Guten Tag zusammen,
ich befinde mich derzeit auf einer Technikerschule für welche ich als
Abschlussarbeit eine Art regelbaren Weinkühlschrank bauen muss/möchte.
Da ich kaum fertige Bauteile dafür verwenden darf ist mein Plan das
ganze mit einem ESP32 einem Relay Modul und 2 Peltier-Elementen zu
realisieren
Am ESP32 ist zum einen ein Temperatursensor angeschlossen welcher die
Temperatur am im Innenraum des Kühlschranks misst und den Port an dem
sich das Relay Modul mit dem dahintergeschalteten Peltier-Element ein-
bzw auschaltet um eine bestimmte Temperatur zu halten.
Da ich mich bereits seit einigen Tagen mit diesem Thema auseinandersetze
bin ich mir aber nicht sicher ob das so funktioniert wie ich es mir
vorstelle.
In einigen Foren (auch hier) wird teilweise ein PWM Signal empfohlen mit
welcher das Peltier-Element angesteuert wird.
Welcher Vorteil bzw. Nachteil ergibt sich dadurch anstelle meiner 2
Punkt-Regelung und habt ihr evtl. noch andere Ideen das ganze zu
realisieren?
Vielen Dank schonmal für die Infos
> In einigen Foren (auch hier) wird teilweise ein PWM Signal empfohlen mit> welcher das Peltier-Element angesteuert wird.
Naja, in Foren sind nicht immer die hellsten Koepfe unterwegs.
> Welcher Vorteil bzw. Nachteil ergibt sich dadurch anstelle meiner 2> Punkt-Regelung
Beides geht nicht.
Mach dir folgendes klar, jedesmal wenn deine PWM oder dein Regler gerade
aus ist, dann fliesst Waerme von der heissen Seite auf die kalte Seite
zurueck. Das sorgt dafuer das der sowieso schon schlechte Wirkungsgrad
unterirdisch wird.
PWM geht wenn sie schnell ist und man den Ausgang so glaettet das man
Gleichstrom bekommt. Allerdings kann man dann vermutlich auch gleich
einen Schaltregler nehmen.
Olaf
Tim W schrieb:> In einigen Foren (auch hier) wird teilweise ein PWM Signal empfohlen mit> welcher das Peltier-Element angesteuert wird.
Ich weiss nicht ob dir das bei deinem Kenntnisstand weiterhilft, aber du
kannst dich ja mal versuchen zu informieren über:
1. Gesteuerter Stromregler - eine geglättete PWM-Schaltung ist eine
Möglichkeit.
2. PI-Regler
Ich hoffe du hast es nicht mit fanatischen Weinkennern zu tun, die eine
Temperaturgenauigkeit besser als 1 Grad erwarten.
Georg
Schrank und Peltier vertragen sich nicht, ausser man macht Kompromisse.
Also aus Schrank mach ein Volumen von 7x7x7cm oder kleiner.
Oder aus Peltier mach ein Peltier Panel, mit vielleich 10x10 Peltiers,
den Grossen.
Denn die spezifizierte Waermepumpleistung bezieht sich auf Delta-T
gleich Null. Und auf der warmen Seite musst du richtig effizient
kuehlen. Das laeuft gerne weg.
Und ja, wie schon erwaehnt, kein PWM, sondern DC, also ein gesteuertes
Schaltnetzteil.
Mein Vorschlag .. wenn's denn kein Kompressor sein darf... Nimm nasse
Tuecher und regle den trockenen Luftstrom um die Feuchte wegzubringen.
Das kuehlt effizienter.
Tim W schrieb:> ich befinde mich derzeit auf einer Technikerschule für welche ich als> Abschlussarbeit eine Art regelbaren Weinkühlschrank bauen muss/möchte.>> Da ich kaum fertige Bauteile dafür verwenden darf ist mein Plan das> ganze mit einem ESP32 einem Relay Modul und 2 Peltier-Elementen zu> realisieren
Welche Rolle spielt der ESP32 in diesem Schauspiel?
