Mieszkanie i ogrzewanie: Eksperymenty
Kompletny scalony uklad miernika cyfrowego DVM z wyswietlaczem LCD firmy Intersil typu ICL7106 wykonany w mieszanej technologii liniowo - cyfrowej CMOS zdobyl ogromna popularnosc a mieszczace sie w dloni i zasilane z bateryjki 9V mierniki z nim tanieja i maja coraz wiecej funkcji. Uklad zawiera przetwornik analogowo cyfrowy A/D o wyswietlanym zakresie -1999...1999 pracujacy metoda podwojnego calkowania. Jedna z zalet tej metody jest silne tlumienie zaklocen sieciowych 50/60 Hz przy odpowiednim wyborze czestotliwosci taktowania. W dokumentacji producenta pokazano miedzy innymi prace ukladu z sensorem w ukladzie mostkowym oraz tranzytorem polaczonym w diode jako sensorem temperatury.
Praktycznie identyczny w czesci analogowej przetwornik A/D ma uklad przetwornika A/D ICL7109 o dokladnosci 12 bitow plus znak czyli 13 bitow przeznaczony jednak do wspolpracy z mikroprocesorami lub mikrokontrolerami lub posredniczacym w szregowej komunikacji laczem UART-em a nie wyswietlaczem. Z uwagi na duze niezrownowazenie uzytych w ukladach ICL wzmacniaczy operacyjnych CMOS w ukladzie zastosowano autozerowanie, ktore niestety po przekroczeniu zakresu pomiarowego powoduje dlugie nasycenie przetwornika. W zastosowaniu wielokanalowym z wejsciowym multiplexerem awaria w jednym kanale spowodowalby nie dzialanie wszystkich kanalow. Opracowano wiec ( osobny dokument ) skuteczny srodek zaradczy. System z ukladem ICL7109 z mikrokomputerem ZX Spectrum wspolpracuje zdumiewajaco dokladnie. Usuniecie tej powaznej wady w ukladzie – chipie wcale nie jest trudne i wymaga dodania niewielu elemntow.
Byle jak stosowany tranzystor w polaczeniu diodowym nie jest specjalnie liniowy jako sensor temperatury. Bardziej liniowe sa scalone sensory w ktorych wykorzystuje sie bardzo mocno niezrownowazona pare roznicowa ale sa do kilkadziesieciu razy drozsze.
Drogi, dwukoncowkowy uklad AD590 jest zrodlem pradowym o skali 1 uA/K i ma prad proporcjonalny do temperatury w skali Kelwina. Mierzy nawet niskie temperatury.
Tanszy, trojkoncowkowy uklad LM35 ma wyjscie napieciowe o skali 10 mV/C i napieciu 0V przy temperaturze 0 C ale z dodatkowym ujemnym napieciem polaryzujacym wyjscie przez rezystor. Mierzy tez temperatury ujemne w skali Celsjusza. Oba uklady dostepne sa w roznych obudowach a w tym TO92 i w obudowach metalowych.
W firmowej aplikacji ukladu ICL7106 z tranzystorem jako sensorem temperatury sugerowana kalibracje dwoma potencjometrami przeprowadza sie w temperaturze 0 C w mieszaninie wody z lodem i w temperaturze gotujacej sie wody, zaleznej od cisnienia atmosferycznego czyli glownie wysokosci nad poziom morza a w przyblizeniu 100 C. Przy typowym napieciu odniesienia ukladow ICL wynoszacym 3V i napieciu na tranzystorze 0.6V ( zalezy od temperatury ) prad plynacy do tranzystora - sensora wynosi wtedy 3-0.6/ 22 K = 109 uA. Podano ze sensor - tranzystor MPS3704 ( identyczny do 2N4400, Uceo=30 V, Ic = 600 mA, istotny jest duzy prad Ic o czym dalej ) Motoroli lub ekwiwalent ma czulosc 2 mV/C.
Malym mankamentem sensora tranzystora / diody jest jego nie ratiometrycznosc, w przeciwienstwie do sensorow RTD PT100 ( takze 500 i 1000 ) czy innych termometrow i szerzej sensorow oporowych.
Z rozwazan teoretycznych wynika ze tranzystor jest sensorem liniowym temperatury przy zasilaniu go rezystorem z napiecia BandGap czyli dla krzemu circa 1.23 V. Oczywiscie bledem jest uzycie do zasilania zrodla pradowego. Gdy mamy napiecie zasilania wieksze od BandGap to stosujemy dwa rezystory – jeden zasilajacy a drugi rownolegly do tranzystora tak byc "luzem" dzielnik z tych rezystorow mial napiecie BandGap.
