Keramikugn - Styrning och mätning av AC 220V

Elektronikrelaterade (på komponentnivå) frågor och funderingar.
JohnRo
Inlägg: 3
Blev medlem: 19 januari 2017, 08:40:47

Keramikugn - Styrning och mätning av AC 220V

Inlägg av JohnRo »

Hej !
Mitt projekt är att skapa en kontroller som styr effektutvecklingen i en elektronisk keramikugn. Värmen genereras av ett antal kanthal-slingor som drivs med 220 V trefas. Varje fas kommer att driva två slingor. Jag vill styra effekten digitalt med en Raspberry Pi eftersom man måste kunna ändra temperaturen kontrollerat (långsamt över flera timmar).

Förutom drivningen kommer jag att använda ett termoelement för att mäta temperaturen. Dessutom vill jag övervaka strömmen genom slingorna. Det behövs egentligen inte för funktionen, men det kan vara kul att se hur mycket ström eller egentligen hur stor effekt som ugnen drar i olika moment.

Nu har jag två frågor.

Fråga ett
Min tanke är att styra strömmen genom lindringarna med halvledarrelä. (3 st SSR-40 DA) På och av via PWM från min Raspberry Pi. Frekvens på PWM ca 2 Hz borde var bra antar jag. Men detta upplägg verkar göra det svårt att mäta strömmen. (Se fråga två nedan) Jag har googlat lite och det verkar som att ett alternativ till halvledarrelä kan vara styrning med en triac. Använder man triac och fasstyrning så borde det vara enklare att mäta strömmen genom kretsen på ett tillförlitligt sätt. Men jag hittar inte någon beskrivning på hur man kan styra en last med triac. Bara på och av med PWM hittar jag på många ställen men hur styr man via fasvinkeln på ett enkelt sätt?

Fråga två
Om jag styr strömmen via PWM så resulterar det i att det går max ström genom kretsen i en del av PWM-cykeln och noll ström under resten. Frekvens ca 2 Hz. Beroende på när jag mäter (via min Raspberry Pi) blir det alltid ett av två värden (max eller 0) oberoende av hur mycket effekt som levereras till lindringarna. Jag är förstås intresserad av att mäta medelströmmen över ett par sekunder så att jag därigenom kan räkna ut effekten som utvecklas. Hur gör jag det? Tankarna så här långt är att använda en halleffektsensor (ACS756) men hur får jag till medelvärdesbildningen? Enda lösningen jag har kommit fram till så här långt är att koppla in en mikroprocessor (Arduino) och sampla strömmätningarna med hög frekvens och därefter "räkna" ut medelströmmen med mjukvara. Finns det inget enklare sätt?
svanted
Inlägg: 5082
Blev medlem: 30 augusti 2010, 21:20:38
Ort: Umeå

Re: Keramikugn - Styrning och mätning av AC 220V

Inlägg av svanted »

man behöver ju e.g. inte mäta strömmen/effekten, om du mäter effekten med full spänning = maxeffekt.
pwm faktorn multiplicerat med maxeffekten blir medeleffekten.
Användarvisningsbild
Icecap
Inlägg: 26105
Blev medlem: 10 januari 2005, 14:52:15
Ort: Aabenraa, Danmark

Re: Keramikugn - Styrning och mätning av AC 220V

Inlägg av Icecap »

Jag gjorde detta för 3 st ugnar med gemensam styrning på labbet i Hasle klinkersfabrik i DK way back i ~1985.

Regleringen skedde helt enkelt vid att räkna ut önskad temperatur och kolla om mätt temperatur var under eller över och sedan slå på och av enl. detta. Den mätning skedde varje sekund. Alltså ingen fast PWM, ingen PI-reglering eller liknande.

Övervakningen gav att kurvorna var spikraka enl. den logger som följde dom.

Strömmen är ju fast om slingorna är hela, alltså kan den totala energi räknas ut vid att räkna ihop till-tiderna.
JohnRo
Inlägg: 3
Blev medlem: 19 januari 2017, 08:40:47

Re: Keramikugn - Styrning och mätning av AC 220V

Inlägg av JohnRo »

svanted:
Det har du ju alldeles rätt i och egentligen går det ju utmärkt att styra ugnen utan strömmätningen. Tanken med strömmätningen är att ha både hängslen och livrem. Förutom att styra effekten med pwm vill jag kolla vilken faktisk stöd som går genom ugnen. Jag tänkte att det är ytterligare ett sätt att kontrollera att allt är ok. Exempelvis kan jag ju då snabbt detektera om en slinga går av, eller om resistansen försämras över tiden. Men kanske framför allt, detta är ett lärprojekt för mig. Jag vill såklart ha igång min keramikugn, men jag vill gärna lära mig en del på vägen.

lcecap:
Intressant! Men hur mätte du temperaturen och vad använde du för att återkoppla temperaturavvikelser till på/av?