Jetzt ist G. schrieb:> Denn die spezifizierte Waermepumpleistung bezieht sich auf Delta-T> gleich Null. Und auf der warmen Seite musst du richtig effizient> kuehlen. Das laeuft gerne weg.
Auf gut deutsch: das Peltierelement ist im Prinzip eine Heizung, die die
hineingesteckte Energie verheizt. Und zum Dank auf einer Seite kühler
wird als auf der anderen. Diese heiße Seite muss so gekühlt werden, dass
die Wärme der kalten Seite plus die von der Versorgung zugeführte
Energie so gut abgeführt werden kann, dass die Zieltemperatur auf der
kalten Seite trotzdem zum Kühlen taugt.
Denn wenn durch die zugeführte Energie eine Temperaturdifferenz von 50°C
erreicht wird, die heiße Seite aber 80°C warm ist, dann ist "kühlt" das
Element auf der kalten Seite immerhin auf 30°C...
Mein Tipp: nimm dein Peltierelement und ein paar Kühlkörper mit
Wärmeleitpaste und ein Labornetzteil und versuche, deinen Weinkühler
damit manuell zu betreiben. Wenn das geht, dann denk dir eine Elektronik
dazu aus, die dir das Schalten oder Drehen am Labornetzteil abnimmt.
Olaf schrieb:> Mach dir folgendes klar, jedesmal wenn deine PWM oder dein Regler gerade> aus ist, dann fliesst Waerme von der heissen Seite auf die kalte Seite> zurueck.
Juckt doch eigetnlich nix. Denn zu diesem Zeitpunkt wird die optimale
und maximale Kühlleistung offenbar auch nicht benötigt...
Und ab wann wird denn von PWM gesprochen? Wenn ich 1 mal pro Minute
schalte, dann ist das noch geschaltet, aber keine PWM? Wenn ich das
einmal pro 10 Sekunden mache? Oder einmal pro Sekunde? Oder 100 mal pro
Sekunde?
> Juckt doch eigetnlich nix. Denn zu diesem Zeitpunkt wird die optimale> und maximale Kühlleistung offenbar auch nicht benötigt...
Klar, wenn du dein System einschaltest und es gerade runterkuehlt und
der Peltier 100% Einschaltdauer hat dann ist das egal. Aber sobald du im
Regelbetrieb bist dann wird der Wirkungsgrad massiv verschlechtert und
du hast ja sowieso schon das Problem das du riesige Waermemengen abgeben
musst. Das geht dann auf die Lebensdauer des Peltiers. Und gut fuer die
Stromrechnung ist es auch nicht.
> schalte, dann ist das noch geschaltet, aber keine PWM? Wenn ich das> einmal pro 10 Sekunden mache? Oder einmal pro Sekunde? Oder 100 mal pro> Sekunde?
Alles egal. Ich hab sowas schon mit etwa 20khz gebaut und musste den
Ausgang massiv filtern. Heute ist es wirklich am besten da ein
Schaltnetzteil zu nehmen und die Ausgangsspannung vom Regler einstellbar
zu machen. Zumal man ja auch typisch so von 50-60W Leistung redet. Da
ist ein moderner vollintegrierter Regler sicher die beste und einfachste
Loesung.
Bloss der ESP8266 ist dann vielleicht ueberfluessig. :-)
Olaf
Olaf schrieb:> Alles egal. Ich hab sowas schon mit etwa 20khz gebaut und musste den> Ausgang massiv filtern.
Aber nicht wegen des Peltierelements, sondern weil du da die ganze
Umgebung mit dem geschalteten Storm verseucht hast.
> Aber sobald du im Regelbetrieb bist dann wird der Wirkungsgrad massiv> verschlechtert
Hast du da Untersuchungen dazu? Denn der "Regelbetrieb" beginnt ja z.B.
schon bei 99,5% PWM. Und ich kann mir beim besten Willen keine
Mechanismus vorstellen, der hier eine gewaltige Degradation mit sich
bringt...
> und du hast ja sowieso schon das Problem das du riesige> Waermemengen abgeben musst.
