Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spule mit PWM


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von Oskar P. (oskar_p)


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Hallo

Ich möchte gerne das Modulationsventil von meinem Gasgrill PWM regeln. 
Das Modulationsventil ist ein Magnetventil das den Durchfluss vom Gas 
regelt. Also die Menge vom Gas das durchfliesst.
Nun habe ich den L298 probiert wobei der nur sehr schwer regelt. Also 
entweder voll offen oder geschlossen. Könnte es nutzen einen fetten 
Kondensator paralell zu schalten? Oder ev vor den L298 zu hängen? Hätte 
einen 2200µF rumliegen.
Die Spule ist mit 28V 135mA spezifiziert...
Welche PWM Frequenz sollte ich verwenden?
Oder sollte ich nur den Strom regeln?

von Homo Habilis (Gast)


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Derzeitige Schaltung als Zeichnung? Datenblatt des Magnetventils?

Man kann ohne alles nur spekulieren. Ist nicht zielführend.

von Mani W. (e-doc)


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Oskar P. schrieb:
> Das Modulationsventil ist ein Magnetventil das den Durchfluss vom Gas
> regelt.

Regelt?


Wie soll das denn moduliert werden?

Vielleicht ein Photo zur Hand?

von Uwe K. (kwe)


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Hallo Oskar,

hattest Du nicht schon mal einen Thread zur Ansteuerung des 
Modulationsventils eröffnet.
Da war mal was mit einem Honeywell Modulationsventil, ist noch nicht so 
lange her.

Gruß

Uwe K.(kwe)

von Uwe K. (kwe)


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Hallo Oskar,

ich hab's gefunden. war im Juli, da ist auch der Link zum Regelventil 
beschrieben.
Ich hab's mir noch mal angeschaut. Prinzipiell kannst Du mit das Ventil 
mit PWM regeln, der L298 sollte das schaffen.

! Wichtig ist eine Freilaufdiode antiparallel zum Ventil, um die 
induktiven Spannungsspitzen zu eliminieren.

Bitte zeige doch mal ein Bild vom bisherigen Aufbau, sowie die 
Schaltunterlagen, die Du bis jetzt hast. Dann kann ich mir das ganze 
besser vorstellen.

Viele Grüße

Uwe K.

von Oskar P. (oskar_p)


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Hallo

Jep genau, geht ums gleiche
Praktisch ist da ein Meanwell Netzteil RS 25 24 
(http://www.mouser.com/ds/2/260/RS-25-spec-770087.pdf)
das direkt am L298N Board 
(http://www.bristolwatch.com/L298N/L298N_board.jpg)
hängt und an dem widerum die Spule.
Zu beachten ist dass auf dem Board keine Kondensatoren wie auf anderen 
Boards zu sehen sind, dachte die sind für den eingebauten 
Spannungsregler, den ich sowiso nicht verwende weshalb ich das nicht 
weiter beachtet habe..
Dioden sollten bereits verbaut sein, wenn ich das richtig sehe.
mfg

: Bearbeitet durch User
von Homo Habilis (Gast)


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von Wolfgang (Gast)


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Oskar P. schrieb:
> Das Modulationsventil ist ein Magnetventil das den Durchfluss vom Gas
> regelt.

Bist du sicher, dass der Durchfluss im regelungtechnischen Sinne 
geregelt wird? Oder meinst du steuern?

Oskar P. schrieb:
> Welche PWM Frequenz sollte ich verwenden?
Das ist unkritisch. Die Frequenz muss so hoch sein, dass der Anker vom 
Magneten nur wenig vibriert. Im unteren kHz-Bereich dürfte wohl 
funktionieren. Man kann auch absichtlich einen niederfrequenten Strom 
aufmodulieren, der die Laufeigenschaften vom Ventil verbessert.

> Oder sollte ich nur den Strom regeln?
Ja.
Die Öffnung des Ventils wird durch die Kraft des Ankers bestimmt und bei 
einer stromdurchflossenen Spule ist die Kraft proportional zum Strom.

