¿Cómo obtengo una salida proporcional de 240 VCA de un controlador PID basado en Arduino para "atenuar" una arrocera para un proyecto de Sous-Vide?

Basándome en la orientación proporcionada en otras respuestas y en la realización de que estaba tratando de hacer algo demasiado complejo para mis necesidades reales, decidí pedir un PowerSwitch Tail IIU 240V . Es un relé simple en una caja de plástico con cables de alimentación conectados. No solucionará mi problema de "atenuación", pero como indicaron varias personas, encender y apagar cada pocos segundos probablemente me proporcionará todo el control que realmente necesito.

En realidad, esto no responde a la pregunta original que hice, pero resuelve el problema subyacente que tenía. Para aplicaciones de 110v, hay un ZeroCross Tail que en realidad haría exactamente lo que quería, y estoy seguro de que podría adaptar dicho dispositivo a 10A / 240V con enchufes del Reino Unido, pero por ahora, me conformaré con la versión IIU.

No es necesario utilizar un PID. Puedes tener un control de histéresis mucho más simple.

La capacidad térmica del agua es de alrededor de $$ 4184 J / (kg · K) $$ En mi caso, la potencia del calentador era en realidad $$ 2kW = 2kJ / s $$ Esto significa que calienta 1 kg de agua durante aproximadamente 0,5 K por segundo. En mi caso, 2kg de agua por lo general.

El mayor problema es la medición precisa de la temperatura del agua debido a la convección térmica. Usted quiere un circulador allí para mantener las diferencias térmicas mínimas.

Una vez que haya establecido una buena medición, puede hacer un simple control de histéresis, en mi caso encendí el calentador con un relé mecánico durante 1 s para tener un aumento de 0.25 K.

El error de lectura de temperatura será de alrededor de 0.5 K de todos modos, así que no te molestes con una regulación excesiva.

Para una carga puramente resistiva, estará bien con un simple relé, que también hace el aislamiento eléctrico por usted.

Si quieres optar por interruptores electrónicos, un optotriac estará bien.

El dispositivo que está controlando tiene una constante de tiempo muy larga en comparación con los ciclos de potencia de 60 o 50 Hz. Está perfectamente bien, de hecho, es una buena idea, encender y apagar el calentador para ciclos de línea completos o al menos 1/2 ciclos de línea.

Tuve un proyecto con un PIC 18 que controlaba un par de docenas de calentadores e hice exactamente eso. Utilizamos relés de estado sólido con cruce por cero, con el PIC decidiendo si cada uno debería estar activado o desactivado en cada ciclo de 1/2 línea. Tenga en cuenta que los ciclos de 1/2 línea (120 Hz como máximo) son mucho tiempo para un microcontrolador. Puede hacer PWM directo con un período de 256 ciclos de media línea. Incluso a una frecuencia de línea de 50 Hz que es de solo 2.56 segundos, lo cual es rápido en comparación con la constante de tiempo del calentador. En realidad hice un algoritmo de Bresenham para que en algunos casos el período fuera más corto, pero eso realmente no importa en el esquema de las cosas.

Ahora tiene un solo byte con 0-255 que representa la potencia del calentador lineal. El circuito de control externo puede hacer PID o lo que sea para determinar cuál debe ser la potencia del calentador en función de las mediciones de temperatura y otras características conocidas del calentador.

Puede dividir los SSR en la conmutación de cruce por cero y no de cruce por cero. El primero esperará hasta que la fase principal pase a cero antes de que se encienda. Controla un triac, y como cualquier otro circuito del triac, permanecerá encendido hasta que la corriente caiga por debajo de una corriente de retención, nuevamente en un cruce por cero. Este tipo no es adecuado para la atenuación. El otro tipo se puede disparar a voluntad y se puede usar para atenuar: simplemente controle el momento del ciclo cuando lo encienda.

Un atenuador requiere información sobre dónde se encuentra en el ciclo de la red, y un tiempo un tanto preciso para encender el triac. No necesitas eso. La cocina es solo un elemento calefactor y la temperatura cambia lentamente. Puede controlar fácilmente la potencia promedio activando y desactivando los semiciclos, como lo haría el SSR de cruce por cero. La inercia de la cocina hará que no lo note. Y no causará la interferencia que tiene un atenuador.

Para tu controlador PID no habrá mucha diferencia. En un caso, la salida será la fase principal, en el otro, el ciclo de trabajo de encendido / apagado.
Olin calculó que para un control de 256 niveles tendría un ciclo de 2.5s a 50Hz. Una vez más, debido a la inercia térmica, no necesitará esa precisión. Creo que elegiría algo como un control de 20 niveles. Eso tendría un ciclo de 200 ms a 50 Hz, unos órdenes de magnitud más rápidos que la constante de tiempo de la cocina.

Hay otras formas de controlar un triac, pero el SSR es fácil de conectar y proporciona un aislamiento seguro entre su controlador y la red eléctrica. Los SSR no son baratos, pero puede hacer su propio con solo un puñado de partes.

• Si utiliza PID y una velocidad de fotogramas PWM en el orden de 0,1 segundos o más, esperaría que funcionara lo suficientemente bien. 1 segundo o más mejor.

