Hallo liebes Forum,
ich suche für die Steuerung eines Peltierelements die optimale Lösung.
Ein Temperatursensor soll kontinuierlich die Ist-Temperatur erfassen und
die Spannung des Peltierelements dementsprechend regeln, dass die
Temperatur konstant ist. Zudem soll diese konstante Temperatur
individuell einstellbar sein. Meine Frage an euch lautet nun, welche
Hardware ihr im Detail hierfür empfehlen könntet. Der Preis ist ein
wichtiges Kriterium hierfür.
Für eure Hilfe danke ich euch vielmals!
Wenn der Preis ein wichtiges Kriterium ist, wäre es sinnvoll, diesen zu
kennen.
Wie genau soll die Regelung denn sein und welche Kenntnisse hast du?
Eine genaue Regelung ist bei Temperaturen nicht ganz trivial.
Helmut -. schrieb:> So richtig viel scheint der T.O. nicht von Pelztieren zu wissen, denn> diese werden nicht mit Spannung, sondern mit Strom gesteuert.
Und sobald man die Temperatur misst und konstant haben will, werden sie
nicht nur gesteuert, sondern auch noch geregelt.
China hat für nen Zehner einfache PID-Regler mit Sensor und SSR, das
könnte vielleicht schon was bringen.
Einfache 2-Punkt-Regler (Grenzwertschalter) sind noch einmal ein
bisschen günstiger.
Sebastian R. schrieb:> Und sobald man die Temperatur misst und konstant haben will, werden sie> nicht nur gesteuert, sondern auch noch geregelt.
...was der TO ja auch genauso gesagt hat:
Tim schrieb:> die Ist-Temperatur erfassen und> die Spannung des Peltierelements dementsprechend regeln
Tim schrieb:> dass die Temperatur konstant ist.
Welche Temperatur? Und wie konstant?
> Meine Frage an euch lautet nun, welche Hardware ihr im Detail hierfür> empfehlen könntet.
Das kommt auf die Anforderungen, das Können und das Wollen an.
Ich würde so ohne detaillierte Spezifikationen und genauere Angaben zu
einem fertigen Temperaturregelmodul aus China für 1,50€ raten:
https://www.ebay.de/itm/Blau-Rot-DC12V-W1209-Thermostat-Temperature-Schalter-Regler-Thermometer-Case/172860964180
BTW: du weißt, dass ein Peltierelement nicht kühlt, sondern im Prinzip
eine Heizung ist, die auf einer Seite hühler wird? Du solltest also
einen entsprechenden Kühlkörper einplanen.
Sebastian R. schrieb:> Einfache 2-Punkt-Regler (Grenzwertschalter) sind noch einmal ein> bisschen günstiger.
dumm daran ist nur das im stromlosen Zustand dann ein
Temperaturausgleich zwischen den beiden Seiten stattfindet
Hallo zusammen, vielen Dank für die schnellen Antworten. Die
Funktionsweise eines Peltierelement ist mir grundlegend bekannt und nach
meinem Kenntnisstand interdependieren Strom und Spannung, oder?
Wie auch immer... Die Regelung der Temperatur muss nicht sehr genau
sein. Eine Toleranz +- 1K wären tolerierbar.
@Lothar M.: Der Link sieht sehr interessant aus. Und mit den
Grundprinzipien der Thermodynamik bin ich vertraut :-)
Nichts desto trotz reizt es mich diese Problemstellung in Eigenregie zu
lösen und nicht auf ein fertiges Bauteil aus China zurückzugreifen.
TSchl schrieb:> Sebastian R. schrieb:>> Einfache 2-Punkt-Regler (Grenzwertschalter) sind noch einmal ein>> bisschen günstiger.>> dumm daran ist nur das im stromlosen Zustand dann ein> Temperaturausgleich zwischen den beiden Seiten stattfindet
Jep. Entsprechend ungeeignet ist Lothars Link eigentlich.
Man müsste das Ding nahezu analog über den Strom regeln. Was ginge wäre
eben PID mit MOSFET/SSR und PWM, das sollte besser funktionieren.