Das hat dir George aber schon im Sommer geschrieben
Beitrag "Re: Proportional Magnetventil Steuern PWM"

Der L298 alleine ist für eine Stromregelung untauglich. Du brauchst noch 
einen Stromsensor (Shunt) und die passende Ansteuerung für den Treiber. 
Zum Schalten des Stromes reicht ein einfacher MOSFET. Dafür brauchst du 
keine doppelte Vollbrücke.

Oskar P. schrieb:
> Könnte es nutzen einen fetten Kondensator paralell zu schalten?

Ein Kondensator parallel zur Spule ist ziemlicher Unfug. Dann fließen 
bei jedem PWM-Puls kräftige Umladeströme. Ohne deinen Kondensator zu 
kennen, läßt sich schwer sagen, ob zuerst der Kondensator durch die 
Umladeströme kocht/explodiert oder der Treiber überhitzt/durchlegiert 
(stirbt).

Die Induktivität der Ventilspule sorgt von selbst für einen 
gleichmäßigen Stromfluss. Wenn der Strom durch den Treiber abgeschaltet 
wird (PWM Aus-Phase) fließt der Strom durch die Spule über die 
Freilaufdiode weiter und nimmt nur vergleichsweise langsam ab. In der 
PWM Ein-Phase nimmt der Strom durch die Spule entsprechend auch nur 
langsam zu.

Was gibt es an Daten zu deinem Ventil?

von Wolfgang (Gast)


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Nachdem ich jetzt aus deinem anderen Thread den Link zum dort 
angegebenen Datenblatt herausgekramt habe, stellt sich erstmal die 
Frage, ob es immer noch um den selben Ventiltyp geht?
https://products.ecc.emea.honeywell.com/europe/pdf/v7335a-2000-mu1r9050-nl05r0705.pdf

Oskar P. schrieb:
> Oder sollte ich nur den Strom regeln?

Für die in dem Datenblatt beschriebenen Ventile, findest du die Antwort 
auf deine Frage auf S.14/15 in den Abbildungen Fig.2 bis 7. Dort ist 
nicht ohne Grund jeweils der Ausgangsdruck als Funktion des Stromes 
angegeben.

von Oskar P. (oskar_p)


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Hi, jop geht um das gleiche Ventil.
Das Ventil wird definitiv geregelt, was auch einigermaßen funktioniert, 
bis auf die Tatsache dass das nicht linear mit PWM regelbar ist. Also 
damit das Ventil überhaupt aufmacht muss ich PWM 100% anliegen haben, 
dann kann ich bis ca PWM 70% die Leistung regeln, rauf und runter. Wobei 
wenn ich unter die 70% gehe das Ventil schließt. Damit sich das Ventil 
dann wieder öffnet muss ich PWM 0% einstellen und dann erst wieder PWM 
100%, sonst bleibt es geschlossen. Also 100>65>100 geht nicht, aber 
100>65>0>100 geht. Momentan habe ich ca 5kHz eingestellt. Ev noch 
reduzieren? Kondensator primärseitig anschliessen? Ist ein 2200 Elko mit 
63V. PS Das Treiberboard hat Anschlüsse um einen Shunt 
dazwischenzuklemmen.
mfg

von Uwe K. (kwe)


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Hallo zusammen

Wolfgang schrieb:
> Bist du sicher, dass der Durchfluss im regelungtechnischen Sinne
> geregelt wird? Oder meinst du steuern?

Ich denke, es handelt sich um eine komplette Regeleinheit. Mit der 
Spule, vermutlich als Tauchspule ausgeführt, wird der Sollwert für den 
mechanischen Regler vorgegeben. Ganz klar entsprechend der Kennlinie 
(Ausgangsdruck als Funktion vom Strom).

Auf eine Stromregelung kann verzichtet werden, wenn die 
Versorgungsspannung für die Schaltung so ausgelegt ist, daß die max. 
Betriebswerte gemäß Datenblatt nicht überschritten werden.

Ich hab mir mal die komplette Beschreibung des L298-Bausteins 
angeschaut.

1. Die dort verbauten Dioden schützen schon die Schaltung vor 
schädlichen Spannungsspitzen, normal werden Freilaufdioden am 
nächstmöglichen Punkt zur Spule angebracht, um einen optimalen Schutz zu 
gewährleisten.

