Форум РадиоКот

Всем привет. Есть водонагреватель проточной воды. Мощность 7 КВт. Однофазный. По счетчику кажется жрет больше 7КВт. Что нужно, а нужно регулирование при такой мощности. Как правильнее сделать через реле вкл выкл, или через фазовое управление? Есть тонкость что это многоквартирный дом.

Симисторы на 50А вроде доступны.
Рассчитать радиатор и сделать правильное выключение.

А проводка выдержит?
33 ампера это не для квартирно-бытовых...

es131245, А как им правильно управлять? Чтоб помех было по меньше. Вижу только 2 варианта вкл\выкл либо через нарезание синусойды.

BOB51 писал(а):А проводка выдержит?

По квартирам и ввод у меня 10 квадратов мЭЭЭдь, по дому до нагревателя идет уже 4 квадрата мЭЭЭдь. Да и не все же время мне с него 7КВт снимать.

Нагреватель - штука инерционная, поэтому вполне нормально будет "вкл/выкл" методом пропуска целых периодов. Это своего рода разновидность ШИМа, только целыми периодами. Для этого варианта есть мощные симистроные реле на радиаторах. Модели на память не помню.
Если релейный вариант, то нужно не реле, а контактор (магнитный пускатель), он лучше приспособлен под большие токи, в нем есть дугогасители.
Фазовое управление не подойдет, поскольку коммутация мощной нагрузки в районе пика синусоиды будет давать значительные импульсы помех.

А по мощности... ну кагбе 7 кВт - это около трех утюгов или электрочайников, включенных одновременно.

А твердотельные реле идут с детектором нуля? А то дополнительную функцию собирать надо будет отслеживать синусоиду. И можно их напрямую цеплять на ножку МК?. Либо дополнительно усилитель какой то собирать.

Вот не скажу прям за все твердотельные реле, но те, которые я использовал (вот такие - https://static.chipdip.ru/lib/459/DOC001459878.pdf) , они имеют детектор нуля и опторазвязку, позволяющую напрямую подключить микроконтроллер ко входу.
Так что это надо смотреть конкретно документацию на реле.

А тен там один - может возможно ступенчато включать нагрузку

Таки нет, там стоят 2 тэна. Но в этом случае как я понимаю необходимо ставить два исполнительных элемента (твердотельное реле). Вопрос возникает как в таком случае реализовывать алгоритм работы этих двух элементов?

Лучше греть ТЭНы одновременно - так нагрев воды будет более равномерным.
Плавная регулировка мощности там не нужна. Вполне достаточно сделать ступенчатую с шагом в 15-20%.
Первичные цепи реле можно просто запараллелить.

[uquote="Бубоник",url="/forum/viewtopic.php?p=4798957#p4798957"]Таки нет, там стоят 2 тэна.[/uquote]
Коль их два, то - каждый нагреватель включается через_диод, на оба разная полярность. После чего переключатель (сдвоенный) - так или с закорачиванием диодов.
В результате имеете переключатель 50/100% без какой-либо схемы и генерации помех другим.

Через диод это хорошо, но вот только из-за пропускания только одной полуволны при таких мощностях начнет искажаться форма синусоиды в сети. А искажение формы синусоиды - это как раз источник гармоник.

Как я писал ранее, регулировать мощность можно пропуском целых периодов, начиная и заканчивая точками пересечения 0, режим "вкл/выкл". Твердотельные реле, на которое я приводил ссылку, имеет как раз такой детектор нуля, и открытие симистора будет начинаться как раз с точки 0, независимо от фазы управляющего сигнала. То есть, такое реле не работает в режиме фазового управления.

[uquote="Бубоник",url="/forum/viewtopic.php?p=4796393#p4796393"]водонагреватель проточной воды. Мощность 7 КВт. Однофазный.[/uquote]
У меня 10 кВт.
[uquote="Бубоник",url="/forum/viewtopic.php?p=4796393#p4796393"]нужно регулирование при такой мощности. Как правильнее сделать через реле вкл выкл, или через фазовое управление? Есть тонкость что это многоквартирный дом.[/uquote]
Коммутировать эту мощность не сложно. Применяю твердотельное реле на 120А с фазным регулированием, входной сигнал - токовая петля 4-20 мА. Есть разные варианты входного сигнала, по току, по напряжению и даже тупо потенциометр для ручной регулировки.
Гораздо сложнее правильно выбрать метод управления.
PID регулятор мощности по температуре не оправдал надежд. Слишком большая динамика изменения скорости протока. Особенно неудобно то, что при остановке протока, получается большой перегрев за счет накопленного тепла в тэнах нагревателя. Температура воды в трубе проточника поднимается выше 80-90С и срабатывает защитный механический термостат, который нужно вручную выводить в рабочее положение. Обойти это оргмероприятиями можно, но если пользователей больше, чем один, всех обучить мало вероятно, т.к. неудобно это.
Даже если завязать управление мощностью нагрева напрямую от скорости протока воды, все равно этот перегрев останется.
Есть только один способ получить комфортный режим такого нагрева. Нужно завязать в единую систему два водонагревателя, проточный плюс емкостный, причем по воде организовать кольцевое движение воды между ними обоими с помощью циркуляционного насоса.
Мощность проточника регулировать по скорости входящего потока холодной воды. Емкостный пусть работает штатно, по собственной схеме. При остановке разбора горячей воды, накопленная в проточнике теплота, за счет циркуляции насосом, уносится в емкостный нагреватель и там рассеивается, не допуская перегрева до срабатывания защиты. Температуру в контуре разумно выставить на стандартные 65С.
В моей системе осталось организовать только эту самую кольцевую проточную схему с насосом между двумя водонагревателями. Как только дойдут руки, все будет реализовано. Пока же оргмероприятия позволяют избегать сработки защитного термостата, просто разбор горячей воды останавливается не произвольно резко, а с выдержкой на минимальном расходе 10-15 секунд. В этом и заключаются основные неудобства.

