Регулирование Переменного напряжения постоянным напряжением 0-10В Опции

[Raksefon]

Возникла такая задача:
Дано: 1) Плата аналогового ввода/вывода Advantech PCI-1716 (интересует только ЦАП 0-10В)
2) Нагревательный элемент (чайник) питание ~220В
Необходимо: Спаять дивайс для регулирования мощности нагревательного элемента.
Дополнительно: Я находил много схем регулирования мощности нагревательного элемента, НО проблема в том, что регулирующим элементом во всех было активное сопротивление. А мне нужно чтоб регулирование было по постоянному напряжению (ЦАП на плате от 0 до 10 В).
Вопрос: Кто-нибудь подскажите схему такого регулятора. Или схему преобразования изменения постоянного напряжения в изменения активного сопротивления (на входе постоянное напряжение, на выходе активное сопротивление).
Спасибо за внимание!

[Tolyaha]

Наверное здесь нужно применить семистор и некую (довольно сложную) схему его управления от напряжения ЦАП 0-10В

[Слесарь]

Симисторный СИФУ



Вместо двигателя ТЭН.
Вместо переменного резистора - оптопара. На оптопару заводится управление.

По типу как здесь:



ссылка

[yakub_EZ]

Если регулировка медленнаая, то сдвоеный переменный резистор с приводом. Один резистор остается под симисторный регулятор, а второй будет как датчик положения. На него (второй резистор) подаете 10 вольт и с вывода ползунка сигнал подаете на один из входов ОУ для вращения ДПТ привода. ОУ включить по схеме дифф усилителя, выход при необходимости умощнить, на второй вход ОУ подать сигнал с платы ЦАП.
Плюсы - визуально по "клювику" на ручке вала легко узнать режим, автономность схемы. Отключив двигатель, можно кипятить чай в ручном режиме
Минусы - механика и износ при постоянном регулировании

[MaslovVG]

Восминогий PIC с АЦП на борту, тиристорный оптрон с включением по переходу через ноль, семистор. Несколько дискретных элементов (резисторов и конденсаторов).

[Слесарь]

И как будет происходить регулирование ВКЛ/ОТКЛ ? Или как желает автор? Аналогово, регулировкой переменного напряжения на выходе.
Оптрон симмистор с контролем ZORO не работает в СИФУ.

[Tanya]

Пока автор не сказал, с какой точностью..., обсуждение не имеет смысла.

[MaslovVG]

И как будет происходить регулирование ВКЛ/ОТКЛ ? Или как желает автор? Аналогово, регулировкой переменного напряжения на выходе.
Оптрон симмистор с контролем ZORO не работает в СИФУ.

При работе на активную нагрузку СИФУ только вреден лишние помехи. А в случае дельта сигма преобразования на частоте 50 герц ,даже без синхронизации с сетью, ошибка будет не выше отклонения частоты преобразования от частоты сети.
А программа регулирования укладывается в пару десятков байт.

[Слесарь]

Я так понимаю, речь идет о включении нагрузки на полную мощность симистором на какое-то заданное количество полупериодов питающей сети? Чередавать включения/отключения нагрузки. Чем дольше нагрузка в состоянии ВКЛ, по отношению к состоянию ОТКЛ, тем больше на нагрузке выделяется мощность?
Правильно ли я понял?

[MaslovVG]

Я так понимаю, речь идет о включении нагрузки на полную мощность симистором на какое-то заданное количество полупериодов питающей сети? Чередавать включения/отключения нагрузки. Чем дольше нагрузка в состоянии ВКЛ, по отношению к состоянию ОТКЛ, тем больше на нагрузке выделяется мощность?
Правильно ли я понял?

Не совсем так но близко по смыслу. При 100% полностью отрыт. 66% пропускается каждый третий период. При 50% каждый второй. и так далее.
В алгоритме. Имеем аккумулятор и каждый период (20мсек) суммируем управляющее воздействие. Если перенос есть отываем тиристор.
И так по кругу.

[Raksefon]

Регулирование необходимо от 0-100% (от полного отключеного состояния до работы в полную мощность). ЦАП 16 разрядный, система регулирования реализована программно, она будет выдовать ЦАПу необходимый процент мощности (0-10В равняется соответственно 0-100% мощности работы нагревательного элемента). Чувствительность регулирования неоходима хотябы 5% мощности (чем точнее тем лучше).

За ответы спасибо, буду анализировать.

