Kaskada grzałek

[putas]

najpierw kombinowałem na LK, ale LK na za wysoką częstotliwość PWM - przy moich mocach i długościach kabli generowało się napięcie ponad 1kV i rozwalało tranzystory. Przy mniejszych mocach i napięciach może być dobrze.
Teraz faktycznie mam na Atmedze i LK do odczytów jak siedzę w pracy.
A podłączenie przez PWM będzie się znacząco różniło od podłączenia bezpośredniego. PWM będzie sterował tranzystorem i dzięki zmianom wypełnienia będzie płynnie regulował moc oddawaną na grzałkę.

[iwi]

ok. A podpowiesz:
1 - jaki tranzystor (model) - czy dowolny mosfet logic level czy dać tego chipa tc4424 - chodzi mi o najpewniejsze rozwiązanie z najdłuższym czasem działania
2 - Jak dobrać wypełnienie PWM - pisałeś coś że jest za wysokie w LK - a może zastosować dzielnik częstotliwości np na 4013 lub podobnych. Jaka byłaby najlepsza częstotliwość PWM?


oraz w dalszym ciągu nie rozumiem dlaczego lepiej sterować grzałką przez PWM niż bezpośrednio - rozumiem zasadę kaskady, ale sterowania przez PWM nie bardzo. No i tak - mamy 3 przypadki:
W przypadku kaskady w przypadku za małego natężenia prądu układ odłącza jedną grzałkę i 2 grzeją na maxa a jedna w ogóle. Jeżeli jeszcze bardziej spadnie natężenie to do ukłądu dołączona jest jedna grzałka która grzeje pełną mocą.
W przypadku połączenia równoległego solar=grzałka to cała moc wyprodukowana przez solar jest przekazana grzałce - z tym, że w przypadku małego nasłonecznienia te 3 grzałki osiągną tak niską temperaturę że nie będą w ogóle grzać, a w kaskadzie przynajmniej jedna by grzała
No i Twój przypadek - jest dużo słońca to wypełnienie pełne i wszystkie grzałki grzeją i jest OK, ale w przypadku słabego słońca 3 grzałki grzeją np na 20% mocy więc w sumie nie różni się ten przypadek niczym od połączenia równoległego - grzałki się nie nagrzeją przy tak krótkim impulsem - tak się przecież steruje temperaturę grzałki w lutownicach laboratoryjnych - czym mniejsze wypełnienie tym mniejsza temperatura.

[putas]

OK, po pierwsze nie jestem elektronikiem z wykształcenia nie umiem Ci w "naukowy" sposób wytłumaczyć, ale mogę opisać jak działa na podstawie obserwacji z życia wziętych.
Jeśli chodzi o tranzystor to zależy na jakie napięciu będzie działać układ i jaka moc grzałek
Częstotliwość PWM w LK to min 2,6kHz - przy grzałkach stosuje się 100-500Hz, ja mam nawet 61Hz. Jeśli chodzi o dzielnik częstotliwości to nie wiem, nie odpowiem.