Obecnie w kazdym budynku jest instalacja elektryczna a miedzy przewodem fazowym sieci a kazdym przedmiotem a w tym przewodem jest okreslona pojemnosc. Przy rozsadnym zblizeniu zasilanego z sieci przewodu do nieekranowanego przewodu-skretki sensora BC328 pracujacego z pradem 30uA przez czesc odczytow nie ma szumu i zmiany wartosci pomiaru. Szum sieciowy 50 Hz mozemy tez podac do sensora malym kondensatorkiem. Im wieksze jest zaklocenie tym wyzsza ( efekt prostowania ) jest mierzona temperatura.
Miedzyszczytowa wartosc wejsciowych szumow ukladow rodziny ICL wynosi ponizej 15 uVpp dla 95 % czasu. Po zwiekszeniu czulosci ukladu ICL do 100 mV szumow nadal nie ma w rezultatach ADC a to odpowiada roznicy temperatur <50C sensora - tranzystora. Dolaczony w urzadzeniu rownolegle do kabla z sensorem-tranzytorem na koncu, kondensator elektrolityczny jest skuteczny dla redukcji zaklocen. Jego zaleta (!) jest jego stratnosc i zmniejszajaca sie w funkcji czestotliwosci pojemnosc wykluczajace powstawanie w kablu fal stojacych. Pojemnosc ta jest limitowana czasem stabilizacji systemu po zalaczeniu zasilania i niestety wyklucza multipleksowanie pradu pomiarowego do sensorow.
Jednak czasem w systemie czulosc systemu przetwornika A/D jest niska. Jak pokazano na rysunku w opracowaniu tranzystor na plycie drukowanej PCB moze jednoczesnie sporo wzmocnic swoj wlasny sygnal temperatury bez uzycia wzmacniacza operacyjnego. Dobor rezystorow w ukladzie wynika z optymalizacji liniowosci pomiaru. Tak wiec pomiar temperatury systemu na plycie PCB moze byc bardzo tani.
Wykonane na okraglej plycie, "waflu" struktury wielu tranzystorow lub ukladow scalonych sa wstepnie testowane i po pocieciu sprawne struktury sa umieszczane w obudowach i finalnie testowane a na podstawie zmierzonych parametrow oznaczane - grupowane. Jakosc technologi decyduje o uzysku produkcyjnym. Srednica plyt i rozdzielczosc procesow fotolitograficznych caly czas rosna. Uzysk najwiekszych pamieci dynamicznych DRAM jest w granicach od jednego do ponad 90% co ilustruje gigantycza roznice w poziomie technologii roznych producentow. Roznice miedzy tranzystorami pary roznicowej a nastepnie tranzystorami wyjsciowego dla pary desymetryzujacego lustra pradowego decyduja o napieciu niezrownowazenia wzmacniacza operacyjnego. Wielka powtarzalnosc rezystorow i tranzystorow jest wymagana w dokladnych przetwornikach cyfrowo – analogowych DAC. Wielkie postepy technologiczne w tej dziedzinie w latach siedemdziesiatych poczynila firma Precision Monolitics z USA doglebnie studiujac i modyfikujac proces monolityczny. Roznice napiec Ube ( przy B polaczonym z C ) w diodowym polaczeniu tranzystorow danego typu przy okreslonym pradzie od jednego producenta swiadcza o jakosci technologi. Na jednej tasmie tranzystorow moga byc one przy wysokiej jakosci mniejsze od 0.5 mV lub duzo wieksze przy marnej technologii. Niestety tranzytory produkcji Cemi mieszcza sie w tej drugiej wstydliwej kategorii.
Wybranie grupy identycznych tranzystorow - sensorow wymaga pewnej pomyslowosci. Tranzystory w obudowie plastikowej TO92 w tasmie kladziemy na aluminiowej blasze i plastikowe lebki dociskamy druga blacha tak by moc koncowkami pomiarowymi popularnego DVM ustawionego na test diody dotknac E i B+C. Unikamy miejsca blisko kaloryfera i przeciagu. Nie oddychamy na tranzystory i nie zblizamy sie zanadto. Jedna osoba szybko mierzy miernikiem DVM ustawionym na test Diody, tranzystory a druga zapisuje wyniki. Przy wiarygodnym pomiarze druga seria pomiarow musi byc identyczna jak pierwsza.
Czynnosc moze wykonac jedna osoba ale uplyw czasu jest duzo wiekszy i stad szansa na zajscie zmiany temperatury.