[Tanya]

Чувствительность регулирования неоходима хотябы 5% мощности (чем точнее тем лучше).

Для достижения такой точности по мощности уже необходимо учитывать напряжение сети. 5% точности по мощности соответствует 2.5% точности по напряжению. Так как 2.5% точности напряжения сети никто не гарантирует, а хочется еще лучше, то примитивные способы не подходят. Еще нужно знать инерционность нагревателя и желаемую скорость реакции. Толстый ТЭН и тонкая проволочка существенно отличаются.
Лучше бы автору более подробно написать, что ему нужно в конечном итоге.

[MaslovVG]

Чувствительность регулирования неоходима хотябы 5% мощности (чем точнее тем лучше).

Ну уже 8 бит обеспечивают уже 0,5%

[Tanya]

Ну уже 8 бит обеспечивают уже 0,5%

Точно. Даже 0.4%. На бумаге.

[MaslovVG]

Для достижения такой точности по мощности уже необходимо учитывать напряжение сети. 5% точности по мощности соответствует 2.5% точности по напряжению. Так как 2.5% точности напряжения сети никто не гарантирует, а хочется еще лучше, то примитивные способы не подходят. Еще нужно знать инерционность нагревателя и желаемую скорость реакции. Толстый ТЭН и тонкая проволочка существенно отличаются.
Лучше бы автору более подробно написать, что ему нужно в конечном итоге.

В этом асолютно согласен. И суммарную точность обеспечит только обратная связь по конечному параметру. Просто отмечаю что и 8 битовой арифметики для этой задачи достаточно.

[Слесарь]

Регулятор который я применяю дает такую точность (шаг не менее 0,5%, зависит от ШИМ контроллера), но аналоговый регулятор управляется ШИМ с микроконтроллера. Широтно модулированные импульсы с контроллера с развязкой оптопарой, заряжают конденсатор C10. Чем быстрее заряжается конденсатор при каждом полупериоде сетевого напряжения, тем больше среднеквадратическое(не помню как правильно называется) переменное напряжение на выходе регулятора.

[Tanya]

В этом асолютно согласен. И суммарную точность обеспечит только обратная связь по конечному параметру. Просто отмечаю что и 8 битовой арифметики для этой задачи достаточно.

Не факт. Мы же не знаем пределов хотения автора.
Если бы обратная связь по конечному параметру была быстрая, то и регулировать мощность не было бы необходимости.
Автор! Еще напишите мощность Вашего нагревателя.

Регулятор который я применяю дает такую точность (шаг не менее 0,5%, зависит от ШИМ контроллера), но аналоговый регулятор управляется ШИМ с микроконтроллера. Широтно модулированные импульсы с контроллера с развязкой оптопарой, заряжают конденсатор C10. Чем быстрее заряжается конденсатор при каждом полупериоде сетевого напряжения, тем больше среднеквадратическое(не помню как правильно называется) переменное напряжение на выходе регулятора.

Вот так вот просто? Патентуйте.

[MaslovVG]

Регулятор который я применяю дает такую точность (шаг не менее 0,5%, зависит от ШИМ контроллера), но аналоговый регулятор управляется ШИМ с микроконтроллера. Широтно модулированные импульсы с контроллера с развязкой оптопарой, заряжают конденсатор C10. Чем быстрее заряжается конденсатор при каждом полупериоде сетевого напряжения, тем больше среднеквадратическое(не помню как правильно называется) переменное напряжение на выходе регулятора.

Это вам только кажется. Для обеспечения указанных вами параматров точность номиналов компонентов их стабильность и стабильность пороговых элементов должна превышать 0,5%
Зависимость длителности от сетевого напряжения напроч уничтожает стабилитрон в схеме.

[Слесарь]

Точно. Даже 0.4%. На бумаге.

И что это будет с применением пропорциональной ВКЛ/ОТКЛ схемы? При мощности 1% это будет секунда пауза и включение нагревателя на время одного полупериода? А как же 0,5% шаг?

Это вам только кажется. Для обеспечения указанных вами параматров точность номиналов компонентов их стабильность и стабильность пороговых элементов должна превышать 0,5%

На практике это все стабилизируется обратной связью, например в моем случае, на валу двигателя которым управляю установлен тахометр. При желании я мог бы поддерживать стабильность оборотов коллекторного двигателя с точностью 0.1% и более. Что совершенно не требуется для ТЭНов, ибо не сделать добротной обратной связи.