Und Pelztiere sind am effizientesten bei 10% ihrer Nennleistung oder
so...
Tim schrieb:> Die Regelung der Temperatur muss nicht sehr genau> sein. Eine Toleranz +- 1K wären tolerierbar.
Das ist schon eine recht anspruchsvolle Forderung.
TSchl schrieb:> dumm daran ist nur das im stromlosen Zustand dann ein> Temperaturausgleich zwischen den beiden Seiten stattfindet
Ja, halb so wild.
Denn 1. geht das ja "analog" und langsam, und 2. schaltet der Regler
dann das Pelztier halt wieder ein.
Tim schrieb:> Nichts desto trotz reizt es mich diese Problemstellung in Eigenregie zu> lösen und nicht auf ein fertiges Bauteil aus China zurückzugreifen.
Du könntest den µC umprogrammieren, der dort drauf ist... ;-)
> Die Regelung der Temperatur muss nicht sehr genau sein. Eine Toleranz +-> 1K wären tolerierbar.
Dann nimm einen ordinären Zweipunktregler mit Komparator, Poti und
Mosfet.
> Eine Toleranz +- 1K wären tolerierbar.
Auf welchem Medium? Luft? Alu, Stahl, Wasser?
Denn der Witz ist, dass der Temperaturfühler nur die Temperatur angibt,
wo sein Sensor sitzt. Diese Temperatur muss nicht unbedingt viel mit der
1mm daneben zu tun haben...
Sebastian R. schrieb:> Man müsste das Ding nahezu analog über den Strom regeln. Was ginge wäre> eben PID mit MOSFET/SSR und PWM, das sollte besser funktionieren.
PWM ist scheiße, weil die Verluste im Quadrat zum Strom zunehmen.
Ich würde einen spannungsgesteuerten geschalteten Stromregler nehmen,
den Strom kann man dann über einen PID Regler steuern.
Udo S. schrieb:> Sebastian R. schrieb:>> Man müsste das Ding nahezu analog über den Strom regeln. Was ginge wäre>> eben PID mit MOSFET/SSR und PWM, das sollte besser funktionieren.>> PWM ist scheiße, weil die Verluste im Quadrat zum Strom zunehmen.> Ich würde einen spannungsgesteuerten geschalteten Stromregler nehmen,> den Strom kann man dann über einen PID Regler steuern.
Wenn die Frequenz der PWM aber im Sekundenbereich liegt (oder größer),
dann ist das schon in Ordnung.
Lothar M. schrieb:> dann das Pelztier halt wieder ein.
Es heist Peltierelement und nicht Pelztier...
Lothar M. schrieb:> Denn 1. geht das ja "analog" und langsam, und 2. schaltet der Regler
Nein, nicht "schalten". Pelztierelemente schalten man nicht, sondern man
regelt den Strom runter oder rauf. Auch wenn die beiden
Temperaturhälften dann sich zwar langsam ausgleichen, wird das Element
zum Seebeck-Generator...
Huh schrieb:> Wenn die Frequenz der PWM aber im Sekundenbereich liegt (oder größer),> dann ist das schon in Ordnung.
Es ist und bleibt mies, weil die ohmschen Verluste quadratisch zum Strom
anwachsen, die Kühlleistung aber nur linear.
Wenn ich also irgendwo im Bereich von 50% Tastgrad bin, dann habe ich
bei PWM die doppelten Verluste wie bei konstant dem halben Strom.
Und da Peltierelemente eh schon einen armseligen Wirkungsgrad haben
macht man PWM nur wenn wirklich es nicht anders geht.
Tim schrieb:> welche Hardware ihr im Detail hierfür empfehlen könntet. Der Preis ist> ein wichtiges Kriterium
Nimm einen stinknormalen step down Schaltregler, z.B. MC34063, der den
Strom und Spannung des Peltiers schafft. Die Spule bleibt, der Elko am
Ausgang darf entfallen oder zumindest sehr klein werden.
An statt dass der Schaltregler nun die Ausgangsspannung regelt, kommt
der Temperatursensor so zwischen eine feste Spannung (Eingangsspannung?)
und Feedback, dass sich bei der Wunschtemperatur genau die
Referenzspannung einstellt, also als Spannungsteiler mit dem
Sollwertpoti.