Obudowa kazdego sensora powinna byc optymalna do zastosowania. Tranzystory BC328 jako sensory do przewidzianego wlasnego zadania maja mierzyc temperature powierzchni plaskich lub zblizonych do plaskich. Odrobina kleju epoksydowego przyklejono je do blaszek. Przyklejono takze kropelka cienki przewod aby mial wlasciwa temperature a sensor wytrzymalosc mechaniczna.
Na zlecenie standardowy miernik DVM z ICL7106 przerobiono do powaznych badan tak ze pracuje z dwoma tranzytorami jako sensorami temperatur wyswietlajac wprost temperature jednego z akurat wybranych sensorow.
Natomiast do drugiego miernika uzytego w niniejszych eksperymentach dodano 8 pozycyjny przelacznik Q - sensorow z rezystorami i elektrolitycznymi kondensatorkami przeciwzakloceniowymi.
Przebieg eksperymentow.
1.W piecu kaflowym zainstalowany jest ceramiczny grzejnik elektryczny o deklarowanej mocy 2 kW a piec jest calkowicie odciety od komina. Sensory temperatury przyklejone sa dwustronna tasma do pieca a przewody senorow trzymane opasujacym mechnicznie piec przewodem Temperatura po 6 godzinach zalaczenia zaczyna sie stabilizowac. Z wyliczen wynika ze piec rozprasza moc okolo 1.9 kW co jest dosc prawdopodobne.
2.Gospodarz poniemieckiego mieszkania w kamienicy odwazonym suchym drewnem rozpala piec kaflowy ( bardzo zblizony do pieca z wkladem elektrycznym ) i daje odwazona ilosc wegla "orzech" a po pewnym czasie dodaje kolejna ilosc tego wegla i przymyka a nastepnie zamyka doplyw powietrza do popielnika. Temperatury z sensorow na piecu sa recznie zapisywane co pol godziny przez 12 godzin. Eksperyment jest wiec czasochlonny. Zdaniem jednego eksperta wegiel ma kalorycznosc okolo 6000 kcal / kg. Z obliczen z zebranych danych wynika ze piec ma sprawnosc okolo 39% co stoi w razacej sprzecznosci z ksiazkowa sprawnoscia rzekomo 65-80%. Ekspert twiedzi jednak ze uzyskany wynik jest absolutnie poprawny a sprawnosci przy nieumiejetnym paleniu w piecu sa jeszcze gorsze.
Na tle silownikow pneumatycznych i hydraulicznych sterowany regulatorem krokowym elektroserwomechanizm jest bardzo wygodnym aktuatorem napedzajacym organ wykonawczy.
Dla mniejszych mocy stosowany jest silnik dwufazowy a dla wiekszych typowy silnik trojfazowy.
Mechaniczna trwalosc przekaznika ( kontaktora i CB jest mniejsza ) wynosi okolo 10e7 akcji ale zywotnosc elektryczna w warunkach nominalnych wynosi okolo 10e6 akcji lub mniej. Przy mocniejszym obciazeniu stykow trwalosc przekaznika gwaltownie spada. W kazdym urzadzeniu stykowym przy rozwarciu stykow prad jest przerwany dopiero po przejsciu pradu przez zero i gdy obszar polukowy jest schlodzony i zdejonizowany nastepuje realne rozlaczenie. Przekaznik na napiecie sieciowe i prad 16 Aac moze przy napieciu stalym 250 Vdc rozlaczac prad staly o natezeniu zaledwie 50 -100 mA !
Styki samochodowego przekaznika na napiecie 12 Vdc ulegaja szybkiemu zuzyciu w instalacji 24 Vdc ! Oczywiscie przekaznik jest poprawnie sterowany.
W regulatorach krokowych z wyjsciowymi przekaznikami dla powiekszenie bezpieczenstwa jeden obwod dla silnika dwufazowego przechodzi przez styk rozlaczny jednego przekaznika i styk zalaczany drugiego. Biorac pod uwage proces dejonizacji gdy z za malym opoznieniem zalaczymy drugi przekaznik po wylaczniu pierwszego to i tak czasem nastapi niszczace zwarcie kondensatora przez styki. Oczywiscie czas dejonizacji "stykow" wplywajacy na faktyczny czas rozlaczenia zalezy od kata fazowego operacji, modulu pradu i cos phi obciazenia. W najlepszych rozwiazaniach styki chronione sa gasikiem RC i warystorem. Dla silnika dwufazowego i sieci 220 V warystory te sa na napiecie nominalne az 420 Vac jako ze na kondensatorze silnika dwufazowego jest napiecie do 360 Vac i takie napiecie jest na rozlaczonym styku.