2. Elko (siehe Wolfgang)
Zwischen Netzteil und L298-Baustein. Habe das Datenblatt des
Meanwell-Netzteiles angeschaut. Keine Angabe zu max. kapazitiver Last 
gefunden. Zusatzbeschaltung mit extra Elko möglich, kann aber 
Schaltnetzteil stören, beschädigen, wenn zu groß.
Lieber weglassen.

3. Aufgrund der Hersteller-Homepage des L298-Bausteins vermute ich, daß 
Oskar die PWM-Steuerung mit einem Arduino durchführen will.

4. Bei Ansteuerung auf jeden Fall sicherstellen, daß PWM nur unipolar 
durchgeführt wird, da Herstellerbeschreibung des L298-Bausteins 
alternativ zu Schrittmotoren auch den Betrieb von DC-Motoren beschreibt. 
Inkl. Richtungswechsel.
Bei falscher Ansteuerung des L298 würde das PWM-Signal die Spule mit 
bipolarer Spannung versorgen. ==> Arithmetischer Mittelwert der PWM.
z.B. bei niedrigem Tastverhältnis (t_ein/t_aus nahe Null) wird die Spule 
in negativer Richtung gelenkt, bei gleichem Tastverhältnis wäre die 
Auslenkung Null, um mit steigendem Tastverhältnis positiv ausgelenkt zu 
werden. Für Tauchspulen sehr schlecht.

Hallo Oskar, habe gerade Deinen Thread 13:14 gelesen.

Das Verhalten der Spule erklärt sich mit 4.

Da die Kennlinie des Regelventiles nicht linear ist, musst Du mit dem 
Controller die Nichtlinearität der Ventil-Kennlinie kompensieren.

Viele Grüße

Uwe K.(kwe)

von Uwe K. (kwe)


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Hallo Oskar,

Dein Projekt ist schon klasse, ich bin an etwas ähnlichem dran.
Ein Arbeitskollege hat eine Räucheranlage, für die ich die uC-basierte 
Regelung gerade entwickle. Die Räucheranlage ist zwar elektrisch.
Der braut auch sein leckeres Bier selber. Der Kessel wird mit Gas 
beheizt, bislang aber noch manuell mit Glasthermometer "geregelt".
Aufgrund Deiner Idee und dem Honeywell-Link habe ich dem Kollegen die 
Idee unterbreitet, mit existierendem uC und Temperaturerfassung, die 
Prozessregelung fürs Bier zu optimieren.

Deshalb mein unmittelbares Interesse an Deinem Projekt.

Viele Grüße

Uwe K. (kwe)

von Werner F. (Gast)


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Oskar P. schrieb:
> Das Modulationsventil ist ein Magnetventil das den Durchfluss vom Gas
> regelt. Also die Menge vom Gas das durchfliesst.

Hallo,
das was Du brauchst ist ein 2/2-Proportionalventil für Gas.
Das elektrische Vorsteuersignal welches den Hubmagnet bewegt, muss 
analog erfolgen. Desweiteren muss auf das analoge Steuersignal eine 
"Dietherfrequenz" aufmoduliert werden, sodass der Steuerkolben von dem 
Proportionalventil im µm-Bereich immer in Bewegung bleibt.


MfG. Zeinerling

von Uwe K. (kwe)


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Hallo zusammen,

Werner F. schrieb:
> Hallo,
> das was Du brauchst ist ein 2/2-Proportionalventil für Gas.
> Das elektrische Vorsteuersignal welches den Hubmagnet bewegt, muss
> analog erfolgen. Desweiteren muss auf das analoge Steuersignal eine
> "Dietherfrequenz" aufmoduliert werden, sodass der Steuerkolben von dem
> Proportionalventil im µm-Bereich immer in Bewegung bleibt.

Werner, Du meinst sicherlich das sogenannte "Dithern", um den 
sogenannten Stick-Slip-Effekt zu minimieren. Bei der PWM Steuerung ist 
das Dithern von Hause aus mit dabei.

Ein Proportionalventil ist ja de facto vorhanden, die mit PWM gesteuerte 
Spule als geschaltete Reaktanz entspricht im Zeitbereich einer Spule mit 
gesteuertem Vorwiderstand (quasi-analoger Betrieb).

