Регулировка мощности ТЭНа

Да, Игорь, как борешься с помехами? По поводу фазного напряжения. В большей части примеров в сети по импульсу от детектора нуля начинается отсчет паузы, а затем открывается ключ. В этом способе вижу два недостатка:
1. детектор посылает импульс не строго в момент перехода фазы через ноль (на осциллографе у меня было 0,5мс вроде);
2. за один и тот же промежуток времени в начале и в середине полупериода проходит различное значение мощности.
Думаю, необходимо высчитывать длительность паузы с привязкой к интегралу напряжения..
Лично мне целополупериодный показался проще и точнее, но годится лишь при хорошей питающей сети, т.к. при мощностях ниже 50% глазу становится неприятно

--- сообщения объединены, 31 май 2015, дата первого сообщения: 29 май 2015 ---

по-лучше изучил вопрос поддержания определенного значения мощности независимо от нестабильного входного напряжения. Подумал, а стоит ли овчинка выделки? Например регулятор приказывает греть на 70%, но напряжение в сети не 220В, а 190. Конечно, выделяемая мощность заметно меньше, и температура не будет расти должным образом. В этом случае ведь пид алгоритм спустя некоторое время отреагирует простым увеличением процентов. Да, качество управления несколько хуже, но результат достигнут. В чем я неправ?

 

На видео- осциллограммы работы стабилизирующего регулятора по принципу фазного регулятора.

Раньше регулирование было целополупериодным, по брезенхему, мерцание света доставало.

Стабилизация действующего выходного напряжения при ректификации просто необходимо, так как при стандартных колебаних сетевого напряжения на ±15%, выходная мощность колеблется почти на ± 30%.
Такой перепад мощности нагрева при одинаковой настройке нестабилизированного регулятора - это запредельно много.
Я не ошибюсь?
Надо посчитать... У меня дома напряженние вечерами может опускаться до 180 вольт, а ночью пожнимается до 240.
Если ТЭН при 220 вольтах в сети дает 1000 ватт, то при 180 он выдаст всего 700 ватт, а при 240 - 1200... почти вдвое больше, чем вечером.

 

ваш регулятор работает именно так, как я его себе и представлял. Просто предположил, что ПИД скомпенсирует просадку напряжения путем увеличения значения выходной мощности. Попробую реализовать и испытать.

 

У наших устройств разные требования к подаче тепла.
Если нужен просто рост нагрева на столько-то градусов в минуту, или просто поддержание температурной паузы, вполне достаточно регулятора с обратной связью по результирующей температуре. Раз в несколько секунд контроллер измеряет фактическую температуру, сравнивает с необходимой, определяет ошибку, и по ней вычисляет все необходимые параметры ПИД.

У меня при ректификации другая задача. Мне нужна одинаковая скорость пара в колонне, обеспечивающая оптимальный режим разделения, на всех этапах ректификации термометр тут не помощник.
Лет семь или восемь назад, начитавшись Креля, я стал управлять нагревом, стабилизируя давление в кубе, и этот способ нашел широкое распространение, но со временем, когда в продаже появились недорогие и достаточно надежные стабилизирующие регуляторы напряжения, стал пользоваться этим способом. Ну и следующий шаг пару лет назад - "оседлание" микроконтроллеров и создание собственных устройств, объединяющих стабилизацию нагрева с полным управлением технологическим процессом и контролем основных параметров безопасности.
Что-то я в дебри полез...
Если вернутья к вопросу фазного управления нагревом в Вашем устройстве, то тут на мой взгляд можно обойтись достаточно простым способом. Например, иметь 5 или 10 фиксированных точек настройки, соответствующих изменению мощности с шагом 10 или 20%. Наверное ПИД регуляция - это перебор для решения такой задачи. Наверное вполне хватит прорционального регулирования, но это уже детали.
Длительность открывающего импульса должна быть не меньше 5 микросекунд (симистор открывается через две), но может быть и в тысячи раз больше - этотне критично, важно только чтобы напряжение с управляющего электрода симистора было снято ДО следующего зерокросса, инкче весь следующий полупериод симистор будет открыт.

