Comments 56
Погодите, симисторы же не управляются с помощью ШИМ. Они закрываются всегда при переходе питания через 0, раньше их не закроешь. Вы совершенно ничего не написали про то, как вы с этим работаете.
Существуют схемы управления тиристором, например, с оптодрайвером на динисторе, — вот они действительно открывают или закрывают тиристор в момент перехода через ноль. Но, к таким схемам нужно еще доп. управление, как правило в виде микроконтроллера.
тиристор можно закрыть и открыть в любой момент времени полуволны.
Открыть — да. А закрыть — только при усложнении схемы.
тиристор можно закрыть… в любой момент времени
Можно, но так никто не делает, т.к для этого управляющий ток должен быть больше тока коммутируемой нагрузки. Поэтому всё-таки нельзя
а если у нас есть ключ, с характеристиками, позволяющими запереть тиристор при параллельном подключении, то почему бы его не использовать в качестве силового ключа?
Потому что этому «закрывающему» ключу нет необходимости держать нагрузку все 20мс, а только достаточно чтобы симистор закрылся — подозреваю что время там будет микросекундами измеряться.
Как только количество переполнений достигнет нужного числа из таблички, подаем низкий уровень на управляющую ножку.
… и ничегошеньки не произойдет. симистор останется открытым до конца полупериода.
Чтобы работало как и задумано, надо словить ноль, подождать расчитанный интервал, и затем подать открывающий импульс на управляющую ногу симистора.
Там это, pulse density modulation есть, которая вообще без какой либо математики делается и прегенерированных массивов.
А почему для вашего термостата выбран диммер, а не банальное включение/выключение нагревателя, как это обычно делается (инертность "объекта управления" позволяет)?
Т.е. только точность управления?
У вас мощности нагревателя хватает, чтобы за 20 мс нагреть обьект, скажем, на 1 градус? Если нет – то должно хватать ПИД с простым включением/выключением нагрузки (при проходе через 0 синусоиды, чтобы меньше шуметь в сеть).
Грубо говоря, выход ПИД – на сколько периодов включать нагрев.
UPD: Ниже FGV описал такую схему, применяемую в реальности.
три тэна по 1700 Ватт …
хе. При таких мощностях подозреваю что постоянная времени у печи часа так полтора ( т.е. ~5400 с). И накой так мудрить с коммутацией, когда можно сделать дискрет шим-а 20мс с периодом 2с? На фоне 5000с постоянной времени печи это даст колебания 0.0002 от максимальной температуры, чем можно пренебречь.
p.s. В своих регуляторах (тэн 1.5квт, тау объекта 1800с, макс. темп. ~ 1100 гр. Ц) использую шим с периодом 2с и дискретом 10мс. На выходе твердотельные релюхи с коммутацией при проходе через 0.
… мелкими емкостями с меньшими тэнами...
Используя же диммер в купе с ПИД регулятором можно добиться точной регулировки (пока что у меня вышло ± 2 градуса)
Пара примеров печек с ПИД регуляторами без волшебной математики вычисления мощности. На выходе обычный ШИМ и твердотельные реле щелкающие при переходе через 0.
На графиках: по оси OY — ошибка выдерживания температуры, по оси OX — заданная температура (нагрев идет со скоростью 3 градуса в минуту, так что по сути это время). Температура — в градусах Цельсия.
1) Печь — стальная ванна с припоем, вес припоя — около килограмма. Нагреватель 750 Вт, спираль намотана вокруг ванны. Период ШИМ = 20 секунд, дискретность 200мс:
2) Печь — стальной стакан, по весу пару кило. Нагреватель 1.5кВт расположен под стаканом и закрыт кварцевым стеклом. Период ШИМ = 2 секунды, дискретность 10мс:
Даже простой китайский диммер на лампу накаливания в 100 Ват создает в сети кучу помех, а тут, три тэна по 1700 Ватт.