Ich muss das mit der PWM und der Kühlung echt mal selber ansehen. Da
kursieren mir irgendwie zu viele Gerüchte...
> Heute ist es wirklich am besten da ein Schaltnetzteil zu nehmen und> die Ausgangsspannung vom Regler einstellbar zu machen.
Ich würde das auch so machen, denn da geht man durch die Gleichspannung
und vor allem den Gleichstrom auf jeden Fall einigen EMV-Problemen aus
dem Weg. Ob ich den Schaltregler selber baue oder fertig kaufe, das
steht dann auf dem nächsten Blatt ;-)
Thomas S. schrieb:> was macht denn eigentlich ein Schaltregler anders als eine geglättete> PWM ? bei beden kommt doch eine Gleichspannung raus?
Der Verbraucher(Peltier-Element) sieht da keinen Unterschied.
Nur die Anteuerung zum einstellen der Ausgangsspannung ist
unterschiedlich.
Tim W schrieb:> In einigen Foren (auch hier) wird teilweise ein PWM Signal empfohlen mit> welcher das Peltier-Element angesteuert wird.
Kaum.
Der sowieso schon schlechte Wirkungsgrad eines Peltier wird durch PWM
noch schlechter.
Für Wein reicht sicher eine Zweipunktregelung, denn auch wenn die
Temperatur den kalten Kühlkörpers um 5 GradC Hysterese dabei schwankt,
bleibt der Wein sicherlich auf 0.5 GradC gleichkalt.
Den technischen Overkill mit ESP kannst du also stecken lassen, ein
Bimetall tuts und spart noch das Relais. Allerdings konnte das ein
Ingenieur schon vor 100 Jahren.
Ja, mit PID Regelung kannst du den Wein auf 0.1 GradC temperieren, aber
dazu müsstest du erst mal so genau messen können. Die üblichen DS1820
oder TSIC sind nicht so genau und analog ist zwar genau aber nur mit
zusätzlicher Schaltung für die die meisten zu faul sind.
Lothar M. schrieb:> Hast du da Untersuchungen dazu? Denn der "Regelbetrieb" beginnt ja z.B.> schon bei 99,5% PWM.
ja, bei 99,5% macht es tatsächlich keinen zu großen Unterschied. Am
interessantesten ist es bei 50% PWM.
Lothar M. schrieb:> Da> kursieren mir irgendwie zu viele Gerüchte...
Das für mich relevante "Gerücht", das für die "Glättung" der PWM zum
DC-Strom spricht, ist die unterschiedliche Wirkung auf Wärmestrom und
Verlustleistung.
Der Wärmestrom ist proportional zum Mittelwert des Stroms. Ob man eine
50% PWM mit I_0 macht, oder ob man 100% der Zeit den halben Strom I_0/2
fließen lässt, wäre aus Sicht des unmittelbaren Wärmestroms erst mal
ziemlich gleichwertig.
Aber die Verlustleistung ist aber proportional zum Strom zum Quadrat.
Lässt man die Hälfte der Zeit den vollen Strom fließen, dann bekommt man
eine doppelt so große Verlustleistung, als wenn man die volle Zeit den
halben Strom fließen lässt. Und die Verlustleistung ist ohnehin deutlich
über der transportierten Wärmeleistung (da Peltiers von Hause aus keinen
dollen Wirkungsgrad haben). Damit haut so eine (unnötige) Verdopplung
der Verluste gleich nochmal richtig rein.
Tim W schrieb:> Da ich kaum fertige Bauteile dafür verwenden darf ist mein Plan das> ganze mit einem ESP32 einem Relay Modul und 2 Peltier-Elementen zu> realisieren
Es wurde schon von anderen gesagt, ich mags nochmal unterstreichen: wenn
du eine spürbare Kühlwirkung auf einen Schrank (noch dazu mit Wein drin)
haben willst, dann brauchst du viele Peltiers. Zwei kleine
Peltier-Elementchen wirst du in der Temperaturentwicklung des Weins fast
nicht spüren.