W prostym ukladzie testowym mozna pokazac to zwarcie skutkiem nie zaszlej do konca dejonizacji .
3.Do stykow nieruchomych zestyku przekaznika doprowadzamy przez dwie zarowki halogenowe 1000 W dwie fazy R i S ( umownie) sieci trojfazowej a styk ruchomy obciazony jest zarowka 200 W lub transformatorem - dlawikiem lub silnikiem dolaczonym do N sieci. Zatem bez wzbudzenia cewki przekaznika obciazenie zasilane jest poprzez zimnego halogena o malej opornosci z fazy R a ze wzbudzeniem z fazy S. Po serii wzbudzen blysna nam halogeny co oznacza "zwarcie" miedzyfazowe !
Zatem przy stosowaniu przekaznikow w regulatorze krokowym oprocz blokujacego uzycia zestyku trzeba tez zapewnic ze jest > 10-20 ms przerwa w akcjach przekaznikow obu kierunkow napedu.
Z racji awaryjnosci w regulatorze krokowym wymienne przekazniki operujace silnikiem dwufazowym sa czesto umieszczone w podstawce.
Przekazniki mocy i kontaktory o zuzytych stykach sa zrodlem silnych zaklocen elektrycznych i radiowych przy operacjach.
4.Antyrownolegla do cewki przekaznika dioda mocno opoznia jego wylaczenie co w zastosowaniu do zasilania silnika dwufazowego jest niekorzystne. Tymczasem wspolczesne tranzystory sygnalowe doskonale toleruja energie zmagazynowana w polu magnetycznym przekaznika przy wylaczaniu tranzystora w modzie lawionowym – Avalanche. Operujacy przekaznikiem tranzystor jest baza sterowany sygnalem prostokatnym z generatora funkcyjnego. Na oscyloskopie pokazano napiecie z zestyku zasilanego napieciem 24V i napiecie na kolektorze tranzystora BC337 z dioda i bez diody. Odpuszczenie przekaznika bez diody jest momentalne – 3 ms a z dioda wynosi az okolo 20 ms.
Siemens do systemu Teleperm C zastosowal tyrystorowe rewersyjne ( czyli tez do regulatorow krokowych) laczniki trojfazowe na napiecie sieciowe 380 V o mocy silnika 150 W - 5.5 KW. Zakloceniowe stromosciowe zalaczanie tyrystorow / triakow w trojfazowym laczniku rewersyjnym oznacza zwarcie miedzyliniowe i conajmniej zadzialanie bezpiecznikow. Natomiast silniki dwufazowe, tylko malej malej mocy, zasilane z transformatora 220 / 24 Vac sa zalaczane triakami. Trojfazowe rewersyjne laczniki tyrystorowe sa stosowane od lat tam gdzie operacje sa czeste i zywotnosc stycznika bylaby mala.
Makamentem triakow jest mala tolerancja na zakloceniowe zalaczenie stromoscia napiecia du/dt i mala dopuszczalna stromosc zalaczanego pradu di/dt.
Transoptory produkowane sa juz dosc dlugo. Produkowane sa masowo przez wiele firm w swiecie. Rosnie ich niezawodnosc a maleje cena. Coraz szybsze sa transoptory dla przesylania sygnalow cyfrowych. Dosc dlugo produkowane sa transoptory z wyjsciowym optotyrystorem rozniace sie tylko tym ze zamiast fototranzytora jest wyjsciowy fototyrystor. Takie transoptory sa stosowane na przyklad w tyrystorowych serwonapedach pradu stalego produkcji ZSRR.
Natomiast dopiero w latach osiemdziesiatych Motorola podjela produkcje transoptorow rodziny MOC30XX w obudowie DIL6 z wyjsciowym optotriakiem. Takze inne koncerny podjely nasladowcza produkcje. Poniewaz w USA stosowane jest jednofazowe napiecie sieciowe 115 Vac to pierwsze optotraki mialy chwilowe napiecie maksymane ledwie 250V i w Europie byly nieprzydatne. Pozniejsze optotriaki MOC302X ( X=0,1,2,3 oznacza czulosc wyzwalania ) maja juz napiecie Vdrm=400V i moga pracowac w urzadzeniach zasilanych z sieci energetycznej 220 V. Optotriaki MOC304X sa "Zero Volage Crossing" czyli zalaczane w zerze i scalona struktura wyjsciowa jest bardziej skomplikowana. Motorola zapowiedziala produkcje zalaczanych w zerze optotriakow na napiecie Vdrm 600 i 800 V. Do eksperymentow uzyto identycznych ukladow koncernu TRW o nazwie OPI3040 bo takie byly dostepne. OPI to firmowa nazwa od Optically Coupled Isolator czyli transoptor. W katalogu koncernu TRW na 1985 rok nawet wykresy przypominaja te wykresy Motoroli. Te same sa uklady testowe.