Durch überhöhtes Dithern (zu hohe Frequenz oder Spannung) kann ein 
kleines
Regelventil vorzeitig verschleißen. Ist bekannt.
Da herstellerseitg (Honeywell) keine unmittelbaren Angaben existieren, 
könnte ich da nur spekulieren. Ich kenne den inneren Aufbau des 
Honeywell-Ventiles nicht, die Regelung könnte über Membrane realisiert 
sein. Da ist der Stick-Slip Effekt vernachlässigbar.

Angesichts der Verwendung zum Grillen, d.h. kein industrieller
Dauerbetrieb, kann man den Verschleiß durch PWM-Dithering sicher 
vernachlässigen, dennoch guter Hinweis.

Viele Grüße

Uwe K.(kwe)

von Oskar P. (oskar_p)


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Das Ventil arbeitet über eine Membrane die wiederum das Hauptventil 
steuert.
Also Frequenz reduzieren?

von Uwe K. (kwe)


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Hallo Oskar,

wie steuerst Du die Frequenz? Machst Du das PWM mit einem Arduino o. 
ähnl. ?

Die minimale Frequenz könntest Du durch Beobachtung des 
Flammenverhaltens ermitteln. Im Windstillen Bereich, also kein Flackern 
durch Zugluft, könntest Du die PWM-Frequenz soweit heruntersetzen, bis 
die Flamme anfängt, periodisch zu flackern. Dann könntest Du die 
PWM-Frequenz auf das 5-10 fache festlegen.

Viele Grüße

Uwe K.(kwe)

von Oskar P. (oskar_p)


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Gesteuert wird das Ganze mit einem Teensy 3.1.. Momentan habe ich 5kHz 
eingestell.. Werde dann wohlm mal in richtung 1000khz gehen. Könnte mir 
vorstellen dass das Flackern erst bei ein paar wenigen Hz anfängt weil 
das Gas ja auch Träge ist..
Wobei ich noch ein paar Sachen klären muss befor ich weitermachen kann..
Das was ich weiter oben beschrieben habe. Wenn das ventil sich wegen zu 
weinig pwm schliesst und ich dann das Signal wieder erhöhe ohne davor 
das Signal auf 0 zu schalten öffnet sich das Ventil nicht mehr. Auch 
wenn 100% anliegt. Also 24VDC...
Gibt es eine einfache Möglichkeit eine Stromregelung mit dem L298 zu 
realisieren oder muss ich zwingend auf einen FET umbauen?

von Uwe K. (kwe)


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Hallo Oskar,

Oskar P. schrieb:
> Gesteuert wird das Ganze mit einem Teensy 3.1.. Momentan habe ich 5kHz
> eingestell.. Werde dann wohlm mal in richtung 1000khz gehen. Könnte mir
> vorstellen dass das Flackern erst bei ein paar wenigen Hz anfängt weil
> das Gas ja auch Träge ist..

Ich habe mir mal den Teensy angeschaut, auf den ersten Blick ganz schön 
viel Rechenpower, für'n Gasgrill.
PWM mit 1000kHz bringt nichts, da der induktive Widerstand der Spule mit 
steigender Frequenz zunimmt, so daß der maximal mögliche Strom eher 
abnimmt. Probier mal mit kleinerer Frequenz (250...500Hz).
Was meine Idee mit dem Flackern betrifft, war mal so ne Idee.

Oskar P. schrieb:
> Gibt es eine einfache Möglichkeit eine Stromregelung mit dem L298 zu
> realisieren oder muss ich zwingend auf einen FET umbauen?

L298-Stromregelung ist nur indirekt möglich, hast Du eigentlich schon 
über PWM, ist so wie ich's Werner geschrieben hatte.

Strombegrenzung ist mit Teensy 3.1 (==>Analoger Komparator) möglich.

Für einen FET bräuchtest Du auch einen Pegelwandler, da der uController 
den FET nicht direkt steuern kann.

Analoger Stromregler wäre mit L200 oder LM317, aber auch mit 
Schaltregler von Linear Technology möglich, ich sehe aber keine 
unmittelbare Notwendigkeit, das bisherige Konzept zu kippen.