Thomas S. schrieb:> was macht denn eigentlich ein Schaltregler anders als eine> geglättete PWM ? bei beden kommt doch eine Gleichspannung raus?
Ein Regler regelt, PWM reduziert nur.
Aber geglättete PWM, mit Spule und Freilaufdiode geglättet, ist ja fast
Gleichspannung und für den Wirkungsgrad beim Peltier ganz anders als PWM
(Kühlleistung = Strom = Spannung/Widerstand, Verlust = Strom*Spannung,
50% PWM = halber Verlust, halber Strom dauerhaft = halbe Spannung
dauerhaft = viertel Verlust, also effektiver)
georg schrieb:> MaWin schrieb:> Für Wein reicht sicher eine Zweipunktregelung>> Damit kommst du bei allen Sommeliers auf die schwarze Liste.>> Georg
Bla bla Georg Dummschwatz, alle Weinkühler werden derzeit
Bimetallregelung (des Kompressorkühlets) haben.
MaWin schrieb:> Ein Regler regelt, PWM reduziert nur.
naja, ein Schaltregler verrichtet auch seine Arbeit mittels PWM nur das
dort das Ganze gesammtheitlich betrachtet wird und der "Regler" die
Ausgangsspannung konstant hält. Bei der geglätteten PWM wird das
Puslverhältnis abhängig von dem Wert des Temperaturfühlers geregelt
damit die Temperatur "konstant" gehalten werden soll, also auch ein
Regler, nur einfacher aufgebaut, da ich keinen Regelkreis benötige der
mir zwischendrinn irgendwelche Spannung konstant halten will, die ich
dann je nach Temperatur anhebe oder senke
PWM:
Tempsensor -> PWM -> geglättet als Spannung für Peltierelement
Schaltregler
Tempsensor -> erzeugen eines Signals für Schaltregler -> erzeugt über
PWM daraus eine Gleichspannung für Peltierelement
> Aber nicht wegen des Peltierelements, sondern weil du da die ganze> Umgebung mit dem geschalteten Storm verseucht hast.
Nein. Du denkst zuviel an Etechnik. Denk mal ueber die Physik dahinter
nach.
Ein Peltierlement ist leider auch ein sehr guter Waermeleiter. Wenn die
PWM eingeschaltet ist dann transportiert es Energie von der kalten auf
die heisse Seite. Wenn die PWM aber gerade aus ist dann fliesst diese
Energie wieder zurueck. Und das was da zurueckgeflossen ist musst du
beim naechsten Ein-Zyklus wieder rueberbringen, aber multipliziert mit
der Energie die das Peltier fuer seine Funktion braucht.
Olaf
Olaf schrieb:> Wenn die PWM aber gerade aus ist dann fliesst diese> Energie wieder zurueck.
Das passiert nicht nur, wenn der Strom für 50% der PWM-Periode
ausgeschaltet ist, sondern ständig: die Temperaturdifferenz zwischen
beiden Seiten des Peltiers treibt immer einen Wärmestrom zum
Temperaturausgleich. Der entgegengesetzte Wärmestrom aufgrund des
Peltiereffekts muss erst mal diesen ausgleichen. Nur das was übrig
bleibt wirkt als "Netto-Kühlleistung". Wenn man von identischer
Temperaturdifferenz ausgeht macht es in dieser Hinsicht keinen
Unterschied, ob du 50% PWM mit I_0 oder 100% Dauerstrom mit I_0/2
machst. Nach der Mittelung über eine PWM-Periode hat man identische
Verhältnisse
Der eigentliche Unterschied wurde oben beschrieben: da die
Verlustleistung des Peltiers quadratisch mit dem Strom geht (nicht
linear wie die Wärmeleistung), mittelt sich deren Einfluss nicht weg. Im
worst case (50% PWM) hat man die doppelte Verlustleistung, wenn man den
Strom wirklich per PWM moduliert und nicht glättet. Damit hat man fast
die doppelte Wärmeleistung an der heißen Seite und fast die doppelte
Temperaturdifferenz und fast den halbierten Wirkungsgrad.
