PWM 1Hz en relé de estado sólido

Question

Estoy a punto de construir un controlador de calentamiento PID con un calentador de 1 kW y un relé de estado sólido.

El ESP8266 puede bajar hasta una frecuencia de pwm de 1Hz.

Así que espero poder variar el número de ciclos activos por segundo, encendiéndolo y apagándolo cada segundo.

¿Crearía más desgaste y calor en el relé de estado sólido, o debería hacer pwm manual durante, digamos, 10 segundos?

Cualquier preocupación sobre el ruido de conmutación se puede descartar, solo será escuchado por los tomates por la noche, y no creo que les importe.

Edit: Las especificaciones dicen que efectivamente es un SSR de cruce por cero, con una caída de tensión de 1V. 1kW a 230V da aproximadamente 5A, me pregunto si se necesita un disipador de calor para los 5W. Solo será temporal durante aproximadamente una semana, y estará sobre una losa de concreto.

edit2 Al parecer, el ESP8266 no puede hacer pwm a 1Hz; debo hacerlo manualmente. Sin embargo, el relé parece poder cambiar bastante rápido (es decir, algunos ciclos).

Seguimiento: Utilizando un ciclo de pulso de aproximadamente 3 segundos, una regulación proporcional de 1°C respondiendo al 0 al 100%, añadiendo un factor para compensar la pérdida al exterior de la "carpa" a la invernadero, y una parte de integración del error, obtuve una temperatura del aire dentro de ±0.04°C, medida con un sensor BME280. Muy impresionante.

(La carpa era un incubadora de tomates, una carpa de plástico de 6m² dentro de un invernadero más grande, con el propósito de mantener la temperatura superior a 10°C durante la noche)

Answer 1

¿Crearía más desgaste y calor en el relé de estado sólido, o debería hacer pwm manual durante, digamos, 10 segundos?

No. El SSR se enciende en cada semiciclo de red de todos modos.

Para este tipo de aplicación, un SSR de cruz cero es una buena idea para reducir la interferencia de red.

Figura 1. Ajuste del ciclo de trabajo usando un SSR de cruz cero. Fuente: LEDnique.

Para más información, consulte mis respuestas a:

• Usar corriente alterna para disparar un Triac explica el funcionamiento interno de un SSR de cruz cero.
• Confusión con el disparo del TRIAC y el punto de cruce por cero.

---

SSR Fotek falsificados

Parece que estás considerando SSR Fotek. Lee esto primero: UL advierte sobre un relé de estado sólido con una marca de reconocimiento UL falsificada (Comunicado 13PN-52). El que tienes en la imagen es falsificado.

Ver también el Desmontaje de un relé de estado sólido de 25A de eBay (SSR) por Big Clive.

Answer 2

Realmente no hay desgaste en un SSR, y el calor será el mismo para la misma potencia del calentador, ya sea en 1s o 10s de PWM.

Aunque un calentador de 1kW integrará bastante bien un PWM de 10s, obtendrá menos variación de temperatura en el calentador con un PWM de 1s, lo que podría traducirse en un poco menos de desgaste por expansión/contracción térmica en el propio calentador.

No habrá mucha diferencia, ya sea en 1s o 10s, en lo que respecta a tus tomates.

Answer 3

¿Puedo variar el número de ciclos activos por segundo, utilizando una señal PWM para controlar un SSR?

Sí se puede, pero hay problemas y consideraciones a tener en cuenta al utilizar una señal PWM para controlar un SSR.

Hay dos tipos de SSR, Zero Crossing y Phase controlled, una explicación aquí.

Con un SSR de fase aleatoria puedes controlar tu PWM de un par de maneras:

1. Tu PWM suele funcionar a la frecuencia de la red eléctrica (50 o 60 Hz) y proporciona potencia de 0-100 en cualquier ciclo completo. Esta configuración tiende a producir más ruido (transitorios de conmutación) ya que el punto de conmutación es relativamente estable en cada semiciclo. Se puede lograr una alta resolución de potencia por paso.