Raspberry Pi ger ju en del ytterligare möjligheter som inte fanns 1985, exempelvis tänkte jag mig övervaka ugnen på distans med en app i min smartphone, men det blir ett senare projekt. :D
alexanderson
Inlägg: 776
Blev medlem: 18 januari 2017, 14:59:43

Re: Keramikugn - Styrning och mätning av AC 220V

Inlägg av alexanderson »

Det finns många kretsar för fasvinkelkontroll av triac och tyristor exempel TCA785.
Är alla tre slingorna galvaniskt skilda? I så fall kan du placera triacarna i nollpunkten vilket förenklar konstruktionen.
alexanderson
Inlägg: 776
Blev medlem: 18 januari 2017, 14:59:43

Re: Keramikugn - Styrning och mätning av AC 220V

Inlägg av alexanderson »

Det finns många kretsar för fasvinkelkontroll av triac och tyristor exempel TCA785.
Är alla tre slingorna galvaniskt skilda? I så fall kan du placera triacarna i nollpunkten vilket förenklar konstruktionen.
Användarvisningsbild
Icecap
Inlägg: 26105
Blev medlem: 10 januari 2005, 14:52:15
Ort: Aabenraa, Danmark

Re: Keramikugn - Styrning och mätning av AC 220V

Inlägg av Icecap »

Det blev använd ett termoelement, precis som du gör.

Att börja med fasvinkelstyrning är att be om problem! Den termiska massan är ju likaväl så pass stor att det inte behövs annan än av/på.
JohnRo
Inlägg: 3
Blev medlem: 19 januari 2017, 08:40:47

Re: Keramikugn - Styrning och mätning av AC 220V

Inlägg av JohnRo »

alexanderson:
Intressant! Alla tre slingorna är galvaniskt skilda nu men jag tänkte koppla alla till nollan och sedan använda en fas till varje slinga. Och styra effekten med hjälp av ett halvledarrelä. Är det rätt tänkt. Eller alternativt med trav och fasstyrning på varje fas. Jag har googlat lite för att hitta exempel på användningar av TCA785 för fasstyrning, helst då fasvinkeln ställs in elektroniskt, exempelvis från en mikrokontroller via en DA-omvandlare. Hittar inget. Vet du något?

lcecap:
Men hur styrde du effekten? Idag vill man ju kunna bestämma exempelvis att ugnen ska öka ett visst antal grader per tidsenhet till en viss temperatur uppnås, och därefter hålla den temperaturen en viss tid, för att därefter svalna av med ett visst antal grader per en ny tidsenhet. Och många variationer av detta... Hade man inte de kraven 1985?

Jag håller med om att fasstyrning inte är nödvändigt för själva styrningen. Här går det utmärkt med av/på, men däremot verkar det vara mycket mer komplicerat att mäta genomsnittsströmmen om man kör av/på eller PWM. Det förefaller enklare att mäta genomsnittsströmmen vid en "kontinuerlig" fasstyrd AC. Man jag kanske har fel. Jag är som du säkert har märkt inte expert på området. Långt ifrån. :)
Användarvisningsbild
Icecap
Inlägg: 26105
Blev medlem: 10 januari 2005, 14:52:15
Ort: Aabenraa, Danmark

Re: Keramikugn - Styrning och mätning av AC 220V

Inlägg av Icecap »

Jag byggde ett bibliotek där man matade in ändringen i grader per timme.
Var det värde icke-noll skulle det sedan matas in en sluttemperatur för den bit av kurvan, i annat fall skulle man mata in hur länge temperaturen skulle hållas.

Så jo, det är mycket gammal skåpmat med kurvor. Biblioteket var designad till att 1 bränning hade upp till 10 kurvbitar.

En RasPi gör inte mer än att den kör lite snabbare och har lite video o nätverksanslutning.
Skriv svar