[Tanya]

И что это будет с применением пропорциональной ВКЛ/ОТКЛ схемы? При мощности 1% это будет секунда пауза и включение нагревателя на время одного полупериода? А как же 0,5% шаг?

Добавится один период на две секунды или полупериод в секунду.

Что совершенно не требуется для ТЭНов, ибо не сделать добротной обратной связи.

Откуда у Вас такие сведения?

[MaslovVG]

И что это будет с применением пропорциональной ВКЛ/ОТКЛ схемы? При мощности 1% это будет секунда пауза и включение нагревателя на время одного полупериода? А как же 0,5% шаг?

Но импульс может быть и один из 256. А при СИФУ нужно ещё не забыть что напряжение синусоидально т.е. Мощность это Cos в квадрате от длительности.

[Raksefon]

Для достижения такой точности по мощности уже необходимо учитывать напряжение сети. 5% точности по мощности соответствует 2.5% точности по напряжению. Так как 2.5% точности напряжения сети никто не гарантирует, а хочется еще лучше, то примитивные способы не подходят.Еще нужно знать инерционность нагревателя и желаемую скорость реакции. Толстый ТЭН и тонкая проволочка существенно отличаются.Лучше бы автору более подробно написать, что ему нужно в конечном итоге.

Инерционность и другие характеристики объекта (чайника) в данной задачи неимеют значение, они будут учитыватса в програмной части (где будут запрограммированы различные регуляторы ПИ, ПИД и др.)
5% это не точность регулирования, А чувствительность! т.е. если на вход ЦАП будет подана цифра 53,45%,на выходе ЦАП сгенерируется аналоговый сигнал 5.345В то регулятор должен выдать на выходе хотябы 55% от входного напряжения (220В), следовательно 121В. Выходной сигнал мощности (напряжения) должен быть с дискретностью 5%, это 5, 10, 15, 20 и тд. %
ЦАП генерирует 10В сигнал с точностью 0.01 и разрядностью 16 бит, это гдето 6-8 знаков после запятой (это справка)

[Слесарь]

Откуда у Вас такие сведения?

Я дорабатывал аппарат выдува ПЭТ бутылки, где пластиковые колбы перед выдувом прогреваются ТЭНами, нужна была высокая точность прогрева в движении.



10 тэнов. 5 уровней прогрева по высоте колбы. 5 регуляторов мощности нагрева.

Я долго думал о стабилизации нагрева ТЭНов, при изменении температуры окружающей среды и питающего напряжения, пока не плюнул на все это и не сделал аппарат без использования ТЭНов.

[Tanya]

Я дорабатывал аппарат выдува ПЭТ бутылки, где пластиковые колбы перед выдувом прогреваются ТЭНами, нужна была высокая точность прогрева в движении. Я долго думал о стабилизации нагрева ТЭНов, при изменении температуры окружающей среды и питающего напряжения, пока не плюнул на все это и не сделал аппарат без использования ТЭНов.

И какую-такую высокую точность по температуре Вы получили?

Инерционность и другие характеристики объекта (чайника) в данной задачи неимеют значение, они будут учитыватса в програмной части (где будут запрограммированы различные регуляторы ПИ, ПИД и др.)
.....
...., это гдето 6-8 знаков после запятой (это справка)

Очень даже имеют. Это для справки, если Вы не в курсе

... Мощность это Cos в квадрате от длительности.

Даже интеграл от этого квадрата.

[Слесарь]

И какую-такую высокую точность по температуре Вы получили?

Вообще отказались от контроля температуры. Я же говорю, сделал аппарат без ТЭНов. Стали размягчать пластиковые колбы перед выдувом иным способом.

[Raksefon]

Мощность электро нагревателя (электрочайника) около 2 000 Вт.
Напряжение в цепи будет измеряться, через АЦП заводиться в програмную часть, и относительно данных уже выдоватсья процент на ЦАП.
Мне важна сама электрическая схема перехода от 0-10В постоянного тока к изменению мощности (напряжения) на входе чайника.

