Las bombillas parpadean cuando se controla un potente calentador con PWM a través de SSR

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Estoy creando una plataforma diy sous-vide con esp8266, un elemento de calentamiento tubular (1,5 kW) y un relé de estado sólido (cruce cero, Fotek SSR-25DA)

Utilizo un elemento calefactor relativamente potente, para que el agua pueda alcanzar rápidamente la temperatura deseada. Sin embargo, una vez que se alcanza, quiero un control más granular, por lo que uso PWM de 10 Hz para abrir y cerrar el SSR.

El problema es que mis luces de techo comienzan a parpadear cuando el ciclo de trabajo no es del 100%.

Creo que esto se debe a la corriente de arranque del calentador, pero no sé cómo acercarme a arreglarlo.

¿Tal vez debería aumentar la frecuencia PWM? Pero no estoy seguro de que funcionará, teniendo en cuenta que el SSR es cero-cruzado. ¿O debería agregar algún condensador de grasa en paralelo con el elemento calefactor?

Quiero poder limitar la potencia de calefacción porque lleva un tiempo (unos 300 ms) obtener la temperatura del sensor (ds18b20), y dejar el elemento de calefacción encendido durante ese tiempo a plena potencia sobrecalienta el agua fácilmente.

Aquí hay algunos detalles:

  • El volumen de agua es de aproximadamente 3L
  • El tiempo de lectura del sensor es de 375 ms
  • El rango de temperatura típico es de 60-65 grados Celsius
  • Uso el siguiente ciclo:

read the temperature (t) if t >= target set duty to 0 if t < target - 3 set duty to 10/10 if t < target - 2 set duty to 7/10 if t < target - 1 set duty to 5/10 if t < target - 0.3 set duty to 2/10 else do nothing

    
pregunta Vovcheg

3 respuestas

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Un poco de matemáticas:

$$ t = \ frac {m \ times \ Delta T \ times SHC} {P} $$

donde \ $ t \ $ es el tiempo en segundos, \ $ m \ $ es la masa en kg, \ $ \ Delta T \ $ es el cambio de temperatura en K (o ° C), SHC es la capacidad calorífica específica de la masa en kJ / kg / K y P es la potencia (kW).

Para sus 3 L de agua, el tiempo necesario para elevar la temperatura 1 ° C es

$$ t = \ frac {3 \ times 1 \ times 4.2} {1.5} = 8.4 \ \ mathrm s $$

Aquí podemos usar fácilmente un controlador de cruce por cero con un ciclo de trabajo de 1 s y mantener la temperatura cerca del punto de ajuste.

Figura1.Controldepotenciadeciclodetrabajodecruceporcero.Fuente:mirespuestaa Una pregunta sobre el cruce por cero frente al azar Los SSR de fuego .

Tenga en cuenta que su controlador se está ejecutando de forma asíncrona con la red eléctrica (no sabe dónde está el cruce por cero), por lo que el SSR retrasará la activación y desactivación hasta el próximo cruce por cero. Debido a la naturaleza aleatoria probable de esto, todos deberían promediar para dar el control preciso deseado. Tendrá 100 o 120 cruces por segundo (50/60 Hz) que le darán una resolución aproximada del 1% en el control de potencia.

Mirando tu código, sospecho que tu algoritmo de control no es lo suficientemente bueno. Puede ser el momento de mirar el control PI, proporcional-integral. Para una introducción, eche un vistazo a mi respuesta a Comprensión del flujo de un controlador PI? .

Figura 2. Respuesta de control de PI para una ilustración de control de crucero de automóvil del artículo vinculado.

Intentaría establecer la banda proporcional a aproximadamente 10 ° C y el tiempo integral a 60 s para los principiantes.

    
respondido por el Transistor
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Agregue ruido o una señal lo suficientemente grande para la retroalimentación del termistor. En lugar de PWM, confíe en ZCS para omitir ciclos y obtener retroalimentación proporcional con saltos de ciclo modulados por el ruido y ZCS para la corriente de paso sinusoidal que pueden soportar las luces del techo.

Elija el nivel de ruido para que coincida con su rango proporcional de 1 a 10 grados o menos, dependiendo de dT (‘C) en 300 ms

El ruido de frecuencia de línea puede o no estar bien. A finales de los 70 tenía un calentador de agua. Diseñé OpAmp con un poco de ruido de CA para que el relé cambie de manera que salte los ciclos cada 10s a 10 minutos de manera silenciosa con una reducción alta de los últimos 100k ~ 1M ciclos para regular dentro de 0.1’C

El termistor dual es mejor debido a los errores de detección cerca del calentador.

añadido

Si asumo que usted tiene 230Vac a una carga de 1.5kW o 6.5A que hace que las luces parpadeen, me pregunto por qué. ¿Son tubos de LED o FL con errores de regulación de línea sensibles? Entonces, ciertamente, un PWM más alto funcionará mejor con una fuente de alimentación diferente, por ejemplo. enlace

Una solución más ideal.

Corrección activa del factor de potencia, para la inmunidad al ruido frente a interferencias con otras personas, y aceptable y realizado; Ruido radiado, fácilmente regulable y compatible con el ruido. (buen diseño de EMC)

    
respondido por el Tony EE rocketscientist
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Si su tiempo de respuesta térmica es tan pequeño (< 0.3S) que necesita cambiar su diseño, Faster PWM no ayudará si solo puede medir a ~ 3Hz.

Podría usar algún tipo de circuito TRIAC con el cambio de ciclo que le proporcionaría mayor granularidad, pero es probable que no ayude a los transitorios de potencia que afectan sus luces. Pero, nuevamente, su factor limitante es el tiempo de su ciclo de medición.

Lo que realmente necesita hacer es desconectar la alimentación / corriente que está cambiando.

Es posible que esté mejor con dos elementos calentadores. Un "hervido rápido" para acercarse a la temperatura, y un elemento más pequeño de "cocción lenta", que usa menos corriente, que puede usar para mantener la temperatura deseada.

ADDITION:

Si extrapola esa idea, también puede diseñarla con varios calentadores, es decir, dividir el grande, y luego secuenciarlos en lugar de solo encender un gran calentador. Si lo hace, se reducirá la corriente y, con suerte, evitará que las luces se atenúen.

ADICIÓN 2

Ya que aparentemente está tratando de mantener la temperatura a una tolerancia de temperatura ajustada, el retraso térmico en el calentador a los mecanismos de transferencia de agua será un problema. Es decir, cuando apague el elemento, continuará agregando calor al agua durante un período posterior. Esa es otra razón para dividir el calentador.

    
respondido por el Trevor_G

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