Könntest Du bitte den Aufbau als Bild, besser noch als Schaltplan posten 
(Handskizze reicht vollkommen). Ich vermute da noch ein Problem in der 
Beschaltung zwischen L298-Baustein und Spule.
Ich finde auch keinen Schaltplan des L298-Bausteins von Bristolwatch. 
auf dem *.pdf kann ich die Bedeutung der Anschlüsse und Jumpers nicht 
erkennen.

Viele Grüße

Uwe K. (kwe)

von Wolfgang (Gast)


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Uwe K. schrieb:
> Analoger Stromregler wäre mit L200 oder LM317, aber auch mit
> Schaltregler von Linear Technology möglich, ich sehe aber keine
> unmittelbare Notwendigkeit, das bisherige Konzept zu kippen.

Welche Gründe sollte es für einen linearen Stromregler geben. Mit der 
Spule hat man bereits eine Induktivität. Da ist es doch naheliegend, die 
in einen Schaltregler zu integrieren. Seit der Eroberung der Welt durch 
Power-LEDs, gibt es genug IC, die dafür entwickelt wurden.

Uwe K. schrieb:
> Auf eine Stromregelung kann verzichtet werden, wenn die
> Versorgungsspannung für die Schaltung so ausgelegt ist, daß die max.
> Betriebswerte gemäß Datenblatt nicht überschritten werden.

Dann darf man sich nicht wundern, wenn der Grill im Sommer weniger 
heizt, da bei Spannungsregelung durch eine warme Spule weniger Strom 
fließt, als durch eine kalte und der Regler folglich weniger weit auf 
macht.

Nebenbei: Da es sich bei dem V7335A um einen Druckregler handelt, wird 
der Durchfluss nicht nur vom Steuerstrom, sondern auch von den 
ausgangsseitigen Strömungswiderständen abhängen, sofern da im Aufbau 
irgendetwas variabel sein sollte.

von Oskar P. (oskar_p)


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Hab alles im github,
https://github.com/o5i/Beermachine/
Praktisch ist da der L298N 
(https://www.sparkfun.com/datasheets/Robotics/L298_H_Bridge.pdf)
der direkt an den 24VDC hängt und an der anderen seite ist ein XLR 
Stecker an dem ein 3m langer Kabel hängt an dem die Spule dran ist. An 
den digitaleingängen ist der Teensy dran der auf einem Protoboard von Pi 
sitzt.
Werde heute abend noch ein paar Fotos machen... Nur mal so zur info wenn 
ich die Spannung messe sollten 24VDC rauskommen bei 100%pwm mit 
angeschlossener Spule... ?? Also an den Klemmen von der Spule...

von Oskar P. (oskar_p)


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Also wäre ein Led Treiber geeignet? Praktisch bräuchte ich infos nach 
dem was ich suchen soll.. Wenns geht nach etwas fertigem das es für 
Arduino usw. gibt.. Hab mit 250Hz getestet und es scheint dass der 
Regler zuverlässiger arbeitet, also ein aus usw funzt.. Mit dem Pid 
sollte es dennoch funktionieren aber mich stört zum einen der Lärm(das 
Ding vibriert), zum anderen will ich da nicht jedes mal rumfummeln wenn 
das Ding in betrieb ist..

von Oskar P. (oskar_p)


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Ist das 
(https://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle_fuer_Power_LED) 
Im Abschnitt Dimmung steht da was von PWM.. Ist das das was ich brauche?
Kann ich ev den hier verwenden?
https://www.reichelt.de/Treiber-fuer-Printmontage/MW-LDD-350L/3/index.html?ACTION=3&LA=2&ARTICLE=148008&GROUPID=7258&artnr=MW+LDD-350L
Wobei, wie stelle ich hier den Strom ein?

: Bearbeitet durch User
von Sascha_ (Gast)


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Uwe K. schrieb:

> Werner, Du meinst sicherlich das sogenannte "Dithern", um den
> sogenannten Stick-Slip-Effekt zu minimieren. Bei der PWM Steuerung ist
> das Dithern von Hause aus mit dabei.


