Thyristor contactor via PWM aansturen

Bij mij op het werk willen ze een Siemens SIRIUS thyristor contactor (3RF2440 3-fase 40A) via PWM aansturen door een Siemens S7-1200 PLC om een 19kW verwarmingselement aan te sturen.

Naar mijn mening kan dat nooit goed gaan.
En zou je een Siemens SINAMICS power controller (6RA8025 oid) moeten gebruiken die je met 4..20mA uit de PLC bestuurd.

Kan iemand dit bevestigen / ontkrachtigen?

Dat gaat nooit goed werken idd...

Een thyristor dooft pas als hij door de nul gaat wat 100 x per seconde is.

Dus 0.01 s dat is relatief snel voor.een contactor en prima als.dus solid state contactor. Echter om vermogen te regelen werkt het niet.

Als je pwm frequency op 100 hz ligt en je deze met het net synchroniseert werkt het wel... Echter dat is met een PLC nogal lastig en omslachtig.

Makkelijkste is er DC van maken en Dan regelen.

Echter je zegt verwarmings element..
Temperatuur regelen is in 99% van de gevallen een traag proces. Wat is er mis met een standard aan/uit regeling??

[Bericht gewijzigd door High met Henk op (15%)]

Bedankt voor de bevestiging Henk,

Het is inderdaad een traag proces.
Het betreft een stoomketel die we zo nauwkeurig mogelijk op 0,40 bar stoomdruk willen houden onafhankelijk hoeveel stoom er afgenomen wordt.
In eerste instantie gebruikten we een aan/uit regeling maar dan heb je een hysteresis waartussen je schakelt waardoor de stoomdruk niet precies 0,40 bar blijft.

We hadden nog een nieuwe JUMO thyristor vermogensregelaar liggen van een eerder project, die heb ik aangesloten en die krijgt de stoomdruk constant netjes op 0,40 bar nadat de sturende PID regelaar was ingeregeld.

Daardoor is er voor een vermogensregelaar gekozen.
Helaas zijn die dingen niet helemaal gratis en nu proberen ze het goedkoper op te lossen.
Maar ja het moet natuurlijk wel werken, vandaar mijn vraag.

Die hysterese is afhankelijk van een aantal zaken.

.1 je temperatuur opnemer zelf (schakelaar of transmitter? Schakelaars werken minder goed dan drukopnemer)

.2 de locatie van je opnemer, hoewel dat bij druk anders zal zijn dan bij temperatuur.

.3 je regeling zelf en die kun je dan weer prima in je PLC stoppen. Aan op 0.39 bar en uit op 0.41 bar.

Ik zou zelf ook een temperatuur sensor meenemen in je ketel zodat je ook hierop kunt regelen en evt een extra veiligheid hebt..

In principe moet het kunnen werken met twee thyristoren, maar dan moet je wel de nuldoorgang meten en daarop gaan regelen.

Als je een kleine stroom wil wacht je een X tijd na de nuldoorgang en dan trigger je de thyristoren.

Wil je een grotere stroom dan wacht je korter met triggeren na de nuldoorgang.

Ik doe dit zelf ook, maar dan met een triac.

Maar via PWM gaat het niet. Je moet echt de nuldoorgang meten.

Het kan best met PWM, mits de frequentie daarvan veel lager is dan de netfrequentie. Stel dat de PWM frequentie 1Hz is, je krijgt dan wel elke keer een variabele afwijking, van maximaal 10ms langer dan je verwacht had, maar gemiddeld is dat 5ms, en dat zou de regellus compenseren. Dit kan dus gewoon werken, tenzij je op hele lage vermogens wilt kunnen regelen, waarbij die 5ms extra problematisch wordt.

Je kunt dat nog oplossing door de netfrequentie via een transformator of optocoupler aan de PLC te voeren, en via een interrupt op dat signaal de uitgang te schakelen.

Ja, interrupts bestaan in Siemens PLCs, tenminste op de S7-200 die ik heel lang geleden programmeerde, dus ik neem aan dat de S7-1200 dat ook heeft.

De eenvoudige manier om fase aansnijding te doen is natuurlijk via een speciaal daarvoor ontworpen controller.

Ik zou ook voor een PWM van ≤1Hz gaan tenzij je proces erg sterk reageert op verwarming. Wat was de waargenomen frequentie met de aan/uit regeling? Die frequentie zal omgekeerd evenredig zijn aan de gekozen hysterese. Voordeel is dat het redelijk snel reageert als er en plotse afname is van stoom. Stoom kan erg veel energie afvoeren in korte tijd, dus dat kan van meerwaarde zijn.