Я могу расписать задержки между зерокроссом и моментом подачи импульса, открывающего симистор, которые обеспечат заданный процент мощности. Добавлю через несколько минут, надо полезть в эксель.

 

Игорь, верно ли я рассуждаю? ТЭН - активная нагрузка и для стабилизации именно мощности достаточно стабилизировать рмс напряжение. Формула расчета есть. В идеальной сети при 100% мощности результат будет 220в ведь? Если требуется получить 75% мощности, то необходимо сдвигать момент открытия симистора до тех пор, пока рмс напряжение не установится 220*0,75= 165В?

 

Посчитал.
Длительность одного полупериода сетевого напряжения - 10000 микросекунд.
Если на управляющий электрод симистора подать импульс в момент зерокросса, ТЭН выдаст 100% мощности для данного напряжения в сети.
Если импуль подать через 1160 микросекунд , ТЭН выдаст 99% от полной мощности.
Если подать через 2020 микросекунд после зерокросса, получим на выходе 95% мощности.
через 2590 микросекунд - 90%
через 3011 микросекунд - 85%
через 3363 микросекунд - 80,01%
через 3677 микросекунд - 75%
через 3964 микросекунд - 70,01%
через 4236 микросекунд - 65%
через 4496 микросекунд - 60,01%
через 4750 микросекунд - 55%
через 5000 микросекунд - 50,01%
через 5251 микросекунд - 45%
через 5504 микросекунд - 40,01%
через 5765 микросекунд - 35%
через 6036 микросекунд - 30,01%
через 6324 микросекунд - 25%
через 6637 микросекунд - 20,01%
через 6990 микросекунд - 15%
через 7411 микросекунд - 10%
через 7981 микросекунд - 5%
через 8840 микросекунд - 1%

--- сообщения объединены, 2 июн 2015, дата первого сообщения: 2 июн 2015 ---

Формула расчета есть, но она совсем не такая.
Давай я накидаю информации для размышлений...
Подачей управляюшего импульсв мы можем открыть симистор. Закроется он сам при следующем пересечении синусоидой нуля, закрыть его сами мы не сможем.
Полупериод длится 10 миллисекунд, или 10 000 микросекунд.
Если мы подадим на симистор управляющий импульс в момент пересечения нуля, симистор откроется в самом начале полупериода, когда мгновенное напрядение близко к нулю, но тогда на ТЭН будет полано полное напряжение сети и мы получим 100% мощности.
Если открыть симистор через 5 миллисекунд после зерокросса, мгновенное напрядение будет равно 311 вольт, и в нагрузку попадет ровно 50% мощности.
Далее.
Мощность пропорциональна квадрату действующего (true rms) напряжения, так что все не так то и просто, как может показаться на первый взгляд.
Ты пишешь... "сдвигать момент открытия симистора до тех пор, пока рмс напряжение не установится ..."
RMS напряжение - это интеграл сумма квадратов мгновенного напряжения за полупериод, деленное на количество замеров, то есть среднеквадратическое значение напряжения.
Если мы откроем симистор сразу после пересечения нуля, RMS напряжение будет равно 220 вольт, и єто будет соответствовать 100% мощности, по крайней мере если в сети ровно 220 вольт.
Если мы откроем симистор ровно посредине полупериода, когда синусоида находится в максимуме, мощность будет равна ровно 50%, в true RMS напряжение будет равно корень из двух на 220 = 155,6 вольт.
А так как мощность пропорциональна евадлату действующего напряжения, мощность на ТЭНе будет равна 155,6²/220²= 50%.

Боюсь, в формате сообщения на форуме сложно передать ту информацию, которую хотелось бы. Тем более, что я не лектор - физик, а сантехник и самогонщик. А затронутая тема достаточно сложна для изложения. Но, надеюсь, что-то прояснить мне удастся.

 

Так как достаточно поддержания стабильной температуры, а не выделяемой мощности, то ограничусь регулировкой выходного напряжения. Тогда не потребуется ставить трансформатор (для развязки от сети). Метод отсечения полуволн уже работает, на очереди отсечение части волны.