vtral писал(а):PID регулятор мощности по температуре не оправдал надежд. Слишком большая динамика изменения скорости протока.

Сюда просится двухкаскадный ПИД: первый, медленный, по температуре, второй, быстрый, по скорости потока.

[uquote="tonyk",url="/forum/viewtopic.php?p=4800392#p4800392"]Сюда просится двухкаскадный ПИД: первый, медленный, по температуре, второй, быстрый, по скорости потока.[/uquote]
Длительное наблюдение за работой этой системы, позволяет думать, что в схеме с круговой циркуляцией горячей воды между двух нагревателей, может быть достаточно даже штатного регулирования, по сути полное его отсутствие. Т.е. проточник всегда работает на всю катушку, пока приток холодной воды превышает порог включения штатного реле протока.
При разной скорости разбора, само собой, температура на выходе проточника меняется при этом, но когда на пути от проточника до водоразборного крана стоит еще и емкостный водонагреватель, выполняющий тут функцию теплоаккумулятора в основном, из крана резких колебаний температуры не наблюдается.
Для полного комфорта, между краном горячей воды и источником горячей воды, будет стоять термостатический смеситель, который будет поддерживать температуру в кране на заданном уровне, например 40С. На самом деле даже не один такой смеситель...
Однако уже имея регулятор мощности, нет смысла возвращаться к старой схеме коммутации нагревателя. Пусть работает по скорости притока холодной воды. Это отменяет начальный порог скорости разбора, при котором штатное реле протока еще не включает нагрев. Просто будет включаться нагрев на небольшой мощности, пропорционально притоку холодной воды.

[uquote="vtral",url="/forum/viewtopic.php?p=4800314#p4800314"]на 120А с фазным регулированием,[/uquote]
Топикстартер беспокоится за выбросы помех в сеть, поэтому ФАЗНОЕ регулирование при больших токах чревато генерацией мощных помех.

На этой картинке:



средний график показывает коммутацию с середины полуволны, то есть при максимальной амплитуде напряжения. При этом резкое включение будет порождать большой бросок тока и значительные высокочастотные колебательные процессы от индуктивностей монтажа и компонентов. И эти выбросы будут уходить в питающую сеть и излучаться в виде эл.-магн. колебаний в эфир.
В противоположность этому, коммутация в начале или в конце полуволны происходит при небольшом амплитудном напряжении и выбросы будут значительно ниже.

Таким образом, фазное регулирование при около 50% мощности будет выдавать наибольшие помехи в сеть и эфир.

Добавлено after 1 hour 36 minutes 48 seconds:
[uquote="vtral",url="/forum/viewtopic.php?p=4800314#p4800314"]PID регулятор мощности по температуре не оправдал надежд. ... при остановке протока, получается большой перегрев за счет накопленного тепла в тэнах нагревателя.[/uquote]
Поскольку у вас ДВА нагревателя, то должно быть и ДВА регулятора и два датчика температуры. Один регулирует температуру в накопительном нагревателе, другой - в проточном. А если брать только одну температуру на выходе к потребителю и по этой температуре регулировать оба нагревателя, тогда конечно будет получаться перегрев накопительного нагревателя.
Накопительный нагреватель обладает очень большой тепловой инерцией из-за большого объема воды. Проточный нагреватель наоборот, быстро реагирует на текущий расход. И соединять в одном регуляторе две разнородные системы - в корне неправильно.

В общем, к задаче нужно подходить с правильной стороны, инженерно-грамотно.

Добавлено after 20 minutes 7 seconds:
[uquote="vtral",url="/forum/viewtopic.php?p=4800412#p4800412"]Пусть работает по скорости притока холодной воды.[/uquote]
Не по скорости притока, а по ТЕМПЕРАТУРЕ на выходе! У вас же конечная цель - ТЕМПЕРАТУРА, а значит и измерять следует именно ТЕМПЕРАТУРУ.
А скорость притока холодной воды не даст однозначной температуры, поскольку температура холодной воды может различаться.