5.Sprawdzone napiecie Vdrm dla optotriakow OPI3040 jest troche ponad 500V czyli spelniaja katalogowe wymogi.. Optotriak taki polaczono w typowego "Darlingtona" z triakiem BT138 i zastosowano jako jeden lacznik dla sterowania dwufazowego silnika asynchronicznego serwomechnizmu. W szereg dano zabezpieczajaca zarowke odpowiedniej mocy ( zimna ma malo opornosc ) i maly dlawik do ograniczenia stromosci ewentualnego pradu zwarciowego. Niestety po pewnym czasie lacznik z optotriaczkiem sie zamknal bez rozkazu a optotriak jest uszkodzony ale triak jest sprawny. Napiecie na kondensatorze silnika wynosi 360 Vac czyli jest daleko poza mozliwosciami optotriaka ktory musi byc na Vdrm=800 V a calosc musi byc chroniona warystorem bo optotriak niestety nie zalacza sie nieniszczaco przy przepieciu choc pewnie wada ta zostanie niedlugo usunieta.
W sterowniku PLC 8-16 bramek wyjsciowych triakow jest sterowanych zwyklymi transoptorami a uklad ma jeden wspolny izolowany od GND PLC zasilacz. Wymaga to dodatkowego uzwojenia na transformatorze zasilacza. Zarowno transformatora "zelaznego" 50 / 60 Hz czy transformatorka impulsowego zasilajacej przetwornicy. Triaki moga byc zalaczone w kazdym momencie lub sygnaly dla transoptorow moga byc emitowane przez procesor lub interfejs tylko wokol zera napiecia sieciowego co bardzo mocno ogranicza emitowane zaklocenia podczas zalaczania triakow.
Triaki sa stosowane w nowoczesnych pralkach automatycznych do programowego zalaczania "wykonawcow". Wykonany w technologi PMOS mikrokontroler TMS1100 za 2 dolary zasilany jest napieciem ujemnym co jest wygodne dla ujemnego sterowanie bramek 4 czulych triakow w pralce. Sterowanie wylacznie dodatnie bramek triakow jest mocno niepolecane dlatego ze czulosc wyzwalania triaka jest mala i obnizona przy ujemnym napieciu anody jest maksymalna stromosc narastania pradu di/dt. Grzalke pralki o mocy >2000 Watow zalacza jednak odpowiedni przekaznik mocy. Tak samo przekaznik przelacza stykami polaczonymi w mostek kierunek uzwojenia wzbudzenia silnika uniwersalnego czyli kierunek obrotow.
Triak o takiej samej powierzchni struktury jak tyrystor ( obudowa limituje maksymalna powierzchnie zamontowanej struktury ) na obciazalnosc pradowa okolo 60-70% tyrystora co wynika ze znacznie wiekszego spadku napiecia na przewodzacym triaku niz na tyrystorze. Przykladowo tyrystor BT152 Philipsa ma Itrms=20A a triak Philipsa BT138 tylko Itrms=12A. Oba przyrzady maja obudowe TO220. Prady zwarciowe dla nich wynosza odpowiednio 200 i 90 A. Maksymalna stromosc narastania pradu wynosi 200 i 30 A/usec. A wiec triaki sa bardzo delikatne dynamicznie na tle tyrystorow.
Maksymalna stromosc narastania napiecia anodowego tyrystora BT152 pokazana na rysunku silnie zalezy od temperatury i wartosc rezystora bocznikujacego bramke Rgk. Podawana dla innych okolicznosci ( parametry sa tylko czesciowo porownywalne ) stromosc napieciowa dla triaka jest znacznie mniejsza. W dziedzinie parametrow dynamicznych triakow jest zatem duzo do zrobienia !
