Hallo Gemeinde,
ich brüte gerade über einer Leistungsbegrenzung / Regelung.
Ein Verbraucher (Heizelement) nimmt beim Einschalten einen 10-15 fach
höheren Strom auf, als beim erreichen der Nennleistung. Das erreichen
der Nennleistung kann auch mal mehrere Minuten dauern.
Jetzt möchte ich den Verbraucher über einen in einer Gleichrichterbrücke
geschalteten Mosfet "regeln".
Folgendes stelle ich mir vor:
In reihe zum Verbraucher liegt der Brückengleichrichter mit dem Mosfet.
Im Nulldurchgang wird dieser durchgesteuert, und der Stromanstieg
überwacht. Zeitgleich beginnt ein uc zu zählen, 180 Impulse pro
Halbwelle, also ein Inkrement pro Grad der Halbwelle.
Beim erreichen des Maximalstromes (z.B. 50°)schaltet der uc den Mosfet
ab, zählt weiter bis zum Scheitelpunkt (+ 40°), und nochmals weiter (+
40°), und steuert den Mosfet wieder durch bis zum nächsten
Nulldurchgang. Das Spiel beginnt von neuem, bei jedem Mal würde der
ausgeschnittene Bereich der Halbwelle schmäler. Bei mehreren
aufeinanderfolgenden Zyklen in denen der Maximalstrom nicht mehr
überschritten wird, wird die Gleichrichterbrücke über ein Relais
gebrückt.
Die Auswertung des Stromes möchte ich analog erledigen, der uc gibt über
einen DAC nur den Sollwert vor.
Ich hoffe es ist halbwegs verständlich, was ich mir da vorstelle.
Verlustleistung des Gerätes ist zweitrangig, Strom des Verbrauchers wird
so um die 10-20 Ampere liegen(Vorgabe vom uc), 230V, Ohmsche Last,
induktive oder kapazitive Komponenten betreffen nur die Zuleitung.
Nun die Frage an die Profis in Sachen Leistungselektronik.. hab ich was
übersehen? Die Schaltfrequenz ist ja recht niedrig, muss ich trotzdem
den Mosfet besonders schützen (RC-Glied)?
Andere Idee? Geht's einfacher?
Bis du im Zweitberuf Märchenerzähler?
10 bis 20 A bei 230 V (2,3 - 4,6 kW), 10- bis 15fache (max. 69 kW!)
Leistungsaufnahme beim Einschalten und über mehrere Minuten bis zum
Erreichen der Nennleistung?
Glaube ich dir einfach nicht.
Eine ganze Periode eines Sinus entsprechen 360°. Eine Halbwelle 180°,
und der Scheitel ist bei 90° und wieder bei 270° erreicht. Wenn ich nun
die z.B 47° abschalte, weil der Maximalstrom erreicht ist, fehlen noch
43° bis zum Scheitel. Weitere 43° nach dem Scheitel ist die Spannung
wieder auf den selben Wert gesunken, bei dem abgeschaltet wurde, und ich
schalte wieder ein. Der uc zählt da mit.
Die 10 bis 20 Ampere sollen der Strom sein, auf den begrenzt wird. Das
ganze soll ein auslösen der Sicherung verhindern. Ein 32A Automat mit
C-Charakteristik löst schon nicht mehr aus, ist aber nicht
empfehlenswert für eine 1,5mm² Zuleitung. Im Einschaltmoment beträgt der
Strom ein 10-15 faches des nennstroms. Danach fällt er zwar anfangs
relativ steil ab, aber die Kurve flacht beim annähern an die
Nennleistung ab.
Bernd schrieb:> 10 bis 20 A bei 230 V (2,3 - 4,6 kW), 10- bis 15fache (max. 69 kW!)> Leistungsaufnahme beim Einschalten und über mehrere Minuten bis zum> Erreichen der Nennleistung?>> Glaube ich dir einfach nicht.
Ja, bei normalen Gühlampen rechnet man mit dem 10-fachen Wert;
bei Halogenlampen auch noch etwas mehr. Ansonsten kämen nur
noch spezielle PTC-Heizer in Frage, aber die nutzt man eigentlich
nur für kleine Leistungen wie z.B. Lötkolben.