Schon hat man einen Temperaturregler. Für gute Regeleigenschaften sollte
er eine PID Regelcharacteristik bekommen, was der MC34063 nicht kann.
Udo S. schrieb:> Huh schrieb:>> Wenn die Frequenz der PWM aber im Sekundenbereich liegt (oder größer),>> dann ist das schon in Ordnung.>> Es ist und bleibt mies, weil die ohmschen Verluste quadratisch zum Strom> anwachsen, die Kühlleistung aber nur linear.> Wenn ich also irgendwo im Bereich von 50% Tastgrad bin, dann habe ich> bei PWM die doppelten Verluste wie bei konstant dem halben Strom.>> Und da Peltierelemente eh schon einen armseligen Wirkungsgrad haben> macht man PWM nur wenn wirklich es nicht anders geht.
Solche Sachen wären etwas klarer, wenn sie der Autor idealerweise selber
"berechnet" und sich sehr wahrscheinlich seinen zweifachen Einwurf gegen
PWM wegen Sinnlosigkeit spart:
Bei 4 A und 5 mOhm Mosfet komme ich auf einen Verlust von nur 80 mW.
Bei Peltier 24V macht das nur 0.08% aus
Willi S. schrieb:> Solche Sachen wären etwas klarer
Stimmt, bei dir sind sie offenbar völlig vernebelt.
Es geht um die Verluste im Peltier, nicht im MOSFET.
Michael B. schrieb:> Willi S. schrieb:>> Solche Sachen wären etwas klarer>> Stimmt, bei dir sind sie offenbar völlig vernebelt.>> Es geht um die Verluste im Peltier, nicht im MOSFET.
Und bei Linearstrom fällt das Quadrat weg ?
Ich glaube, dass ihr da was überseht...
Aber da werdet ihr irgendwann auch selber drauf kommen.
Willi S. schrieb:> Und bei Linearstrom fällt das Quadrat weg ?> Ich glaube, dass ihr da was überseht...> Aber da werdet ihr irgendwann auch selber drauf kommen.
Du bist es, der das Problem hat.
Schon mal was vom Crestfaktor gehört?
hinz schrieb:> Willi S. schrieb:>> Und bei Linearstrom fällt das Quadrat weg ?>> Ich glaube, dass ihr da was überseht...>> Aber da werdet ihr irgendwann auch selber drauf kommen.>> Du bist es, der das Problem hat.>> Schon mal was vom Crestfaktor gehört?
Ja und erst der Skin-Effekt, damit kann man das ja komplett vergessen.
Da gebe ich euch vollkommen recht...
Willi S. schrieb:> hinz schrieb:>> Willi S. schrieb:>>> Und bei Linearstrom fällt das Quadrat weg ?>>> Ich glaube, dass ihr da was überseht...>>> Aber da werdet ihr irgendwann auch selber drauf kommen.>>>> Du bist es, der das Problem hat.>>>> Schon mal was vom Crestfaktor gehört?>> Ja und erst der Skin-Effekt, damit kann man das ja komplett vergessen.> Da gebe ich euch vollkommen recht...
Du bist also nicht lernfähig.
Ganz unrecht haben ja die Vorredner nicht, aber deren Ausdrucksweise ist
mißverständlich und hochgradig flegelhaft, offensichtlich nutzen sie
dieses Forum nur zum Druckablassen, Beleidigen und dass sie den längsten
haben.
Verstehbar wäre gewesen:
Die Verluste im Peltierelemnt sind vom Effektivwert des Stromes
abhängig, die der Nutzeffekt (vor den Verlusten) vom Mittelwert des
Stromes.
So kommt man natürlich drauf, dass eine (ungefilterte) PWM-Ansteuerung
keine gute Idee ist. Man sollte einen LC-Filter zum Glätten dazwischen
schalten oder eben gleich einen DC-Schaltregler einsetzen.