Когда будете измерять температуру воды на выходе для потребителя, будете получать непосредственное воздействие регулирования для проточного нагревателя. Однако, когда мощность проточного нагревателя будет установлена на 100%, а температура выходной воды так и не достигла желаемой, алгоритм управления должен подать команду на регулятор накопительного нагревателя (бойлера) на увеличение задатчика температуры в нем. То есть, не просто включение нагревателя в бойлере, а именно увеличение задатчика температуры в его регуляторе. Таким образом удастся избежать перегрева бойлера при уменьшении расхода воды.

Повторюсь - подходите к задаче с правильной стороны!

Правильно выше говорят: нагреватель - жутко инерционная штука. Не надо там "синусоиду нарезать". Просто включать на N полупериодов, а затем на M полупериодов выключать. И никаких шумов в линии не будет.

[uquote="linux_rulezz",url="/forum/viewtopic.php?p=4800468#p4800468"]Правильно выше говорят: нагреватель - жутко инерционная штука. Не надо там "синусоиду нарезать". Просто включать на N полупериодов, а затем на M полупериодов выключать. И никаких шумов в линии не будет.[/uquote]
Да, такие SSR тоже существуют, разве что менее распространены возможно, не изучал вопрос.
Что касается помех в сети, то в бытовой сети это довольно надуманная проблема.
Большие помехи присутствуют на промышленных объектах, где например дуговые плавильные печи применяются и прочая подобная силовая техника с потреблением сотни и тысячи кВт.
В бытовой же сети, где большинство нагрузок скорее с импульсными блоками питания и сами по себе являются источниками помех, но и обязаны иметь фильтрацию. Вершины синусоиды могут быть приплюснутыми, т.к. потребление тока из сети импульсных источников питания именно на вершинах и происходит. Такая техника достаточно хорошо от помех в сети защищена.
Остальная часть синусоиды потребляется активной нагрузкой, теми самыми водонагревателями в том числе. Для нагревателей вообще по барабану любые помехи, они любой формы ток в тепло превращают.
В моем доме более 300 квартир, газа нет, электроплиты везде. В часы наибольшего потребления энергии особой просадки не наблюдается, ниже 220 не видел, обычно более 230 напряжение.

[uquote="vtral",url="/forum/viewtopic.php?p=4800479#p4800479"]в бытовой сети это довольно надуманная проблема.[/uquote]
Да ну! Мало вы знаете, мало видели! Если бы проблема была надуманной, никто бы не ставил PFC в ИБП мощностью более 200 Вт.

Вот кстати недавно разбирался с совершенно реальной и ненадуманной проблемой в бытовой сети
Жалобы: при включении бытового прибора мощностью 750 Вт в стоящих неподалеку аудиоколонках появляется громкий звон.
Открываю БП прибора, замеряю осциллом на входных клеммах питания:



Добавлено after 7 minutes 23 seconds:
[uquote="vtral",url="/forum/viewtopic.php?p=4800479#p4800479"]Для нагревателей вообще по барабану любые помехи, о.[/uquote]
Для нагревателей - да, помехи не страшны. Но нагреватель с фазовым управлением сам по себе является ИСТОЧНИКОМ ПОМЕХ В СЕТЬ, притом очень мощным источником. Я выше объяснял причины этих помех - резкое включение на середине полуволны порождает быстрое нарастание тока, а из-за индуктивностей проводов и симисторов это быстрое нарастание порождает высокочастотное колебание с большой амплитудой.
Я помню, как мощные тиристорные регуляторы обычных ламп накаливания могли конкретно так гадить в сеть как раз на половине мощности.

Добавлено after 12 minutes 33 seconds:
[uquote="vtral",url="/forum/viewtopic.php?p=4800479#p4800479"]потребление тока из сети импульсных источников питания именно на вершинах и происходит.[/uquote]
Почитайте про активные корректоры коэффициента мощности (ККМ, PFC), применяемые при мощностях более 150-300 Вт. Они как раз и работают как вольтодобавка между пиками синусоиды, более равномерно распределяя потребление по периоду синусоиды.
На показанной здесь фотке в БП неправильно работал этот самый ККМ, создавая звон и завал пиков синусоиды.

Rapra писал(а):А по мощности... ну кагбе 7 кВт - это около трех утюгов или электрочайников, включенных одновременно.

Трёхконфорочная электроплита это 5,8 квт конфорки и 2 квт духовка- почти 8 киловатт, или 10 киловатт плита с четырьмя конфорками, и никто не запрещает включить всё "на полную катушку"..

Бубоник писал(а):Таки нет, там стоят 2 тэна.

2 ТЭНа- 7 киловатт, один из ТЭНов- 3,5 киловатта, 2 ТЭНа последовательно- 1,75 киловатта..