Teraz tak.
Prawidłowo kolejne grzałki powinny być załączane jak wzrasta natężenie prądu w układzie - tak mówi teoria. Zrobienie układu załączającego kolejne grzałki w zależności od prądu jest dość skomplikowane. Poza tym osobiście nie jestem przekonany czy tak byłoby najlepiej.
Ja wyszedłem z innego założenia:
Panele dają jakąś max ilość energii przy max nasłonecznieniu (umowny punkt mocy - parametry podane przez producenta panela), np. 10A przy 200V. Jak świeci słabo to dają np 5A przy 200V. Zaokrągliłem dla łatwiejszego liczenia.
I teraz tak, jak świeci mocno to podłączymy grzałkę 1000W i panele będą trzymać 200V przy 5A. Ale jak spadnie nasłonecznienie to od razu spadnie napięcie, bo panele będą w danym momencie przeciążone. I w danym momencie, żeby utrzymać znamionowe napięcie panel może dać przykładowo tylko 3A. Żeby tak zrobić możemy mieś kaskadę, ale żeby płynnie zmieniać obciążenie musieli byśmy mieć np. 10 grzałek każda po 100W lub lepiej 20 grzałek po 50W. W zasadzie jest to raczej niewykonalne.
Stosując przykładowo 3 grzałki po 330W każda uzyskamy bardzo duże skoki napięć, bo w danym momencie panele dają np. 450W, czyli załącza się 330W, ale to jest za mało i załącza się kolejne 330W = 660W. Ale to jest za dużo i po chwili 330W się wyłącza. W tym momencie panel daje nadal daje 450W czyli za dużo na jedną grzałkę i po chwili włącza się znowu druga grzałka 330W, co znowu powoduje przeciążenie i spadek napięcia w układzie - i tak w kółko. Robi się nam dyskoteka z co chwila włączanymi i wyłączanymi grzałkami. Wiem, można ustawić histerezę lub opóźnienie reakcji, ale panele dają najwięcej prądu przy określonym prze producenta poziomie napięcia. Duże skoki napięcia powodują to, że układ "głupieje" i nie wysysamy z paneli całości prądu. Bo raz znacznie przeciążamy układ, a po chwili bierzemy tylko część energii. Pamiętajmy też, że grzałka najlepiej grzeje jak jest zasilana swoim napięciem znamionowym. Dlatego ja "pilnuję" napięcia w układzie w okolicy 220-230V.
Teraz jeśli chodzi o PWM. Tam sterowanie polega na zmianie wypełnienia, czyli na różnicy długości czasu z "0" i "1". Wszystko to milisekundy. W zasadzie uzyskujemy coś w rodzaju kaskady, która załącza się kilkadziesiąt lub kilkaset razy na sekundę. W zależności jaki jest "zapas" prądu w instalacji grzałki dostają napięcie np. 10% czasu albo na 90%.
Nie umiem Ci tego inaczej wytłumaczyć, ale działa.
Przeważnie mam wypełnienie poniżej 100%, a wieczorem woda gorąca - para leci z kranu. Czyli działa.

[iwi]

No bardzo dobrze to wyjaśniłeś - nie zdawałem sobie sprawy że to może być tak skomplikowane

ale od poczatku:
Będę miał 24V nominalnie w układzie i takie mam grzałki (3 grzałki po 190W/200W na 24V)
3 panele łączę równolegle i dalej mam 24V w układzie ale moc ponad 600W przy max nasłonecznieniu.
Jak mam sterować PWM żeby utrzymywał 24V na grzałkach czy wpisuje się jakąś mapę że przy
24-30V - daje 100% PWM
23V 80% wypełnienia
22V - 60% wypełnienia
21V - 40% wypełnienia
itp - przykładowe dane wyssane z palca, ale nie wiem jakie maja być. Ewentualnie czy dobrać je trzeba doświadczalnie czy jakoś przeliczyć.
oraz czy te 2,6kHz nie jest za dużo dla takiego napięcia - pisałeś o jakimś wzroście napięcia przy takiej wysokiej częstotliwości.

a jeszcze z innej beczki: czy ten moduł z ATMEGĄ jest bardzo skomplikowany? Czy ktoś Ci robił na zamówienie czy własny projekt - podzielisz się nim?. LK zostawię tylko do spisywania danych temp, mocy itp tak jak masz Ty

[putas]