Franzose schrieb:> Ich hoffe es ist halbwegs verständlich, was ich mir da vorstelle.
Nö. WOZU das Ganze ? Damit die Sicherung nicht rausfliegt ? Sicherungen
sind träge, auch die zu schützende Leitung ist träge, SO GENAU kommt es
also bei der Sicherung nicht drauf an.
> hab ich was übersehen?
TRIACs sind robuster als MOSFETs. Beide können durchlegieren, es muss
bei einer Heizung also mindestens noch ein echter Kontakt zum Abschalten
dazu, z.B. ein Übertemperatursensor.
Ich würde per Phasenanschnitt (nicht erlaubt bei Heizungen, aber die
Anheizphase ist zeitlich begrenzt) langsam hochdimmen, und den Strom gar
nicht messen, sondern einfach langsam genug vorgehen, damit die
Sicherung bei der bekannten Heizelementkennlinie nicht rausfliegt.
Damit es keinen Verstoss gegen PFC gibt, könnte man auch, wenn die
Heizung es hergibt, erst 2 Heizelemente in Serie schalten, dann, wenn
sie warm geworden sind, beide auf parallel umschalten. Reicht vielleicht
schon zur Vermeidung von Sicherungskillendem Überstrom.
Ja, die Heizelemente haben eine nicht lineare PTC-Charakteristik. aber
bereits ab ca. 1500W Nennleistung hat ein normaler 16A Automat so seine
Probleme. In manchen Anlagen wird einfach eine Diode in Reihe
geschaltet, die nach einer gewissen Zeit von einem Zeitrelais überbrückt
wird. Funktioniert aber nicht immer, hängt vom Typ des Heizelements, der
Anzahl derer und der Temperatur ab.
Michael B. schrieb:> Ich würde per Phasenanschnitt (nicht erlaubt bei Heizungen, aber die> Anheizphase ist zeitlich begrenzt) langsam hochdimmen
Daran habe ich auch gedacht, aber wenn ich den Strom nicht überwache,
kenne ich die momentane Leistung nicht. Je nach Temperatur bei welcher
eingeschaltet wird, und "Leistungsentnahme" dauert es halt länger, bis
der kritische Strom unterschritten wird.
Mosfet hätte den Vorteil dass ich beide "enden" der Halbwelle nutzen
kann, mit nem Triac aber nur die fallende Flanke.
Michael B. schrieb:> Sicherungen> sind träge, auch die zu schützende Leitung ist träge, SO GENAU kommt es> also bei der Sicherung nicht drauf an.
Ja ich würde eine Abstufung in 1A Schritten für den Sollwert wählen, das
würde reichen.
Eine PTC Heizung im Kilowattbereich ? Sehr seltsam. Und der Poster will
sich den dickeren Anschluss sparen. Was spricht denn gegen einen
softstart ? Keine Regelung, einfach den Stom langsam hochfahren ohne zu
messen. Geht eigentlich nur mit einer PWM. Am Einfachsten mit einem
Frequenzumformer. Dem gaukelt man einen langsamen Motor vor, dann nimmt
er die Spannung zurueck.
Wie lange die anfänglich erhöhte Leistungsaufnahme andauert hängt stark
von den Gegebenheiten der Anlage ab, wo die Elemente verbaut sind.
Es spielt eine Rolle, ob nun bei +20°C eingeschaltet wird, oder bei
-10°C.
Ebenso spielt die Leistungsabgabe, also das zu beheizende "Volumen" eine
Rolle, wie schnell die Nennleistung erreicht ist.
Da es sich um selbst regulierende Heizelemente handelt, werden diese
nicht allzu häufig geschaltet.
Ein weiterer Sinn hinter der Idee dieser Regelung sollte sein, die
Elemente nicht länger als nötig mit verminderter Leistung zu betreiben,
um ein schnelles Hochfahren zu gewährleisten.