2. Puedes hacer funcionar el PWM a una frecuencia mucho menor que la de la red eléctrica, lo que reducirá la cantidad de ruido creado ya que el PWM es mucho más largo que 1 ciclo y el punto de conmutación (encendido) suele ser más aleatorio (sin sincronización entre la señal de control del SSR y la red eléctrica).

Si estás utilizando un SSR de cero cruce entonces tu PWM puede funcionar a cualquier frecuencia, pero la potencia suministrada a tu calentador está en semiciclos completos (lo cual puede ser un problema grave).

1. Si la frecuencia de tu PWM es un factor de 10 más lento que la frecuencia de la red eléctrica entonces hay un par de efectos. En primer lugar, solo puedes aumentar o disminuir la potencia mediante semiciclos discretos, por lo que en este caso la resolución de tu control de potencia se ve afectada. En segundo lugar, puedes tener un número impar de semiciclos en muchos puntos de los valores de control de potencia. Esta posibilidad de un número impar de semiciclos es un problema en cargas más altas ya que implica una corriente continua a través de la carga (y por lo tanto del cableado de la red eléctrica). La mayoría de las empresas de servicios públicos tienen normas sobre la cantidad de corriente continua que puede fluir a través de su transformador de calle. Un valor de CC demasiado alto puede dañar el transformador.

Aunque solo estés utilizando un elemento calefactor de 1 kW, vale la pena entender las implicaciones.

Esta pregunta también insinuó los problemas.

Recomendaciones:

1. NO utilices SSR de cero cruce con control PWM
2. Si deseas utilizar SSR de cero cruce para minimizar el ruido eléctrico, implementa el conteo de ciclos en lugar de un PWM simple.
3. Utiliza SSR controlados por fase si deseas utilizar un PWM simple.
4. Siempre utiliza la frecuencia de PWM más baja (más ciclos de CA) que cumpla con tus requisitos de PID y establece la frecuencia de PWM en un múltiplo impar de la red eléctrica para garantizar la conmutación aleatoria en el primer semiciclo y reducir el ruido generado.

Antes de que alguien lo mencione, NUNCA uses SSR de cero cruce con cargas inductivas como transformadores o ventiladores. Ver aquí.

Answer 4

Normalmente, un calentador solo tiene un comparador con histéresis y un relé.

Este Triac SSR tiene cero voltaje de encendido, cero corriente de apagado.

Sin embargo, puede haber grandes gradientes térmicos debido a la exposición al sol o a la variación de altura, por lo que puede ser prudente utilizar un ventilador de baja velocidad para reducir los retrasos entre los ciclos de calor y disminuir la variación de temperatura. Por lo tanto, es posible predecir pequeñas correcciones de error con control de ráfagas mientras el ventilador posiblemente se mantiene a baja velocidad cuando el calentador está apagado o controlado de forma independiente por el calentador.

Si simplemente tienes un comparador de baja interferencia con temperatura de consigna y 1 o más entradas de temperatura de retroalimentación, es posible que no tengas un mejor rendimiento que este. Si encuentras que hay histéresis y/o retraso en el control y los calentadores funcionan constantemente encendidos y apagados.

Si encuentras que una ganancia proporcional infinita utilizando un comparador no te da un error de temperatura aceptable, entonces define el error y descubre la causa para poder encontrar una solución mejor.

Los controladores digitales de hornos de gas suelen tener al menos una histéresis de 0.5 grados Celsius. Los calentadores eléctricos de zócalo pueden ser similares debido a las características de interruptor bimetálico. Si tu sensor es estable y está adecuadamente ubicado para una media y no está demasiado lejos, entonces el método del comparador será bueno.

En mis días universitarios a principios de los años 70, recuerdo que las clases tenían radiadores de vapor con control PID porque eran lo suficientemente potentes como para crear grandes oscilaciones de temperatura (si realizabas grandes ajustes en el dial). Sin embargo, un calentador de 1 kW no es tan potente.

Conclusión

• Sugiero que todo lo que necesitas es control On/Off.
• la potencia del ventilador podría regularse automáticamente según la temperatura o tener 2 velocidades Calentador ON/OFF.
• La ubicación del sensor para un promedio de la habitación y una proximidad moderada al calor es importante para lograr un buen control.