器件一样,TRIAC 永远不会完全“打开”或“关闭”。该电阻简单地在向输出设备提供电流的极低电阻和限制流向输出设备的电流的极高电阻之间切换。当终端通电时,非常低但可测量的电阻会导致微小的电压降,从而导致功耗和热量。
  如何测试 TRIAC 输出
  要执行简单的万用表 TRIAC 交流输出测试,请将交流电压表引线放置在输出端子和交流线路的 中性点(N) 之间。
  将输出端子置于 ON 状态。仪表的电压读数应为 24 或 120 VAC,具体取决于所使用的系统。
  现在,将输出端子置于 OFF 状态。电压读数应略高于电源电压的一半(而不是 0 V)。很难确定确切的预期值,因为并非所有 TRIAC 和仪表都具有相同的电阻。
  但为什么它会读取一些中间电压电平呢?由于固态器件中存在漏电流。
  漏电流问题

  对于大多数常见的 TRIAC,“漏电流”是指制造商保证的 TRIAC 关闭时预期电流范围的限制。这个数量非常少;例如,BT136(4A额定TRIAC)的数据表提供了断态电流量,该电流量与漏电流相同。

  图 2. BT136 TRIAC、等效符号以及数据表中指定断态(泄漏)电流的行。
  断态 TRIAC 电阻
  在本应用示例中,施加电压为 600 V,范围为 0.1 mA 至 0.5 mA。施加电压越小,漏电流自然越小。计算等效断态电阻值将得出这些电流值的范围为 6 MΩ 至 1.2 MΩ。
  牢记该值,技术人员正在对线圈开路的设备进行故障排除,并测量线圈两端的电压为 112 V,预计会看到 0 V。PLC 端子已验证为关闭,但仍然有 112 V。输出变坏了?
  将 TRIAC 表示为串联电路
  由于线圈开路,万用表在连接时就完成了电路。那微量的泄漏电流通过仪表,记录了电压,但这 112 V 是一个合理的测量值吗?
  标准数字万用表的内阻在 10 MΩ 到 20 MΩ 之间。大多数好的工具都会接近 20 MΩ 水平。如果测量电压为112,内阻为20MΩ,则电流约为5.6微安。
  回到 PLC,TRIAC 必须降低剩余的 8 V。假设漏电流为 5.6 微安,等效电阻约为 1.5 MΩ。根据规格表,这符合 TRIAC 的合理范围。

  对于 120 VAC 电源,电压值很可能约为 80-110 V,对于 24 VAC 电源,电压值很可能约为 20-23 V(电源电压越小 = 漏电流越小,仪表压降也越小)。

  图 3.两个电路显示左侧为开路线圈的实际输出电路,右侧为每个组件表示为电阻器的等效电路。由于线圈是开路的,因此可以将其写为简单的串联电路。
  什么可以改变电压降?
  有一些因素会导致测量电压有所不同。
  首先,具有较低电阻的仪表将降低测量的电压(回顾串联电路分压器的概念)。
  如果输出端子实际打开,即使线圈损坏,电压也将是 120 V。在判断故障之前,请确保终端已关闭。
  如果线圈正常工作,电阻将比仪表低得多,不超过几百欧姆。在这种情况下,根据数据表,即使漏电流也应小于 0.5 mA,因此 500 Ω 线圈的压降应小于 0.25 V。在线圈良好的情况下,故障排除过程更接近于继电器输出的预期过程。
  如果该测量值非常重要,则可以与线圈并联放置一个电阻器。如果该值比线圈高约 10 倍(可能为 5,000 至 10,000 Ω),则不会对电路的电流消耗产生太大影响,但电阻仍会远低于 TRIAC 本身,因此开路线圈的测量电压当端子关闭时,将更接近0。
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