Vraag je overigens ook af waar de eis dat de druk op de 20mbar stabiel blijft vandaan komt. In dat soort gevallen neig ik eerst de laatste digit van het display eens uit te schakelen of af te plakken om te zien of het dan nog steeds uitmaakt. Een vereiste van een rond getal ±1 LSB is zelden de uitkomst van een meting of berekening en wordt er onnodig tijd en geld gestoken in dergelijke fine-tuning.

Het aan-/uitschakel principe is niet meer aan de orde.

De conclusie uit de test was dat een vermogensregelaar gewoon beter regelt.
Het idee was alleen opgekomen het middels PMW en een thyristor contactor te doen met het idee dat dat goedkoper zou kunnen zijn.
Dit idee kwam overigens van een vertegenwoordiger van Siemens.

Zelf geloof ik er niet in.
Het is niet de bedoeling dat er allerlei zelfgemaakte truckendozen moeten worden geopend.
Het is industrieel en moet aan alle bekende keurmerken voldoen.

PWM kan dus prima; wat ik denk dat jij bedoelt is fase aansnijding. Het grote nadeel daarvan is dat het veel meer netvervuiling oplevert, en dus veel meer dure filtering vereist om te voldoen.

Op 1Hz krijg je PWM met een stapgrootte van 1% en een afwijking van gemiddeld 0,5% waar je voor kunt compenseren.

Op maandag 8 juli 2024 00:35:56 schreef Talisman:
Het idee was alleen opgekomen het middels PMW en een thyristor contactor te doen met het idee dat dat goedkoper zou kunnen zijn.

Het lijkt een beetje alsof je hier komt zoeken voor bevestiging dat dit een slecht plan is. Daar moet ik je helaas teleurstellen.

Als je proces traag genoeg is kan dat prima werken. in HVAC installaties met elektrische heaters doet men exact hetzelfde.

Dat is dan een trage PWM met een frequentie van 0,1Hz bijvoorbeeld. Dat werkt prima.

[Bericht gewijzigd door Sine op (13%)]

Om met het toegevoerde vermogen de druk te proberen te regelen is een 'Tricky' regeling. Er zijn allerlei mogelijke vertragingen. En regelingen werken erg ***** als er een vertraging in het systeem zit.

Stel dat het waterbad onderin afkoelt naar 108 graden (even aannemende dat 109 graden nodig is voor 0.4 bar overdruk), dan moet je dus een stuk water weer 1 graad verwarmen om weer een evenwicht te krijgen met de dalende overdruk. Die vertraging maakt de regeling ERG lastig. Een standaard PID regeling moet je dan erg "soft" instellen en dan wordt ie weer "langzaam".

Als je stoom op 0.4 bar overdruk wil hebben denk ik dat je de boel beter iets hoger dan 0.4bar kan afstellen (zeg 0.45bar, 110 graden), en dan een drukregelaar.

De druk in een ketel regel je eigenlijk altijd met het vermogen.

0,4bar stoom is nu niet echt schokkend, je zit dan net boven de 100°C

[Bericht gewijzigd door Sine op (50%)]

Anderzijds is het best makkelijk met de afname van stoom de temperatuur erg snel te verlagen, dus het zal een beetje afhangen van de hoeveelheid water die in het systeem zit. Dingen met water zijn typisch echter erg langzaam, en boilers bevatten meestal ruim meer water dan direct nodig omdat water nog wel te betalen is.

Als je last hebt van te snelle drukwisselingen kan je altijd nog een expansievat overwegen, want dat kan best met zo een bescheiden druk. Of een 4m hoge watertoren naast de boiler. Die hoeft niet heet te zijn, alleen verbonden als een communicerend vat.

Eerlijk gezegd kom ik hier inderdaad bevestiging vragen dat het een slecht plan is ja.

Deze week volg ik een cursus bij Siemens in Den haag.
Tijdens de lunch raak ik in gesprek met iemand daar en die weet mij door te sturen naar de productspecialist van de thyristor contactors.

Hij wist te vertellen dat aansturen met PWM nergens op slaat en dat ze daar over hadden nagedacht, het zit zo:

De thyristor contactor bestaat uit twee delen, de thyristor contactor zelf en een opsteek module voor de spanning waarmee je hem wil aansturen, het spoeltje van het relais zeg maar.

Nu blijkt dat ze ook een opsteekmodule hebben die je 0..10V kan aanbieden en die evenredig de thyristors aanstuurt.

Daarmee heb je dus een hele simpele vermogensregelaar zonder poespas.
Voor mij is dat prima.

Daar is heel goed over nagedacht door Siemens. Keurige oplossing op maat.

Thyristors hebben een bepaalde gate ontsteekstroom nodig om ze in geleiding te laten komen. Hoe doen ze dat met die 0..10V en in de tijd?