Sterowanie PWM polega z grubsza na tym co napisałeś.
Czyli jak np jest
23,99V to wypełnienie jest 0%
24,00V - 1%
24,01V - 2%, tak żeby zbić V do 24,00V
i znowu jak 24,01 - 3%
i tak dalej.
Czyli pomiar napięcia układu odbywa się setki razy na sekundę i w zależności od "odczytu" procesor na bieżąco dostosowuje wypełnienie, żeby utrzymać zadane napięcie. Jak napięcie spadnie choćby ciut poniżej zadanego to wypełnienie spada do 0%.
Ja u siebie napięcie mam ustawione troszkę poniżej napięcia znamionowego paneli. Jeśli Twoje panele wg producenta dają max prąd powiedzmy 24V to ja bym ustawił na 23,8V. Jak producent podaje 29,5V (co bardziej prawdopodobne) to ja bym ustawił na 29,3V. Wtedy wyssiesz wszystko co dają.
Jeśli chodzi o częstotliwość PWM z LK to jest stanowczo za dużo (poza tym LK nie mierzy napięcia na wejściu, tylko ustawiasz sam wypełnienie - w naszym przypadku bezurzyteczne - bo ma być automat, który sam się dostosowujący do zmiennego napięcia na panelach) . Najczęściej stosuje się 100-500Hz. Spowodowane jest to głównie tym, że MOSFET najbardziej się grzeje (czyli powoduje straty) w momencie przełączania. Jak się przełącza 100 razy na sekundę to grzeje się mniej niż 2600 razy na sekundę. To tak w uproszczeniu trochę. Ja u siebie sprawdzałem nawet przy 15Hz. Działało, ale napięcie trochę pływało - nie ma to w sumie większego znaczenia przy grzałkach. Teraz mam na 61Hz.
Dodatkowo przy wyższych częstotliwościach i dłuższych kablach do grzałek układ zaczyna działać jak powielacz napięcia - kable to kondensator, grzałka to cewka... U mnie przy napięciu układu ok. 220V przez PWM generowało się napięcie ponad 1kV (to nie nie pomyłka 1000V). A to już nie jest zabawa, zwłaszcza że tu mamy DC.

Układ Atmegi jest prosty, program też jak się człowiek zna. Można znaleźć gotowce - schemat, płytka, soft do wgrania.
Ja zamawiałem gotowy układ ze zmodyfikowanym softem pod moje potrzeby. Na początku opisu mojej instalacji na Elektrodzie jest link http://rysiny.ovh.org/_sterownik_malej_e..._brizo.htm

[iwi]

jeszcze jedna kwestia związana z PWM (nie wiem czy ją brałeś pod uwagę).
W chwili kiedy słońce jest w pełni to mamy wypełnienie PWM 100% i jest OK, jednak jeżeli natężenie promieniowania się zmniejszy to PWM zmniejszy wypełnienie na 90% itd aż do 0%.
Rozpatrujemy prosty układ - solar = grzałka dla uproszczenia oraz wąski przedział czasowy (częstotliwość PWM 1HZ = 1sek).
Słońca jest mało więc PWM zmienia wypełnienie na 50% czyli pół sekundy grzałka się grzeje a pół sekundy się nie grzeje itd. Więc w tej pierwszej połowie sekundy grzałka wykona pracę a w drugiej połowie będzie odpoczywała i energia słoneczna będzie nam się marnowała.
Żeby tego uniknąć potrzebny jest kondensator, który przechowa z tej drugiej połówki energię elektryczną i poda ją na grzałkę w następnej półsekundówce.
Tylko jak duży musi być kondensator żeby wytrzymał takie obciążenie?
Wydaje mi się że jednak lepsze jest połączenie "na żywca" panel=grzałka lub kaskada na przekaźnikach i większa histereza żeby nie było oscylatora.

[putas]

Ja u siebie mam kondensator, a w sumie 10 * 470nF / 450V
Poza tym PWM pracuje na 61Hz, czyli te zmiany są bardzo częste.
Testowałem różne kombinacje z kaskadą i moim, podkreślam moim zdaniem nie jest to dobre wyjście. Teraz mam na PWM i działa, a czy może działać lepiej? Nie wiem, nie znam się aż tak bardzo. Jestem raczej praktykiem, a nie teoretykiem. Nie jestem elektronikiem.
Przy kaskadzie masz jeszcze większe skoki napięcia i bez porównania dłuższe cykle przełączania, bo przecież nie ustawisz tak, żeby przekaźnik przełączał się raz na sekundę, tylko dużo rzadziej. Czyli czas niewykorzystanej energii będzie jeszcze dłuższy.
U mnie działa lepiej na PWM, tyle mogę powiedzieć.
A "połączenie "na żywca" panel=grzałka" też nie bo jak będzie słabe światło i grzałka dostanie powiedzmy tylko 50% napięcia i 50% prądu znamionowego to na ile się nagrzeje? Pewnie będzie tylko gorąca. A na swojej powierzchni powinna mieć jeśli się nie mylę temperaturę coś koło 300C .