• Un SSR lo mantendrá a usted y a su equipo con vida y no costará mucho más que el bricolaje, siempre y cuando compre con prudencia.

Un SSR con cruce por cero permite 100 puntos de encendido / apagado por segundo utilizando una red de CA de 50 Hz del Reino Unido. Si usa PWM de 1 Hz, puede obtener un control teórico del 1% y, en realidad, dentro de un cierto porcentaje, mucho más que adecuado para una arrocera. Incluso 10 Hz PWM probablemente te daría un buen control.

Si utiliza un SSR con cruce no cero con una salida TRIAC, se activará en cualquier punto y se apagará en 100 cruces por segundo por segundo. PUEDE hacer un poco más de ruido: un elemento de la olla arrocera será principalmente resistente, por lo que no debería hacer mucha diferencia.

La versión de cruce por cero es más útil si tiene cargas inductivas.

Un SSR es tan barato como el TRIAC de bricolaje y el acoplador óptico de cruce cero, y el diseñador del SSR ha elegido un TRIAC que probablemente sobrevivirá a la carga de su placa de características. Ligeramente menos posibilidades de matarte. Ligeramente.

Si realiza una versión de bricolaje HAGA use aislamiento óptico. La muerte del controlador y del usuario es demasiado fácil de lo contrario.

Tenga en cuenta la corriente mínima de la unidad que SSR u opto necesita. Dependiendo del modelo, estos pueden ser no triviales y algunos no se activan ni siquiera un poco cuando se manejan ligeramente.

añadido: ¿Cuál es su especificación? 60'C +/- 5'C ?? luego use el interruptor CANTHERM ... si está más apretado use un termistor / comparador / suministro de CC / triac. set & olvidar

¿Se puede ejecutar la olla arrocera desde una fuente de CA de fase controlada? Lo dudo.

Supongo (!) que ha decidido interceptar los cables del elemento calefactor y adaptar un interruptor controlado térmicamente. Si el error de 1'C es un error tolerable, esto se determina únicamente (sin juego de palabras) mediante la resistencia térmica de la placa base (Rt-bp) y el sensor Rt-sensor). La razón por la que esto es trivial es que la constante de tiempo de carga (tiempo para quemar arroz) está en X minutos y el ancho de banda del bucle de retroalimentación es en milisegundos .. (múltiplos de 20 ms para un ZCS SSR).

Si desea un control proporcional, es fácil simplemente agregando ruido a su bucle de comparación que compara el sensor con la temperatura predefinida.

Dado que las ollas arroceras inteligentes tendrán circuitos desconocidos que pueden no inicializarse o empeorar, fallar bajo la condición de un voltaje de CA de control de pulso o fase, asumo que mi presunción es correcta ... otro por ejemplo. no use una CFL en un regulador Triac. No funcionará bien y oscilará violentamente y fallará temprano.

Suponiendo que ha realizado esta tarea asumida de selección o modificación adecuada, la solución más fácil y fácilmente disponible es un SSR de 10 amperios con ZCS para problemas de egreso de EMC (control electromagnético). (es decir, aparece en la radio AM)

Si realmente desea controlar un bucle térmico más rápido con poca masa, entonces la práctica habitual es utilizar el bucle de corriente CC estándar de 4 ~ 20 mA para un SSR controlado por CC. Fuera de la estantería $ 100. Hogar diseñado con amortiguadores, tapones de polietileno, diodos de recuperación rápida y MOSFETS y certificado para el Seguro contra Incendios ($ 10 en partes, $ 20K en aprobaciones reglamentarias). No te olvides de usar el sensor de diseño a prueba de fallas que detecta un bucle abierto.

Sólo bromeando, sé que no harás eso.

Es fácil encontrar uno de los 30.000 SSR diferentes en el mercado ... solo asegúrese de cumplir con los requisitos del disipador de calor.

Los SSR son fáciles de usar, pero en algunos casos, fáciles de usar mal. Así que ten cuidado con las limitaciones.

Si tiene más capacidad y desea diseñar un control de Triac Opto-aislado discreto con un punto de ajuste de potenciómetro y un sensor de temperatura de termistor y lineal, simplemente haga una nueva pregunta.

Para aquellos que sintonizaron el control lineal de la arrocera y tienen otra aplicación ...

Aquí hay algunas especificaciones típicas para un SSR controlado lineal:

Modelo ： SSR-25LA Tipo estándar

• Corriente de carga nominal: 25A de entrada al lado de CA
• Entrada de datos: 4 ~ 20mA Entrada DC Control
• Resistencia: Appr.1.2KΩ al fotodiodo.
• Método de control: Control de fase

Datos operativos

• Voltaje de funcionamiento: 90 ~ 250VAC mín.
• Voltaje de bloqueo: 600 VCA (repetitivo)
• Max. Actual ： 275A
• Corriente de fuga: ≦ 0.5% de carga completa
• Voltaje máximo: por encima de 1200 VCA

Datos generales

• resistencia dieléctrica: sobre 2.5KVAC / 1 min.
• Resistencia de aislamiento: por encima de 50MΩ / 500VDC
• Temperatura de funcionamiento: -20 ° C ~ + 80 ° C
• Material de la carcasa: ABS intensivo
• Peso: Appr. 105g
• Tipo: Estándar