Willi S. schrieb:> Ganz unrecht haben ja die Vorredner nicht, aber deren Ausdrucksweise ist> mißverständlich und hochgradig flegelhaft, offensichtlich nutzen sie> dieses Forum nur zum Druckablassen, Beleidigen und dass sie den längsten> haben.
Du warst der mit der großen Klappe.
Willi S. schrieb:> So kommt man natürlich drauf, dass eine (ungefilterte) PWM-Ansteuerung> keine gute Idee ist
Ja, Grundlagen der Elektrotechnik.
Wenn ein Peltier bei 1A so 2W Wärme transportiert,
aber als 1 Ohm Widerstand mit den nötigen 1V auch 1W Verlust erzeugt,
bleibt nur 1W effektive Kühlleistung übrig,
so wird es bei 2V für 50% der Zeit zwar 2A fliessen lassen (dieselbe
Kühlleistung wie bei 100% 1A) aber 4W Verlust haben (für 50% der Zeit,
also 2W im Schnitt, sprich so uneffektuv geworden dass es nicht mehr
kühlt).
Man fragt sich also, warum du alle anderen hier als blöd hinstellen
wolltest.
Für das Peltierelement gibt es verschiedene einfache Ersatzschaltbilder.
Eines wäre die Reihenschaltung aus einem Widerstand und einer
Zenerdiode. Die Zenerspannung ist dabei abhängig von der
Temperaturdifferenz der Kalt und Warmfläche (sogenannte Thermische
Gegenspannung).
Ein weiteres verwendet statt einer ZD eine Spannungsquelle, dessen
Spannung dabei abhängig von der Temperaturdifferenz der Kalt und
Warmfläche (sogenannte Thermische Gegenspannung) ist.
Anhand dieser Modelle läßt sich bereits sehr gut der Unterschied bei
einem Betrieb mit PWM oder geglätteter Gleichspannung darstellen und
erklären.
Für die Steuerung wäre ein Schaltregler ideal, als lineares Stellglied
bei kleine Leistung noch akzeptabel und PWM schlecht - das gilt auch für
einen einfachen on/off Regler. Der ist wegen der Temperaturschwankungen
ggf. noch schlechter als schnelles PWM.
Wenn man selber regeln will, lohnt es sich einen 2. Temperatursensor für
die andere (i.A. warme) Seite vorzusehen: einmal als Schutz und dann
auch als Feed-forward Element. Die Temperatur der warmen Seite ist eine
deutliche Störgröße, die sich gut kompensieren lässt.
Der Nennstrom ist der maximale sinnvolle Strom unter idealen Bedingungen
(ideale Kühlung der Warmen Seite) real wird es schon bei etwas weniger
Strom schlechter. Der Strom für den besten Wirkungsgrad hängt von der
Temperaturdifferenz ab - je höher die ist, desto näher muss man an den
Nennstrom.
Ziemlich umständlich und unfreundlich hätten wir jetzt also einiges
geklärt.
Kurzform: (unwissenschaftlich formuliert)
Die reinen Wärmeverluste ergeben sich aus Strom im Quadrat, also der
angelegten Spannung und macht über 90% aus.
Die reine Kälteleistung ist u.a. vom Strom (ohne Quadrat) abhängig.
Egal ob PWM oder DC, jedenfalls sieht daran sogar ein Blinder, dass der
Wirkungsgrad bei Teillast höher ist als bei Volllast. Darüber hinaus ist
die Temperaturdifferenz wesentlich entscheidend.
Aber darüber hinaus möchte ich noch zwei Lerneffekte nennen:
1)
Die Peltierhersteller "verbieten" ausdrücklich eine "lückende"
Ansteuerung, also PWM.
2)
Stromlos (PWM Phase Off) und bei höherer Temperaturdifferenz gibt das
Element Spannung ab (Seebeck-Effekt als Generator) und findet
logischerweise ein erhöhter Thermoausgleich statt. Beides ist natürlich
dem Wirkungsgrad abträglich.
Auch ohne sonstiges Wissen und emotionale Diskussionen ist an sich
völlig klar: Wenn der Peltier-Hersteller sagt, dass man das Element
nicht mit PWM betreiben soll, dann hält man sich besser daran...
So hätte man es eigentlich auch begründen können.