[MaslovVG]

Инерционность и другие характеристики объекта (чайника) в данной задачи неимеют значение, они будут учитыватса в програмной части (где будут запрограммированы различные регуляторы ПИ, ПИД и др.)
5% это не точность регулирования, А чувствительность! т.е. если на вход ЦАП будет подана цифра 53,45%,на выходе ЦАП сгенерируется аналоговый сигнал 5.345В то регулятор должен выдать на выходе хотябы 55% от входного напряжения (220В), следовательно 121В. Выходной сигнал мощности (напряжения) должен быть с дискретностью 5%, это 5, 10, 15, 20 и тд. %
ЦАП генерирует 10В сигнал с точностью 0.01 и разрядностью 16 бит, это гдето 6-8 знаков после запятой (это справка)

Отмаштабируйте внутри PIC управляющее воздействие 10Вольт - 0FFh, 5Вольт - 07fH 00Вольт - 00H будет вам счастье.

[Raksefon]

Желательно все возможные предложеня для решения моей проблемы илюстрировать в семах (т.к. я слабоват в электронике и из слов сложно сооринтироваться)

Спасибо за интерес к теме.

[Tanya]

Мощность электро нагревателя (электрочайника) около 2 000 Вт.
Напряжение в цепи будет измеряться, через АЦП заводиться в програмную часть, и относительно данных уже выдоватсья процент на ЦАП.
Мне важна сама электрическая схема перехода от 0-10В постоянного тока к изменению мощности (напряжения) на входе чайника.

Ну тогда... Микроконтроллер интегрирует разность напряжения с ЦАП (или код) и квадрата напряжения сети при открытом тиристоре. Или на нагрузке непрерывно. Когда интеграл (условно) положительный, включается тиристор с контролем перехода через ноль - есть такие специальные MOC'и. Вот и все.

Вообще отказались от контроля температуры. Я же говорю, сделал аппарат без ТЭНов. Стали размягчать пластиковые колбы перед выдувом иным способом.

Тогда зачем Вы это тут пишите? У автора ведь чайник, а не бутылка.

Желательно все возможные предложеня для решения моей проблемы илюстрировать в семах (т.к. я слабоват в электронике и из слов сложно сооринтироваться)

А еще можно на стороне это заказать... В таком случае.

[Слесарь]

Тогда зачем Вы это тут пишите? У автора ведь чайник, а не бутылка.

Зачем спросила, откуда у меня такие сведения?

[Tanya]

Тогда зачем спросила, какую точность температуры получил, когда я ясно написал о том, что отказались от ТЭНОВ.

Вопрос был не о том, а о том, с чего это Вы решили, что всегда точность поддержания мощности должны быть ниже десятой процента... А про Ваш кардинальный отказ от ТЭНов было написано позже. Непонятно, почему и зачем.

[Слесарь]

Вопрос был не о том, а о том, с чего это Вы решили, что всегда точность поддержания мощности должны быть ниже десятой процента... А про Ваш кардинальный отказ от ТЭНов было написано позже. Непонятно, почему и зачем.

Почитайте внимательно мои посты, слово ВСЕГДА там не встречается.

[Raksefon]

А еще можно на стороне это заказать... В таком случае.

На сторгоне можно купить девайсы по управлению мощностью различной сложности ислолнения, но это дорого. Просто есть желание собрать самому за более низкую стоимость и для повышения знаний электроники. Нашол схемы регулирования, но с регулирующим органов резисторного типа (диммер), а мне необходимо регулировать напряжением, вот и ищю схему перехода от напряжения к сопротивлению.

[Слесарь]

ищю схему перехода от напряжения к сопротивлению.

транзисторный оптрон или просто оптрон.

[Raksefon]

транзисторный оптрон или просто оптрон.

Может ссылка есть какого-нибуть примера?

[Слесарь]

Может ссылка есть какого-нибуть примера?

Я же давал ссылку как можно аналоговый сигнал напряжения преобразовать в аналоговый сигнал по току оптроном. С одной стороны подаеш напряжение через сопротивление (смотреть даташит к оптрону). С другой стороны снимаешь ток оптрона пропорциональный напряжению на входе.
Почему оптрон? - тебе же нужна развязка с сетью.
Смотреть мою схему.

[Tanya]

Почитайте внимательно мои посты, слово ВСЕГДА там не встречается.

Внимательно читаю 19 пост, где написано, что "При желании я мог бы поддерживать стабильность оборотов коллекторного двигателя с точностью 0.1% и более. Что совершенно не требуется для ТЭНов, ибо не сделать добротной обратной связи. "

[Raksefon]

Я же давал ссылку как можно аналоговый сигнал напряжения преобразовать в аналоговый сигнал по току оптроном. С одной стороны подаеш напряжение через сопротивление (смотреть даташит к оптрону). С другой стороны снимаешь ток оптрона пропорциональный напряжению на входе.