Op woensdag 10 juli 2024 00:10:51 schreef Talisman:
Daarmee heb je dus een hele simpele vermogensregelaar zonder poespas.
Voor mij is dat prima.

Integendeel; als je een dergelijk vermogen met fase aansnijding gaat regelen, heb je hele dikke filters nodig om aan de regels voor netvervuiling te voldoen, en die zijn duurder dan de thyristors. Als je, daarentegen, hele periodes wel of niet gaat doorlaten, is die netvervuiling veel minder, en de filters bij gevolg ook.

Het kan goed gaan, maar als iemand gaat klagen dat de lampen knipperen, ben je het spreekwoordelijke mannelijke geslachtsorgaan.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op (11%)]

Ik lees niet dat er persé fase-aansnijding gebruikt wordt. Ik ga ervan uit dat Siemens erover nagedacht heeft (hoewel Siemens dat niet altijd doet, BSH, Combino, etc.).

Een productreeks of typenummer zou wel interessant zijn om dat na te gaan.

In de OP: 3RF2440 3-fase 40A. Grote naam dat Siemens, maar dat wil niet zeggen dat de oplossing elegant zal werken. Ik denk dat het nog steeds ongefilterde fase-aansnijding kan zijn, moet ik de datasheet nog even voor doorspitten.. In de industrie is netvervuiling niet zo een issue, je krijgt gewoon een rekening van de netbeheerder. Daar waarschuwen ze je bij Siemens niet voor, juist omdat ze er over hebben nagedacht. Altijd checken dus. Ik heb apparaten zien hikken op 2Hz en 50A, dat is dan een "nette" industriële regelaar, dus dat zie je ook. Je zou toch zeggen dat dit mooier kan. :r

Op woensdag 10 juli 2024 00:10:51 schreef Talisman:
De thyristor contactor bestaat uit twee delen, de thyristor contactor zelf en een opsteek module voor de spanning waarmee je hem wil aansturen, het spoeltje van het relais zeg maar.

Nu blijkt dat ze ook een opsteekmodule hebben die je 0..10V kan aanbieden en die evenredig de thyristors aanstuurt.

Daarmee heb je dus een hele simpele vermogensregelaar zonder poespas.
Voor mij is dat prima.

Het is me alsnog niet helemaal duidelijk hoe het ding werkt, moet ik even in duiken

Hoe het van binnen afgehandeld wordt is lastig te zeggen.
In de handleiding staat dat ze alleen op de nuldoorgang schakelen.
Als ze dan de 0..10V verdelen over 100 halve sinussen zou heb prima kunnen werken.
Maar wellicht doet de 0..10V module wel aan fase aansnijding daar kwam ik zo snel even niet achter.

In de lijst met beschikbare modellen zijn er ook bij die uitgebreide filtering bezitten.
In de rol van techneut en niet van inkoper wil ik nog steeds horen dat een echte vermogensregelaar de echte "way to go is" :D
Maar aan de andere kant, als een bedrijf als Siemens dit verkoopt mag je er toch wel een beetje van uitgaan dat het een degelijk product is.

Op woensdag 10 juli 2024 07:53:01 schreef Talisman:
Hoe het van binnen afgehandeld wordt is lastig te zeggen.
In de handleiding staat dat ze alleen op de nuldoorgang schakelen.
Als ze dan de 0..10V verdelen over 100 halve sinussen zou heb prima kunnen werken.
Maar wellicht doet de 0..10V module wel aan fase aansnijding daar kwam ik zo snel even niet achter.

Hier de verschillen in uitvoering https://cache.industry.siemens.com/dl/files/610/109763610/att_1010582/…

Mooi document MGP. :)

Op woensdag 10 juli 2024 07:53:01 schreef Talisman:
Maar aan de andere kant, als een bedrijf als Siemens dit verkoopt mag je er toch wel een beetje van uitgaan dat het een degelijk product is.

Ik heb genoeg verhalen van dure, industriële producten van Siemens die echt absoluut niet deugen.

Kleine selectie:
- een servodrive die zoveel EMC rommel produceert dat zijn eigen CAN bus ermee stopt
- zware contactors met dubbele contacten, die zo zijn geconstrueerd dat het vastplakken van één contact betekend dat alle contacten dicht blijven, behalve de hulpcontacten die je gewoonlijk gebruikt voor de bewaking, die blijven wel bewegen

Eigenlijk ga ik er tegenwoordig vanuit dat het niet werkt als het van Siemens komt.

Siemens PLC's zijn prima
Siemens frequentie regelaars ook.

De Sirius spullen zijn serieuze rotzooi.... Dit zal dus ook wel serius zijn en verwacht rotzooi.

En zoals altijd en overal...

Een producent zal zijn eigen productren altijd op een voetstuk plaatsen...