2 kW element sturen met Arduino

Hallo iedereen,

Ik heb een (verwarmings)element dat een vol vermogen van 2 kW levert bij 240 V.
Nu wil ik graag dat vermogen sturen tussen pakweg 50% en 100% met een dimmer, die op zijn beurt gestuurd wordt met een Arduino PWM signaal.

Dit mag uiteraard een kant en klaar in de handel verkrijgbaar spulletje zijn (als het niet te duur is), maar ik heb nog niets bruikbaars gevonden.

Of het mag ook een DIY spulletje zijn. Ik heb al wel vaker een schakeling in mekaar gesoldeerd, maar... ik heb totaal geen benul hoe ik zoiets moet ontwerpen!
Iemand hier die zich geroepen voelt mij hierbij te helpen?
Of heeft iemand misschien een link naar een bestaand bruikbaar ontwerp (eventueel met wat aanpassingen)?

Als er wat variatie in het temperatuurverschil mag zitten en de op te warmen massa relatief groot is kun je volstaan door het element gewoon langzaam aan en uit te zetten.

Voor 50% kun je het element bijvoorbeeld 2 minuten aan en 2 minuten uit zetten. Je kunt dan een eenvoudig (solid state) relais gebruiken.

Voor veel kortere tijden (seconden in plaats van minuten) kun je beter een solid state relais gebruiken. Als je een solid state relais met nuldoorgangsdetectie gebruikt produceer je minder storing op het lichtnet. Je kunt dan overigens niet sneller dan de netfrequentie schakelen.

Misschien een idee om een gewone (eventueel professioneel 2e hands) lichtdimmer te gebruiken?
Dan zul je wel een model moeten hebben wat 2kw aan kan.

Met name bij verwarmingselementen is het heel gebruikelijk om deze met 'volle golf' aan te sturen. Fase-aansnijding is helemaal niet nodig en (gezien oa storingen) zelfs ongewenst. Volle golf aansturen wil zeggen: meerdere perioden (halve sinus) AAN, dan een pauze. In feite een aan/uit regeling dus. Afhankelijk van de toepassing kunnen de schakeltijden liggen tussen een veelvoud van 10ms tot meerdere minuten.
Dit hele gebied is simpel te doen mbv een Arduino icm een SSR. Neem er eentje die in de nuldoorgang schakelt en het geheel werkt keurig met een minimum aan netvervuiling.

Eerst en vooral: bedankt voor jullie berichtjes!

Na het plaatsen van mijn vraag heb ik ook nog dit draadje gevonden en gelezen. Er wordt in grote lijnen hetzelfde gezegd als in jullie reacties, dus dat zit wel goed. ;-)

@JelmerJan:
ik heb al behoorlijk wat online zoekwerk gedaan naar kant-en-klare dimmers, maar nog niets bruikbaars (of anders gigantisch duur) gevonden. Misschien zoek ik op de verkeerde termen... ?

@mbbneon & wtt:
schakeltijden in de orde van minuten zijn voor mijn toepassing (zie lager) niet geschikt.
Ideaal zou zijn als een volledige aan/uit cyclus onder (of gelijk aan) 1 seconde zou kunnen.
Als ik de uitleg van wtt juist begrijp, dan kom ik op een regeling van 0 tot 100% in 100 stappen van telkens 20W.
Dat zou prachtig zijn!
Maar... hoe kan ik zo'n SSR (met nuldoorgangsdetectie) sturen met een PWM signaal?
Iemand die zo'n schema heeft? (of een link ernaar)

De toepassing die ik wil bouwen is dit:
Ik wil een hoeveelheid vloeistof (varierend tussen de 20 en 30 liter) eerst naar het kookpunt brengen; liefst zo snel mogelijk, dus op vol vermogen. Dan moet het vermogen verminderd worden, zodanig dat de vloeistof aan het gewenste tempo zal verdampen.
Momenteel regel ik het vermogen manueel met een dimmer zoals deze.

Vloeistof heeft een warmte capaciteit, dus het is volstrekt nutteloos om hoog frequent een warmte apparaat te gaan regelen. Dit soort dingen worden meestal middels een PID regeling geregeld wat rekening houd met de energie capaciteit van het systeem. En, bij de juiste implementatie, zijn deze regelingen erg stabiel!

Op deze manier reduceer je het onnodig schakelen van hoge vermogens op je groep en dus EM storing. Op deze manier kun je dus prima een SSR mèt nul-doorgangsdetectie weg.