Producenci dla czesci tyrystorow podaja ze moga byc one bezpiecznie wyzwolone nadmiernym napieciem blokowania ( czyli efekt lawinowy ) pod warunkiem jednak mocnego ograniczenia stromosci narastania pradu do okolo 10% dozwolonej przy wyzwalaniu bramkowym. Dla polaryzacji wstecznej tylko czesc typow tyrytorow moze absorbowac energie w modzie lawinowym (w innym zlaczu) podobnie jak dioda Zenera a dla innych jest to niszczace. Obecnie stosowanie spowolniajacego du/dt gasika RC do kluczy polprzewodnikowych jest jeszcze konieczne. Zatem w czesci przypadkow konieczna jest ochrona kluczy warystorem a jednoznaczna odpowiedz czy jest on konieczny wynika z wlasciwosci kluczy, ktore nie zawsze sa podawane przez producentow. Zatem konieczna jest weryfikacja eksperymentalna.
Bocznikujacy bramke rezystor Rgk jest tym skuteczniejszy przy szybkim narastaniu napiecia im bramka jest mocniej rozwinieta. Bardzo latwo jest to ustalic sprawdzajac jaki jest prad podtrzymania Ihold ( podany z regulowanego zasilcza ) z bramka rozwarta i z bramka zwarta do katody. Im bardziej jest rozwinieta bramka tyrystora tym wieksza jest ta "roznica" (iloraz) w podanych pradach.
O ile w wielowyjsciowym PLC z triakami wystarczy jeden wspolny zasilacz to w przypadku normalnych ( nie bardzo czulych ) tyrystorow wyzwalanych sygnalem z transoptora potrzeba tyle zasilaczy ile jest wyjsc co praktycznie eliminuje to rozwiazanie. Z kolei stosowanie do wyzwalania w PLC tyrystorow transformatorow bramkowych jest niepraktyczne i nie na technologicznej fali.
General Electric od lat produkuje tyrystorki C106. Sa tez nasladowczo produkowane przez inne firmy majac w nazwie 106 wraz z dodatkowo grupa napieciowa. Tyrystory te maja bardzo duza czulosc wyzwalania ale bardzo male dopuszczalne du/dt. Aby je wykorzystac jako czuly klucz trzeba bramke aktywnie blokowac do katody dynamicznie zalaczanym tranzystorem. Przy zwarciu bramki z katoda zakloceniowa odpornosc dynamiczna "C106" du/dt bardzo zalezy od producenta tego tyrystora !
Do czasu udoskonalenie optotriakow i triakow tyrystorek "C106" wraz z mostkiem diodowym jest calkiem dobrym rozwiazaniem.
Przy zalaczaniu transformatorow wystepuja znaczne pradu zalezne od kata fazowego zalaczania i pozostalego namagnesowania rdzenia transformatora. Srednio prady rozruchu najwieksze sa przy zalaczaniu przy kacie zerowym napiecia czyli wlasnie przy "Zero Crossing". Czy zalaczanie przy zerowym napieciu sieciowym ma jakies zle efekty w odniesieniu do silnikow dwufazowych ? Efekt ten powinien zamanifestowac sie ciezszym czyli dluzej trwajacym rozruchem. Przy zalaczeniu przypadkowym lub "Zero Crossing" nie ma roznicy w osiagnietej szybkosci wirnika po czasie ca 500 ms ( mierzymy czas wybiegu ) a wydaje sie ze powinna byc !
Natomiast ogromna zaleta "Zero Crossing" jest mala stromosc napiecia na drugim wylaczonym kluczu !
Naturalnie komutowane prady plynace przez tyrystory i triaki sa wylaczane bezzakloceniowo po przejsciu ich przez zero.
Gdy jednak spodziewany sie ze moze nastapic niechciane zalaczenie lacznika do silnika dwufazowego nalezy w szereg z jednym lacznikiem dac maly dlawik stromosciowy di/dt najlepiej z rdzeniem o duzej stratnosci co zapobiegnie oscylacjom pradu zwarcia kondensatora . Prady plynace przez laczniki nie sa rowne i dlawik nalezy dac w szereg z mniej obciazonym lacznikiem aby minimalizowac straty mocy.
Warunkiem koniecznym ale nie dostatecznym poprawnego dzialania systemu regulacji CO i CWU wezla cieplnego jest poprawne ustawienie parametrow regulatorow. Ustawienie to jest bardzo trudne i wymaga dlugiej mozolnej pracy. Jesli regulator sam nie prezentuje przynajmniej odczytu z sensora i nie pokazuje stanu aktuatora potrzebna sa dodatkowe przyrzady i sposoby ich przylaczenia.