 

Чего все зациклились на этих помехах? От них вполне помогает снабберная цепочка из резистора 39 ом и конденсатора 0.01мкф400В. Ну еще параллельно снабберу поставить варистор среднеквадратичным напряжением 250В. И все решена проблема. Сколько собрал устройств ни разу проблем с помехами не было. А регулирую не только напряжение на ТЭНах, но и на соленоидных клапанах тоже.

 

Снабберная цепочка применяется для другого. В данном случае помехи идут в сеть и влияют на другие устройства, а не на наш симистор

 

Нет, она не только симистор защищает. Попробуйте ее убрать при управлении соленоидным клапаном, перезагрузки и зависания контроллера гарантированы.

 

Фазное управление рождает широкий спектр помех, который может мешать опросу датчиков температуры DS18B20. А управление методом подачи с нагрузку определенного количества целых полупериодов таких помех не дает.
Но если мощность управляемого таким образом ТЭНа превышает 2-3 кВт, мерцание осветительных ламп. подключенных к той-же фазе, становится слишком большим. А если "ноль" слабый, то мерцают и соседние фазы.
Из-за мерцания я отказался от управления целыми периодами и вернулся к фазному управлению. А чтобы помехи не ломали общения с датчиками, я схитрил.
Опрос датчиков у меня происходит раз в 6 секунд и занимает по времени четыре полупериода сетевого напряжения. Эти четыре полупериода я не обрезаю, а либо даю в целом, неурезанной виде, либо запираю полностью. Это зависит от настроенной мощности.

Во время каждого управляемого полупериода я 125 раз измеряю мгновенное значение напряжения на ТЭНе, возвожу в квадрат,суммирую, и в момент зерокросса вычисляю фактическое действующее значение напряжения (и мощности). Если это значение меньше заданного, во время следующего полупериода "поджиг" симистора происходит чуть раньше, если больше - чуть позже. Таким образом, заданный нагрев стабилизируется и не зависит от колебаний сетевого напряжения.

Разумеется, отсутствие управления раз в 6 секунд немного уменьшает стабильность, однако, если учесть, что неуправляемыми оказываются всего 4 полупериода из 600, погрешность оказывается меньше 1% и вполне меня устраивает.

 

Как производитель подобной автоматики (с аналогичным регулированием) могу подтвердить слово в слово. Нагрузкой были ТЭНы ок. 3кВт. Там вообще светопредставление начинается. Продали ок 1000шт, на этом и свернули проект. Метод хорош (в теории), но вся его беспомеховая прелесть разбивается об дряное состояние наших электросетей.
Сейчас ФИ управление (пока без стабилизации).

--- сообщения объединены, 19 авг 2015, дата первого сообщения: 19 авг 2015 ---

Согласен.

Толком не помогает. Хорошие LC фильтры помогают.

--- сообщения объединены, 19 авг 2015 ---

Делитель или трансформатор?

 

Делитель.Схема имеет бестрансформаторное питание.

 

а зря похоронили тему, получается сдались, не решив проблемы из-за большой помехи. Современные сварочные аппараты выполнены именно по такой схеме регулирования мощности (импульсной с фазовым регулированием ), можно сконструировать фильтр по аналогии. Регулятор выполнить на ssr 40 LA или самодельном с оптопарой. Управление подачей постоянного напряжения от 1,5 вольта до 5. Его можно получить (для ардуино) путем подключения конденсатора , последовательно с резистором.

 

А что за параметр на блоке управления - PWM=90% это типа регулировка мощности тэна? Какое оптимальное значение должно быть выставлено?

 

это мощность работы тэна во время варки.

 

Самый правильный способ регулирования мощности ТЭНа - коммутация.

 

А я ничего не настраивал, кипит и ладно, через край не убегает. Бак 36 литров, тэн 3 кв

 

Коллеги, наскочил на видос варки пива

В этом ролике (на 14й минуте) Жора показывает, что в прошивке на его пивоварке есть регулятор мощности тэна, после того, как сусло закипело 0-100%.
Не в курсе, что это за прошивка? Или это коммерческая прошивка от производителя пивоварни?

 

очень похоже на обычный ардбир. в ней тоже при достижении температуры варки тэн работает в % мощности, выставленной в настройках. на видео видно, как моргает светодиод тэна. значит, регулировка мощности реализована путем включения-выключения тэна на определенное время. как у всех