Jain, kommt auf die Frequenz an. Bei unhörbarer PWM Frequenz (größer 
20kHz) werden die allerwenigsten mechanischen Bauteile in der Lage sein 
zu folgen.
Ich hab mal ein Drosselklappenventil so aufgebaut. Ein LM358 als PID 
Regler, einer als "relaxation oscillator"(ka wie das auf Deutsch 
heisst). Hatte eigentlich nur den Zweck den nötigen Strom zu verringern, 
weil das Ding mit linear angesteuertem FET doch etwas warm wurde.
Ende vom Lied: I-Teil vom Regler weggelassen, 18kHz sind viel zu viel 
als dass das ein erfolgreiches Dithering ergeben hätte. Da hätte man 
vielleicht einen Netzbrumm aufmodulieren müssen.
Stationäre Genauigkeit wird aber eh überschätzt.

Ist untergeordneter Teil einer Kaskadenregelung, die übernimmt die 
stationäre Genauigkeit.

Und ich würde sagen, das ist beim Gasgrill auch so, der hat vermutlich 
noch ein Thermostat.

von Sascha_ (Gast)


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Oskar P. schrieb:
> 15.10.2016 10:46:
>     Bearbeitet durch User

Der hat nen Dimm-Eingang. Wenn du den offen lässt, fließen konstant 
500mA.
Wenn du da ne PWM anlegst, dann 500mA*Tan/(Tan+Taus).

von Oskar P. (oskar_p)


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Hab mir ein paar Sachen angeschaut, also könnte ich theoretisch einen 
stepup/down regler nehmen den an das 5V Netzteil anschliessen? Die 
maximale Spannung sollte 28V sein und der Strom von ca 40-165mA regelbar 
sein.
Also wenn der Regler 500mA hat dann sind 165mA 33% PWM?
Für das Dithern müsste man dann eine Frequenz (300Hz) auf das PWM signal 
draufmodulieren?
Was die jetztige Konfiguration angeht, könnte man da nicht einfach 
zusätzlich zum PWM signal die Frequenz regeln um somit den 
Blindwiederstand zu regeln und die Linearität des Reglers zu erhöhen?
zb:
20% offen = PWM 20 und 300Hz
40% offen = PWM 40 und 600Hz
60% offen = PWM 60 und 1200Hz
80% offen = PWM 80 und 2400Hz

Ach ja, geregelt wird über die Temperatur die mit dem DS18b20 gemessen 
wird, das macht dann der PID. Der Regler muss also nicht unbedingt 100% 
linear arbeiten, wobei das sicherlich von Vorteil wäre..

: Bearbeitet durch User
von Wolfgang (Gast)


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Oskar P. schrieb:
> Was die jetztige Konfiguration angeht, könnte man da nicht einfach
> zusätzlich zum PWM signal die Frequenz regeln um somit den
> Blindwiederstand zu regeln und die Linearität des Reglers zu erhöhen?

Durch die PWM-Frequenz änderst du nichts am Strom, weil PWM unipolar 
ist. Der Strom ist linear zum Tastverhältnis.

von Anja (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> Der Strom ist linear zum Tastverhältnis.

Nur im "continuous mode" d.h. wenn die Frequenz so hoch liegt daß der 
Strom in der Spule nicht 0 wird. Unterhalb dieser Frequenz (lückender 
Betrieb) ist der Strom quadratisch zum Tastverhältnis.

Wenn das Ventil bei ca 50 mA beginnt zu öffnen würde ich die Frequenz so 
einstellen daß der Stromrippel ca 20-30 mA beträgt.

Gruß Anja

von Uwe K. (kwe)


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Hallo Oskar,

wie kommst Du voran?

MfG

Uwe K. (kwe)

von Dirk J. (dirk-cebu)


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Gibt es kein Ventil mit Motorsteuerung?

von Oskar P. (oskar_p)


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Hallo, hatte wenig Zeit weiterzumachen... Hatte letztens probiert auf 
einer höheren Frequenz die kleinere Frequenz draufzumodelieren, was aber 
nicht geklappt hat weil was am code nicht gestimmt hat.. Werde heute 
bischen weiter machen..  Im Grossen und ganzen funktioniert es mit der 
niederen Frequenz ganz gut, weshalb ich momentan dabei bleibe.. Ev ein 
bischen die Spannung erhöhen damits mehr rattert.. Die Led Dimmer werde 
ich mal beiseite lassen und dann eventuell später mal anschauen wenn ich 
was bei reichelt oder so bestellen muss..

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