Algorytmy regulacji samonastrajajacej sie sa doskonalone od lata ale wymagaja sporej wydajnosci procesora i sporej pamieci RAM czego mikrokontrolery obecnie nie maja. Z kolei prymitywne algorytmy samonastrajania sa strasznie zawodne. Przy lacznosci kontrolera wezla z centralnym komputerem systemu moglby on przeslac laczem dane i otrzymac wyniki do nastrojenia ale czy kontrolery beda mialy lacze telefoniczne lub inne jest niewiadoma !
Zatem celem pierwszego etapu automatyzacji wezlow CWU-CO MUSI byc ustalenie dla konkretnych konfiguracji wymienikow ciepla, zbiornikow i zaworow z napedem optymalnych parametrow regulatorow. "Wbudowany" Regulator analogowy mialby parametry dla konkretnego typu wezla ustalone na stale a zmiana parametrow regulatora programowego wymagalaby zmiana w programie lub znajomosci poufnego hasla dostepu przy uzyciu do pamietania parametrow pamieci nieulotnej.
Regulacja ciagla natrafia na rozne problemy i w 100% rade z nia tak naprawe daja sobie tylko zachodnie koncerny. W praktyce glowna automatyka ciagla kotlow polskich blokow energetycznych w zasadzie nie dziala z powodu wielkich oscylacji i kolysan.
Temperatura wody sieciowej sroga zima jest wysoka a latem niska. Mocno zmienia ona wzmocnienie petli regulacji CWU.
Leniwie dzialanie regulacji CWU w lecie sa niedopuszczalne. Z kolei duze wzmocnienie petli w zimie prowadzi do oscylacji. Liczba zadzialan spada z nieczuloscia regulatora krokowego ale kosztem jakosci regulacji. Stad trzeba stosowac optymalna ( = zweryfikowana eksperymentalnie ) nieczulosc. Nie powinna byc ona regulowana. Regulator CWU musi byc adaptacyjny lub nastawy Zima / Lato moga byc przelaczane przez program.
Laczniki na tyrystorach i ( w przyszlosci nowoczesnych, ulepszonych triakach ) rozwiazuja sprawe uszkadzania sie przekaznikow. Mechaniczna trwalosc serwonapedu jest ograniczona i oscylacyjna praca petli regulacji przy zlych nastawach regulatorow doprowadzi do przedwczesnego zuzycia napedu i zaworu. W przypadku regulatora programowego mozna zliczyc liczbe zadzialan i sumaryczny czas przestawiania i zdarzenia kolejnych zadzialan w przeciwnych kierunkach. Wyniki te powinny byc identyczne w identycznych dobrzez funkcjonujacych obiektach.
Liczba zadzialan i ich czas pozwola tez ocenic czy naped jest dobrej jakosci czy tez one zuzywa sie przedwczesnie.
W trwajacym kryzysie "gospodarki niedoborow" caly czas czegos brakuje. Normalnie w systemach automatyki przemyslowej do przylaczania sensorow stosuje sie kable ekranowane, czesto telekomunikacyjne. Czy mozliwe jest zastosowanie dostepnych krotkich kabli oswietleniowych L+N w ukladzie 2 przewodowym, kabli jednofazowych L+N+PE 3 przewodowych lub kabli trojfazowych UVWN 4 przewodowych do przylaczenia sensorow PT100 ? W kablu ekranowanym zyly sa skrecone dla minimalizacji wplywu pola magnetycznego. Doswiadczalnie stwierdzono ze w plaskim przewodzie 3 zylowym najlepiej gdy srodkowa zyla to sygnal "gorny" z trojprzewodowej PT100 a jedna skrajna zyla to GND regulatora a druga skrajna zyla to przedluzone w kostce przylaczeniowej sensora GND. W ten sposob zyly przylaczone do GND pelnia role polowicznego, malo szczelnego, ekranu elektrycznego.
Filtracja w regulatorze zbieranych nieekranowanymi przewodami zaklocen sieciowych jest stosunkowo tania i sprowadza sie do powiekszenia i tak stosowanej pojemnosci filtru. Rzecz jasna aby sensor PT100 mial jak najwieksza czulosc jego prad operacyjny musi byc jak najwiekszy ale jeszcze nie wnoszacy bledow od samonagrzewania sie.
W systemie domofonu aby zminimalizowac zbierane nieekranowanymi przewodami telefonicznymi lub innymi zaklocenia sieciowe, pojemnosc miedzyuzwojeniona zasilajacego transformatorka sieciowego musi byc jak najmniejsza ( uzwojenia obok siebie na karkasie a nie na sobie i uziemiony rdzen transformatorka ) aby zmienny potencjal 50 Hz systemu, spowodowaly pradem pojemnosciowym uzwojen, do masy budynku byl jak najmniejszy.
