¿Cuáles son algunos problemas con el funcionamiento de un elemento de calefacción en el modo PWM?

Question

Quiero ser capaz de controlar un elemento de calefacción (que se ejecuta en 230V red) nivel de potencia, y estoy pensando en correr con un relé de estado sólido y PWM. Sin embargo, estoy seguro de las implicaciones de hacer esto.

1. Consumo de corriente - El elemento de calentamiento es de 2000W, por lo que ~9 amperios. Será el cambio de la cantidad de corriente que a altas frecuencias causar efectos adversos en el resto del circuito de potencia en mi casa (una luz que parpadea, etc.)

2. Inducida por ruido en el resto de la casa de circuitos que he leído en EE.SE que SMPS causa de ruido de alta frecuencia en la red eléctrica del circuito, y esto puede evitarse usando un cuello de botella. Es esta una solución válida para el PWM ing un elemento de calefacción?

Si el PWM no es una solución válida para el control de la potencia de un elemento de calefacción, por favor, sugerir alternativas.

Answer 1

Los elementos de calefacción están diseñados para soportar las tensiones mecánicas de los ciclos térmicos. Girando dentro y fuera de ellos muchas veces no suele causar problemas.

Una cosa a tener en cuenta es la constante de tiempo de la aplicación de la energía a un elemento de calefacción para el cambio de temperatura en que lo que se calienta. Más probable es que esto es mucho más que una línea eléctrica de ciclo. Esto significa que el PWM puede ser bastante lento, pero aún así es mucho más rápido que el sistema puede responder. A menudo, usted puede arreglar para que todo el poder de la línea media de los ciclos, ya sea totalmente o totalmente apagado.

Mirar a través de relé de estado sólido de ofertas, y usted verá que hay dos tipos básicos. Uno cambia de forma inmediata de acuerdo a la señal de entrada, y los otros interruptores en el lado de alimentación de la línea de cruce por cero. Desea que el último. Conmutación en paso por cero reduce en gran medida radiada y conducida ruido.

Hice un proyecto de una vez cuando un PIC de 18 años tuvo que controlar el 24 de calentadores impulsada a partir de la línea de energía y controlado por relés de estado sólido. Para cada relé, sólo se necesita para calcular si es necesario que este poder de la línea de mitad de ciclo. Que tiene muy poco de computación, y varios de los calentadores puede ser fácilmente manejado por un microcontrolador pequeño como una PIC de 18 años.

En lugar de un tradicional PWM con un período fijo y variable de ciclo de trabajo, he utilizado un algoritmo de Bresenham para decidir el estado de encendido/apagado de cada medio ciclo. El resto del sistema proporcionado un 0-255 valor para cada calentador para indicar lo difícil que debe ser impulsado, con el que 0 es apagado y 255 de ser completa. Para cada calentador, mantener un sistema de 8 bits del acumulador. Cada ciclo del algoritmo, que es cada 1/2 de potencia de ciclo de línea), agregar en el 0-255 deseado nivel de unidad. Si no se llevan, a continuación, mantenga el calentador para ese ciclo. Llevar, encienda el calefactor y restar 255 de bytes, que es la misma que la adición de 1. Eso es todo. Sí, realmente es así de fácil.

El peor de los casos el contenido de frecuencia es todavía 255 ciclos, como sería con el PWM, pero los valores intermedios tienen menos contenido de baja frecuencia debido a la inherente tramado de la naturaleza de el algoritmo de Bresenham. En cualquier caso, suponiendo que el 50 Hz potencia de la frecuencia de la línea, el patrón se repetirá cada 2.6 segundos, independientemente del método que utilice.

Answer 2

Encendido y apagado mediante un cruce por cero, SSR y una base de tiempo de 10 o 30 segundos no son la causa de importantes EMI (porque es de conmutación en los cruces por cero).

Puede causar objetable luz que parpadea si las luces están en el mismo circuito, de la misma manera que las impresoras láser y fotocopiadoras a veces causa el parpadeo. No debe causar ningún efecto notable en las cosas que no están en el mismo circuito.

Los reguladores y de PWM de alta frecuencia puede causar ruido EMI/problemas, pero eso no es un problema con el cruce por cero de conmutación de baja frecuencia PWM.

Answer 3

Normal PWM no es adecuado para la conmutación de los elementos de la calefacción. Simplemente porque los elementos de calefacción son muy lentos para responder a los cambios en la corriente. Se toma un tiempo para calentar y enfriar. Mucho más que cosas como los motores o LEDs.

Así que hay que utilizar una técnica conocida como "Lento " PWM", que es como PWM en el que tiene un ciclo de trabajo, y la relación del uno con el otro, define el promedio actual, pero el periodo (o tiempo) de la PWM es considerablemente más larga.

En lugar de cambiar a 500 hz, 1 khz, 20 khz, o lo que sea, tienes que cambiar en fracciones de Hz - por ejemplo 0,25 Hz, o una base de tiempo de 4 segundos. Más bases de tiempo también pueden ser utilizados, tales como los 30 segundos se menciona en Sphero la respuesta.

También a tener en cuenta es el hecho de que incluso cuando un elemento de calefacción está en "off", es todavía muy caliente y calefacción el área a su alrededor. En consecuencia, la temperatura de la cosa que usted está tratando de calentar continúa aumentando después de girar el elemento de calefacción apagado.

Yo mismo lo he hecho en casa, hornos de reflujo con un par de elementos de calefacción. Estos me cambio a no más de 1 segundo a intervalos, pero no estoy usando PWM para ellos. En lugar de ello estoy utilizando un algoritmo predictivo que intenta estimar lo que la temperatura seguirá aumentando a partir de la corriente ha sido eliminado y quitar la corriente en un punto adecuado antes de que la temperatura objetivo ha sido alcanzado. Se utiliza la pendiente de las temperaturas registradas a lo largo del tiempo, junto con un manual determina el calor de extensión constante.