Управление ТЭНом можно и нужно делать проще — при переходе через ноль, пропускать или не пропускать нужно кол-во полупериодов. Этот способ не подойдет для управления лампой накаливания- она будет неприятно мерцать, но для управления ТЕНа — самое то. Плюс нет необходимости, как в вашем варианте, в огромных радиаторах для тиристоров.
Какое-то время назад была статья на хабре, в которой предлагали использовать алгоритм брезенхейма для равномерного распределения мощности. Можно даже прикрутить к нему ПИД. С удовольствием прочитал бы об этом.
… нужно кол-во полупериодов.
Лучше — целых периодов. С такой инерционностью объекта это будет незаметно, а постоянного тока в цепи — не будет.
ps но я бы на чисто активную нагрузку поставил IGBT и нормальный ШИМ с LC фильтром в сторону сети.
Рассматривали ступенчатое регулирование путëм разного кол-ва одновременно включенных нагревателей?
Решил как-то отец собрать для дачи некое устройство, в котором, по его заверению, можно будет варить сыр.
Ага, в кф «Зелёный фургон» помнится варение варили. Вот от этих энтузиастов и брали бы готовое решение типа вот этого — luckycenter.ru/forum/konstruktorskoe-bjuro/avtomatizacija/avtomatika-luckybox
Либо поставил бы что-то типа автотрансформатора, управляющего мощностью ТЭНа.
Сейчас работаю над подобной задачей.
Вообщем идея такова:
100 волн (периодов) сетевого напряжения есть 100% мощности подводимой к ТЭНу. На основании расчёта ПИД регулятора получаем, к примеру 25%. Следовательно за период регулирования (он составляет 2с, что для инертных систем время небольшое) подаём на ТЭН 25 волн из 100. Порядок включённых (1) и отключенных (0) волн определяем алгоритмом Брезенхема. Всё коммутации осуществляются при переходе напряжения через "0", что снижает выбор помех в сеть. Отслеживание перехода чез "0" реализовано на обработке внешнего прерывания. Точность регулирования 1% (можно сделать любую). Почти все расчёты целочисленные, алгоритм очень простой. Кому интересно могу поделиться схемами и программами.
Мощность — это скорость преобразования или передачи энергии. Вт = Дж/с. Напряжение умноженное на ток, лишь один из способов её вычисления.
Не считая того, что открытие в середине волны будет генерировать мощную помеху, есть ещё cos фи, который тут будет ниже плинтуса и по европейским нормам уже нужен PFC. Что мешает просто пропускать часть полупериодов?
Нелинейность ШИМ в случае переменного тока будет проявлятся только при очень малой ширине.
Частота переменного тока 50Гц — и если у вас будет ширина импульса в районе 1/50секунды и меньше -тогда да, будет нелинейность.
А если ширину импульса делать в пределах 1секунды и более — никакой нелинейности не будет.
Для большого бака и мощных нагревательных приборов такие импульсы вполне нормальны, инертность там приличная.
Мощность, как правильно написано в начале статьи — это произведение напряжения и тока.
P = U*I
Также в начале статьи правильно написано, что при постоянном сопротивлении ток будет зависеть от напряжения.
I = U/R
Таким образом в нашем случае мощность будет зависеть от напряжения не линейно, а квадратично.
P = U^2/R
Но при переходе от постоянного тока к переменному этот факт почему-то упущен.
Соответственно при расчёте мощности нужно считать не площадь под графиком sin(t), а под графиком sin^2(t).
Расчетная часть проекта красивая, но на практике не применимо… В реальном проекте достаточно поделить секунду на десять частей и включать нагрузку на эти промежутки, отслеживанием перехода через ноль будет заниматься условная МОС3061, не будет импульсных помех в сети с которыми устанете бороться. Больше проблем будет с подбором коэффициентов пид для точного поддержания графика температуры. Тут много зависит от расположения датчика температуры и его инерцией.
Как регулировать мощность переменного тока