Sensor PT100 jest w warunkach przemyslowych niezastapiony i na swojej pozycji umocowany i nie zagrozony. Gorny pulap mierzonych temperatur PT100 siega 600 C a rzadko 850 C. Obudowany sensor PT100 jest jednak stosunkowo drogi chocby z tego powodu ze metal szlachetny platyna jest droga szczegolnie w postaci cieniutkiego drucika ktorym nawiniety jest sensor PT100. Pojawily sie scalone monolityczne sensory temperatur na zakres do 125-150 C ale musza byc one jeszcze obudowane aby moc je gdzie zamontowac na obiekcie. Niedrogie obudowy takie sa w USA oferowane ale przy obecnym "kursie" zlotego sa faktycznie niedostepne. Dobrym sensorem temperatury jest tez zwykly tranzystor. Do prac eksperymentalnych mozna sensor - tranzystor w obudowie TO92 przykleic klejem epoksydowym do blaszki miedzianej , aluminiowej czy cienkiej plytki drukowanej. Mozna go umiescic w hermetycznej rurce. Zaprojektowano podobna do produkowanej w USA, obudowe tranzytorowego sensora TO92 do produkcji masowej do zastosowania wlasnie w wezle CO - CWU. Koszt przemyslowej produkcji pol - masowej takiej obudowy jest bardzo maly.
Praktycznie wyprobowano tranzystor jako sensor na wezle CWU. Do tych temperatur tranzystor - sensor nadaje sie doskonale. Opracowane uklady regulatorow CWU i CO dla uzycia sensorow - tranzystorow zamiast PT100 wymaga tylko zmiany wartosci czesci rezystorow i ich obsady. Mankamentem sensora - tranzystora jest koniecznosc zastosowania do polaczenia z regulatorem przewodu ekranowanego. Nie stwierdzono zaklocen spowodowanych detekowaniem przez tranzystor - sensor fal radiowych co wymaga jednak potwierdzenia w laboratorium EMC z duzym natezeniem pola elektromagetycznego jakie moga lokalnie wytworzyc nadajniki TVC duzej mocy i radiotelefony. Gdyby sie okazalo ze silne pole elektromagnetyczne jest jednak zakloceniowo detekowane trzeba rownolegle z tranzystorem umiescic tani, malenki kondensator w obudowie SMD. Tranzystory - sensory BC327/337 na Ic=800 mA maja stosunkowo duze pojemnosci a przy malych pradach pomiarowych sa w tych okolicznoscich powolne i malo wrazliwe na sygnaly radiowe.
Strumien energi w promieniowaniu Slonca jest ogromny. Totez wymagana do ogrzewania moc cieplna zalezy od natezenia promieniowania slonecznego ale tez szybkosci wiatru i wilgotnosci powietrza jako ze ma ona wplyw na proces przejmowania ciepla. Skonstruowany "Przetwornik temperatury efektywno - radiacyjnej do sterowania ukladami regulacji CO w wezlach cieplowniczych " ( M. Durnas, J.Matusiak. Opracowanie ukladu automatycznej regulacji dostawy ciepla na potrzeby C.O. minimalizujacego dobowe zmiany przeplywu wody sieciowej. Praca na zlecenie OBRC przy SPEC Warszawa 1985 , Prace Naukowe PS 1988, strona 157-165 ) w zalozeniu mial byc dolaczony do istniejacego systemu regulacji z regulatorem pogodowym R303 zamiast zwyklej PT100 mierzacej temperature na zewnatrz budynku. Przetwornik dziala dobrze. Mimo iz starano sie uklad zminimalizowac nie jest on bynajmniej prosty i ma tez niestety zasilacz z sieci 220 V jako ze regulator R-303 nie oferuje stalego napiecia zasilania dla zewnetrznych systemow . Sensor temperatury efektywno - radiacyjnej z tranzystorem jako sensorem i rezystorem jako grzejnikiem zasilany z odpowiedniego wspolpracujacego regulatora jest prosty i przy produkcji masowej tani. Dodatkowe funkcjonalnosci w takim specjalnym regulatorze CO - pogodowym sa tanie szczegolnie w realizacji programowej - cyfrowej co jest dobrym prognostykiem i atutem na przyszlosc.
W regulatorach krokowych dalej są spotykane przekaźniki. Niedawno wymieniłem taki przekaźnik. Były wlutowane a nie w podstawkach.
OdpowiedzUsuńWitam
UsuńPrzekaźniki z części zastosowań są wypierane ale w niektórych niszach dalej się trzymają