//EDIT,,
Ik heb ooit deze website gebruikt om een dergelijke regeling in een PIC te programmeren:
http://www.vandelogt.nl/htm/regelen_pid.htm
Ging uitstekend, een klein professorische opstelling met een dikke weerstand (lage energie capaciteit/hoge warmte afvoer en een sensor die maar aan 1 kant contact maakte met de weerstand waardoor er een niet ideale temperatuur meting verricht kon worden) gaf een precisie van +/- < 1*C. De stabiliteit is echter afhankelijk van de P, I en D parameters, daarnaast kun je daarmee het inschakelkarakteristiek aanpassen.

LED addicted... Fijnmalen en snuiven maar!! :P

Ik weet dat dit draadje al meer dan 6 jaar oud is, maar ik wil dit toch even meegeven voor mensen die er naar op zoek zijn en toevallig hier terecht komen...

Robotdyn heeft een bordje op de markt waarmee je met een PWM-signaal een vermogen kan sturen van iets meer dan 1 kW.
Ze bestaan in uitvoeringen van
1 kanaal : https://robotdyn.com/thyristor-ac-switch-3-3v-5v-logic-ac-dc-ac-220v11…
2 kanalen : https://robotdyn.com/ac-light-dimmer-module-2-channel-3-3v-5v-logic-ac…
4 kanalen : https://robotdyn.com/ac-light-dimmer-module-4-channel-3-3v-5v-logic-ac…

Ik hoop dat dit nog nuttig kan zijn voor iemand ;)

Hensz

Golden Member

Bordje 2 en 3 zijn kennelijk dimmers en komen dus niet in aanmerking.
Bordje 1 is wel simpel uitgevoerd m.b.v. een optotriac. Zal wel werken, maar m.i. alleen fatsoenlijk als je PWM-frequentie gelijk is aan de netfrequentie, liefst gesynchroniseerd.
Ga je er met 1 of 10 kHz in, dan zal het element altijd praktisch voluit aan gaan.

Don't Panic!

Dat dimmers niet in aanmerking komen lijkt me onzin; als die dingen acceptabel zijn voor lampen, zijn ze dat ook voor een verwarmingselement van hetzelfde vermogen. Dan ga ik er dus wel vanuit dat de filtering adequaat is.

Er zijn ook plaatsen waar je beter een dimmer gebruikt in plaats van een sterk wisselende belasting (aan/uit regeling); bij een klein aggregaat bijvoorbeeld, maar ook op een gewone lichtnet verbinding zou je het in- een uitschakelen van zo'n belasting kunnen zien.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Maar hoe zou je zoiets praktisch aanpakken?

Ik denk dat als het toch niet zo snel hoeft te zijn en de shakleduur enige cyclus duren dat je zoiets met een solid state relais kunt doen.
Met een SSR kun je die mooi op een arduino aansturen als dat gewenst is.
En op die arduino kun je vervolgens weer een thermische sensor plaatsen die de boel aanstuurt.

"tijd is relatief"
GJ_

Moderator

Verwarmingselementen worden in dit soort gevallen met een traag soort PWM gestuurd. Je moet denken aan periodetijden van 5 of 10 seconden, iets in die ordegrootte.

Op 17 november 2020 10:57:53 schreef Martin V:
Ik denk dat als het toch niet zo snel hoeft te zijn...

inderdaad, snelheid is niet van belang. Gewoon met een SSR sturen. In vroeger dagen deden ze het met magneetschakelaars.

Op 17 november 2020 11:05:18 schreef GJ_:
Je moet denken aan periodetijden van 5 of 10 seconden,

Vroeger met een AVR processor deed ik dat. Tegenwoordig doe ik op m'n STM gewoon 10ms * percentage. Frequentie is dus 1Hz en stapjes van 1%. Afhankelijk van het schakelelement in m'n SSR zou het kunnen dat ik tot wel 1% meer vermogen krijg dan ik wil. (Als ik 1ms na de nuldoorgang de boel aanzet en hij gaat dan direct aan, en dan ga ik 1ms na de nuldoorgang ook weer uit, en hij dan de rest van die periode aanblijft.).

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
GJ_

Moderator

Op 17 november 2020 11:28:09 schreef rew:..Tegenwoordig doe ik op m'n STM gewoon 10ms * percentage....

Daar is ook niks mis mee. Die langere periodetijden die in de industrie gebruikelijk zijn komen nog uit de tijd dat het gewoon met magneetschakelaars gedaan werd. En zo kan ook nu nog een defecte SSR tijdelijk vervangen worden door een magneetschakelaar.

Ik denk dat als het toch niet zo snel hoeft te zijn en de shakleduur enige cyclus duren dat je zoiets met een solid state relais kunt doen.

De modules in de link zijn toch ook gewoon solidstate relais en je bepaalt zelf hoe snel je die aanstuurt.

En de kreet PWM zegt niet over de frequentie sterker nog de F komt niet eens voor in PWM.