Hallo zusammen,
es geht um folgendes Projekt:
An der Hochschule muss ich die Temperatur diverser Proben mit einem
Peltier-Element zwischen 20 und 80 °C regeln (Heizen und Kühlen) können.
Die Temperaturmessung erfolgt mit einem Thermoelement und als Ausgang
möchte ich eine 0-5 V Analogsignal verwenden. Die Steuerung (z.B. PID)
kann softwaretechnisch gelöst werden). Des Weiteren sollen Stromaufnahme
und Spannung am Peltier-Element gemessen werden.
Folgende Grundausstattung ist vorhanden:
- USB-Datenlogger mit Analogein- (0-10 V) und -ausgängen (0-5 V) sowie
Digitalein- und ausgängen (0/5 V); USB6212 Fa. National Instruments
- Schaltnetzteil 24V/63A; MW RSP-1500-24
- USB-Thermoelement Datenlogger; RedLab TC mit Thermoelementen
- Hall-Sensor von Honeywell CSLA1CD
- Polwechsel-Schaltung auf Platine
- Wasserkühler auf Sekundärseite des Peltier-Elements
- Peltier Element TEC1H-40-40-211/78 (Umax=26,6 V; Imax=15,9 A)
Anbei ein Schema zur Verdeutlichung.
Meine Überlegungen/Erfahrungen:
- 2-Punktregelung ist aufgrund der kleinen Proben (5g bis 50g;
Aluminium), der erforderlichen Genauigkeit (+/- 0,5 °C) und der
Strom-/Spannungsmessungen nicht möglich
- gegen PWM spricht die Strommessung sowie die Verträglichkeit mit dem
Peltier-Element selbst, daher tendiere ich zur Gleichspannung
- an dem Versuch einen billigen PWM-Leistungsregler mit selbst
ausgelegtem LC-Filter aufzubauen bin ich gescheitert, da mir als
Maschinenbauabsolvent das nötige Wissen fehlt
Nun meine Fragen:
1.) Ist die Schaltung gemäß Schema realisierbar oder gibt es Bedenken
oder Vereinfachungen die ich nicht sehe?
2.) Gibt DC-DC-Wandler mit solch hohen Stromstärken bis 16 A und
regelbarem Spannungsbereich 0 bis 16V bei 0-5V Stellsignal?
Gerne auch Alternativlösungen posten.
Vielen Dank im Voraus!
Uha. Ein Netzteil mit 1,5 kW Leistung um 50g zu kühlen bzw. zu heizen.
Das soll wohl alles recht schnell gehen?
Ich hätte ja eher Angst, das die Bude abfackelt, wenn mal der Sensor
abfällt. Du kannst ja mal schauen, wie das in Kaufgeräten gemacht wird:
https://www.newport.com/p/3700
Das Netzteil versorgt nicht nur das eine Peltier-Element, sondern
mehrere. Daher die Leistung (+Reserve für weitere).
Ja, die Probe an sich hat eine gerine Wärmekapazität, aber zeitgleich
fungiert die Probe als Wärmequelle/-senke, da Adsorptions- und
Desorptionsvorgänge gemessen werden sollen. Das Peltier-Element muss
daher die Adsorptionswärme schnell genug abführen. Hoffe das reicht zur
Erklärung.
Da die aufgelisteten Komponenten schon vorhanden sind, würde ich gerne
meine Plan weiter verfolgen und nur im Notfall auf ein teures Kaufgerät
ausweichen.
@nn: Gibt es dazu Datenblätter oder einen Link für mehr Infos?
Aktuell würde mir ein DC-DC-Wandler mit einstellbarer Ausgangsspannung
(und 0-5 V Ansteuerung) sinnvoller erscheinen. Außerdem muss die
Ausgangsspannung auch nicht auf genau 0 V abfallen, da ich immer eine
gewisse Temperaturdifferenz halten werde, z.B. 10 °C zur Wasserseite,
sprich das Peltier-Element kann dauerhaft eine geringe Spannung
bekommen.
Hol dir ein Manson China Labor Schaltnetzteil. Da kannst du mit 0-5V
Strom und Spannung fernsteuern und 16A schaffen die auch. Kosten so um
130€ das Stück, ich denke billiger wirst du so einen leistungsstarken
DC/DC auch nicht hinbekommen.
Mit einem vernuenftigen Peltier kommt man mit 2-3 A hin. Erst wenn man
Waermemengen bewegen will braucht's viel Strom. Aber Delta-T Null und
Positiv geht ganz locker.
Vka schrieb:> Hol dir ein Manson China Labor Schaltnetzteil. Da kannst du mit 0-5V> Strom und Spannung fernsteuern und 16A schaffen die auch. Kosten so um> 130€ das Stück
Super das ist ne einfache Lösung. Hab hier das gefunden:
HCS 3302 :: Labornetzgerät, 1 - 32 V, 0 - 15 A, stabilisiert,
programmierbar
https://www.reichelt.de/?ARTICLE=97832&PROVID=2788&gclid=EAIaIQobChMIhZKEw8ux2AIVwinTCh1hsQD9EAYYAiABEgIkDPD_BwE
Verträgt so ein Labornetzgerät eine sich stetig ändernde Sollwertvorgabe
und mit welcher Totzeit muss ich rechnen? Sollte ich womöglich nur eine
Sollwertänderung pro Sekunde wählen oder kann ich die Frequenz beliebig
wählen?
Zur Info: Akutell läuft meine Software mit 250 ms/Schleife, sodass in
diesem Intervall das Analogsignal konstant wäre.
nn schrieb:> Mit einem vernuenftigen Peltier kommt man mit 2-3 A hin. Erst wenn> man> Waermemengen bewegen will braucht's viel Strom. Aber Delta-T Null und> Positiv geht ganz locker.
Ja, es ist gut möglich dass die meisten Betriebspunkte auch mit wenigen
Ampere zu bewältigen sind. Dennoch möchte ich eine Leistungsreserve für
höhere Temperaturdifferenzen und hohe Wärmeströme.
Wo Bitte schrieb:> lerne erst einmal Pläne richtig zu zeichnen
Welche Pläne meinst du?
Ich habe lediglich ein Schema skizziert. Zur Erklärung: ursprünglich
ging es um den rot markierten DC-DC-Wandler.
Nach Vorschlag von vka könnte ich nun das Schaltnetzteil 24V/63A und den
DC-DC-Wandler ersetzen durch ein Labornetzgerät der Fa. Manson, da die
Ausgangsspannung sich extern mit 0-5 V steuern lässt.
Anbei das überarbeitete Schema.
Vergiss den Polwender. Der ist Quatsch. Um deltaT = 0 herum willst du
nicht immer Pole wenden ... Dafuer nimmt man eine Bruecke, die kann
kontimuierlich durch Spannungs-Null durch fahren.
https://www.ibrt.ch/products/tec.html
nn schrieb:> Vergiss den Polwender. Der ist Quatsch. Um deltaT = 0 herum willst> du> nicht immer Pole wenden ... Dafuer nimmt man eine Bruecke, die kann> kontimuierlich durch Spannungs-Null durch fahren.> https://www.ibrt.ch/products/tec.html
Mein Polwender besteht aus Wechsel-Relais die ich mit 0/5 V umschalten
kann und funktioniert ohne Probleme. Üblicherweise existiert auch eine
Temperaturdifferenz von 5-10°C zur Wasserseite, sodass ich nicht durch
Spannungs-Null fahren muss.
Eine eigene Frage?
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Schema_Peltier-Controller.png
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