Also wenn du meinen Senf unbedingt hören willst:
- 20A sind 4,6kW, das ist gleichzeitig auch das Maximum was du einphasig
als ohmsche Last anschließen darfst
- Heisst: Leistungsbegrenzung nur mit PFC, sonst zu starke
Netzrückwirkungen
- Das wiederum heisst dass eine MOSFET-Vollbrücke vermutlich die beste
Lösung ist (Phasenanschnitt mit Triac und sowas fallen sowieso aus)
Musst du die H-Brücken PWM Sinusförmig ansteuern wegen PFC und mit einem
Faktor x[0;1] multiplizieren der die Leistung bestimmt.
Auslegung von MOSFET H-Brücken: Da gibts genug Application Notes von den
Herstellern, hauptsächlich im Zusammenhang mit den Gate-Treiber ICs.
Viele Application Notes sind natürlich auch einfach nur schamlose
Eigenwerbung.
Aber bei 50Hz kann man nicht allzuviel falsch machen, interessant wirds
bei 20kHz Class D Verstärkern.
Die Verlustleistung am MOSFET abschätzen wird bei den Frequenzen auch
verhältnismäßig einfach weil Rdson vermutlich gute 90% der Verluste
ausmacht.
Also was du letzten Endes baust ist ein Wechselrichter. Die gibts auch
fertig zu kaufen. Wäre eine Überlegung wert.
Auch Softstart-Controller für Asynchronmotoren lassen sich
möglicherweise zweckentfremden.
Sascha schrieb:> - 20A sind 4,6kW, das ist gleichzeitig auch das Maximum was du einphasig> als ohmsche Last anschließen darfst
Das trifft hier in F so nicht zu. Unser Haus z.B. ist nur einphasig
angeschlossen, 6,6 Kw, maximal sind 12 Kw möglich, bevor ich Drehstrom
beantragen muss, was für privat nicht immer bewilligt wird und auch
teurer ist. Sprich wir haben eine 32A Vorsicherung, was danach kommt ist
egal. Ich hab auch dumm gekuckt nach dem Umzug von D nach F dass es
keine dreiphasigen Anschlüsse gibt. Das trifft nur für private
Anschlüsse zu, die Industrie hat sehr wohl Drehstrom.
Wenn 10-20 A die Obergrenze sein soll, wie hoch ist dann der Nennstrom?
Wenn es kein Monolog oder Rumgerate werden soll, wäre es hilfreich die
Aufgabe / Last mal vollständig zu beschreiben, anstatt sich alles erst
nach und nach aus der Nase ziehen zu lassen. Was ist das für ein
Heizelement?
Die Nennleistung ist eine wesentliche Größe!
Bitte mal die TAB 200 des Netzbetreibers lesen (siehe dessen WEB-Seite),
dort sind die maximalen Lasten für eine Phasenanschnittssteuerung
angegeben.
Nur so um Ärger zu vermeiden.
Der hätte nicht so ein merkwürdiges Hochfahrverhalten.
Heizelemente wie Elektroherde sind mehr oder weniger ohmsche Lasten mit
dem Zusatz dass Metalle Kaltleiter sind und es daher einen kleinen
Einschaltstromstoß gibt.
Wenn das in Frankreich nicht so krass geregelt ist, kann man das
natürlich machen. Aber dass die 20A Phasenanschnitt erlauben halte ich
dann doch für eher unwahrscheinlich.
Daher sehe ich auch nur die Möglichkeiten:
-PFC vorschalten (ist aber schon eine ziemliche Hausnummer mit 20 A)
-Während der Aufheizphase zusätzlisch ein zweites Heizelement in Reihe
vorschalten, und danach überbrücken (wurde schon genannt)
-Während der Aufheizphase einen zur Last passend dimensionierten
(Spar)Trafo vorschalten und nach dem Aufheizen überbrücken.
Eventuell ginge noch eine sehr langsame PWM (Minutenbereich) im Rahmen
des Erlaubten, sofern die Leitungen und deren thermische Trägheit das
mitmachen. Aber dazu ist die Last und die Leitungen (Verlegart, Aufputz,
Unterputz...) viel zu vage beschrieben.