[adzik]

1. W innym temacie odpowiadałem iwi'emu, że 3 takie same grzałki można podłączyć na 6 kombinacji a to już jest b.dobre dopasowanie mocowe do PV
2. Twoje kondensatory są wg mnie za małe by mieć znaczenie. Z tym PWM to chyba wyważanie otwartych (lekko) drzwi :-) Warto zainteresować się układami ładowania/przetwornicami z funkcją MPPT (Maximum Power Point Tracking), bo o to w sumie chodzi jeśli nie chce się wymyślać układu przełączania grzałek.
3. Grzałka nie musi mieć 300st. - pewnie w wodzie będzie miała tylko nieco wyższą od niej temperaturę. Ważne ile watów na niej się wydziela. Jak będziesz miał 50% napięcia to moc grzałki spadnie do 25% (do a nie o). Dlatego dopasowanie mocowe jest b.istotne.

[iwi]

3 takie same grzałki można podłączyć na 6 kombinacji

Grzałkę w opcji 100, 200, 300 można podłączyć na 6 różnych kombinacji, ale 3 grzałki po 200W to tylko 200, 400 i 600W

2. przetwornicami z funkcją MPPT (Maximum Power Point Tracking)

jaką konkretnie masz na myśli. Nie ma co strzelać z armaty do wróbla - mam układ 3 grzałek do 120l zbiornika i chciałem coś prostego.
PWM się wg mnie nie nadaje, albo jeszcze za mało o nim wiem. Może kondensator 22000uF/100V i PWM rozwiązałby sprawę, ale sam kondensator kosztuje 100 więc chyba lepiej poszukać innych rozwiązań

3. Dlatego dopasowanie mocowe jest b.istotne.

Masz rację. Zapomniałem o wzorze który przytoczyłeś w innym poście P=U^2/R. Sugerując się liniowymi zależnosciami P=U*I myślałem że moc będize zależeć liniowo a nie od kwadratu napięcia.
Ale do rzeczy. Dzisiaj podłączyłem wszystko i moje spostrzeżenia co do napiięcia i natężenia. Panel obciążony grzałką 200W/24V
Słońce świeci - napięcie około 18V-22V
Słoćne za chmurką małą - około 12V
Słońce za chmurą dużą ciemną - około 5V

natężenie przy słońcu za chmurką przy napięciu około 12V wynosi 1,5A = czyli moc wypromieniowana na grzałce wynosi 18W. to trochę mało, ale wtedy panele były pod niewłaściwym kątem w pionie. Po skorygowaniu jutro myślę, że będzie lepiej - aczkolwiek nie spodziewam się cudu - trzeba jednak pomyśleć o innym połączeniu.

[adzik]

3 takie same grzałki można podłączyć na 6 kombinacji

1. Grzałkę w opcji 100, 200, 300 można podłączyć na 6 różnych kombinacji, ale 3 grzałki po 200W to tylko 200, 400 i 600W
2 .Masz rację. Zapomniałem o wzorze który przytoczyłeś w innym poście P=U^2/R. Sugerując się liniowymi zależnosciami P=U*I myślałem że moc będize zależeć liniowo a nie od kwadratu napięcia.

Słabo kombinujesz :-) Grzałki można łączyć równolegle ale również szeregowo! Niech + oznacza szeregowe połączenie a | równoległe. I wówczas mamy 6 kombinacji. Gdyby grzałki były o różnych mocach to byłoby ich dużo więcej
1.G1
2.G1|G2
3.G1|G2|G3

4.G1+G2+G3
5.G1+G2
6.G1+(G2|G3)

Moc zależy od kwadratu U bo przy wzroście napięcia rośnie proporcjonalnie prąd.
Coś nie tak z twoimi pomiarami. Jeszcze raz pomierz i policz. Nie wierzę, że grzałki są nieliniowe