Напряжения преобразовалось в ток, а дальше что? У меня есть схемы регулирование мощности сопротивлением. Как дальше преобразовать ток в сопротивление?

P.s. схему еще несмотрел, изучить подробно в данный момоен времени нет

[Tanya]

На сторгоне можно купить девайсы по управлению мощностью различной сложности ислолнения, но это дорого. Просто есть желание собрать самому за более низкую стоимость и для повышения знаний электроники. Нашол схемы регулирования, но с регулирующим органов резисторного типа (диммер), а мне необходимо регулировать напряжением, вот и ищю схему перехода от напряжения к сопротивлению.

Почему же они такие дорогие?...
Вам же нужно линейно управлять мощностью от аналогового сигнала или кода. При заявленной точности такое дешево не сделать - нужно иметь информацию о текущих значениях напряжения. Похоже, что с Вашими знаниями браться за это еще рановато. И технологической базы у Вас нет... Кажется мне.
Вам все это зачем нужно?

[Слесарь]

Напряжения преобразовалось в ток, а дальше что? У меня есть схемы регулирование мощности сопротивлением. Как дальше преобразовать ток в сопротивление?

P.s. схему еще несмотрел, изучить подробно в данный момоен времени нет

Просто тупо сделай схему что запостил в тему. Если какие параметры/наименование деталей не указаны, подскажу....
Мощность, несколько киловатт. Регулировать можно постоянным напряжением по входу оптопары (через сопротивление).

Или ищи другие схемы.

[Raksefon]

Почему же они такие дорогие?...
Вам же нужно линейно управлять мощностью от аналогового сигнала или кода. При заявленной точности такое дешево не сделать - нужно иметь информацию о текущих значениях напряжения. Похоже, что с Вашими знаниями браться за это еще рановато. И технологической базы у Вас нет... Кажется мне.
Вам все это зачем нужно?

Текущее напряжение будет известно, как я говорил оно будет измеряться вольтметром и передоваться на АЦП платы ввода/вывода, выходной процент будет выдоваться с коррекцией на измеренное входное напряжение сети. Точность здес заключается толко в разрядности переходной системы (от напряжения регулирования (0-10В постоянки) к мощности (напряжению) выхода), нещитая конечно погрешности элементной базы. Есть ли чтото наподобии Цифровых потенциомеров, только на входе чтоб был не протакол который они используют, а аналоговый сигнал (напряжение или ток)?

[yakub_EZ]

наподобии Цифровых потенциомеров, только на входе чтоб был не протакол который они используют, а аналоговый сигнал (напряжение или ток)?

http://www.quartz1.com/assortiment/detail.php?ID=34116 такие же есть сдвоенные. Для цифровых потенциометров симисторная схема управления может оказаться слишком высоковольтной.
Или сделайте схему на оптопаре, как рекомендует Слесарь. Только управлять ей лучше ШИМом. Преобразователь аналог-шим можно сделать на 555-ом таймере. В интеренете полно схем, книжек как это сделать

[Tolyaha]

...от напряжения регулирования (0-10В постоянки) к мощности ...

Можно взять самый дешовый микроконтроллер с АЦП.
1. С резисторного делителя мерять управляющие 0-10В (подобрать чтобы выходной код АЦП был 0-255).
2. Формировать ШИМ сигнал на управление симистором периодом 255*10=2550ms (255 полупериодов сети) и длительностью в зависимости от принятого кода АЦП 0-255. Получится то, что Вам хочется.
PS можно принимать с компа сразу код 0-255 через RS232 (UART) без дополнительной аналоговой платы

Сообщение отредактировал Tolyaha - Aug 30 2011, 10:33

[MaslovVG]

Можно взять самый дешовый микроконтроллер с АЦП.
1. С резисторного делителя мерять управляющие 0-10В (подобрать чтобы выходной код АЦП был 0-255).

Что я и предлагал. Причем оптрон располагать вблизи тиристора. Микроконтроллер с АЦП вблизи источника сигналов управления. (что облегчает решение вопроса о его питании. По линии связи будут передаватся импульсы длительностью кратной 20 миллисекунд причем длительность фронтов некритична (может быть до миллисекунд.) Длина такой линии может быть сотни метров. Управление с пропусками единичных периодов обеспечивает высокую частоту пульсаций мощности и хорошее сглаживание (во времени) температуры нагревателя даже при большой разрядности.