Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Wyszukiwarki naszych partnerów

Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
Kategoria: Kamery IP / Alarmy / Automatyka Bram
Montersi
Proszę, dodaj wyjątek elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Bojler, PV i dwie grzałki

gaz4 07 Lip 2016 10:53 8214 114
  • #1 07 Lip 2016 10:53
    gaz4
    Poziom 24  

    Właśnie przetestowałem układ utrzymujący stabilną temperaturę w bojlerze zasilanym fotowoltaiką. Chociaż w tej chwili jest to jedna wielka prowizorka to sprawdziła się podczas pracy przy dużym zachmurzeniu. Cały trick opiera sie na użyciu dwu grzałek o różnej mocy: większa umieszczona na dole bojlera, a mniejsza w górnej części. Zakładając, że mam 100l bojler, PV o mocy 1 kW i Umpp=120V oraz grzałki 30Ω (1.8kW) i 60Ω (0.9kW) można wykonać kilka obliczeń. Do tego celu wykorzystam wzór P=U*U/R, mamy tu 4 punkty pracy z maksymalną mocą:

    1) Przy połączeniu równoległym rezystancja grzałek wynosi 20Ω więc max moc przy napieciu 120V wynosi 720W. Jeżeli pominiemy wpływ temp. na uzysk PV MPP osiągnie sie przy 720W/m2 czyli pogodnym niebie. Po 10h pracy z taka mocą woda w 100l bojlerze ogrzeje się o 60 stopni.
    2) Dolna grzałka o rezystancji 30Ω przy 120V będzie miała moc 480W. Oznacza to, że po 10h woda w 100l bojlerze będzie ogrzana o 40 stopni. MPP przy nasłonecznieniu 480W/m2.
    3) Pracuje tylko górna grzałka i przyjmę, że ogrzewa ona pół bojlera. 60Ω przy 120V pozwala na uzyskanie 240W czyli 2.4kW po 10h pracy. Ta energia ogrzeje 50l o 40 stopni, a MPP osiągnie przy nasłonecznieniu 240W/m2.
    4) W połączeniu szeregowym uzyskamy 90Ω czyli 160W przy napięciu zasilania 120V. Powyższą moc układ osiągnie przy nasłonecznieniu 160W/m2 co oznacza spore zachmurzenie. Tak połączone grzałki utworzą dzielnik gdzie 1/3 mocy przypada na dolną, a 2/3 na górną grzałkę. Jeżeli woda nie będzię się mieszała oznacza to ogrzanie górnych 50l o bez mała 20 stopni i dolnych 50l o prawie 10 stopni. Dalszy spadek nasłonecznienia będzie powodował gwałtowną utratę sprawności. Przy 80W/m2 (czyli gęste chmury) osiagnie się 50% sprawność przy mocy mniejszej o 50%, czyli do bojlera trafi 1/4 w/w energii. Przy takiej pogodzie po 10h góra bojlera ogrzeje się o 5 stopni, a dół o 2 stopnie co w zasadzie uzupełnia tylko ucieczkę ciepła przez izolację termiczną.

    Jak widać woda lecąca z kranu utrzyma swoją temp. w bardzo szerokim zakresie nasłonecznienia. Jeżeli przyjmie się, że bojler rano ma 20 stopni to będziemy mieli od 80 stopni w pełnym Słońcu poprzez 60 stopni w zakresie 200-500W/m2 po 40 stopni przy 160W/m2. Oczywiście nic za darmo, przy większym zachmurzeniu dysponujemy tylko połową pojemności bojlera. Ale gdyby przykładowy bojler zasilać układem PWM lub przełącznikiem z grzałkami tylko na dole to przy nasłonecznieniu 240W/m2 100l wody ogrzeje o 20 stopni (40 stopni w kranie), a przy 160W/m2 o niecałe 15 stopni (35 stopni w kranie). PWM, przetwornice, przełączniki itp. regulatory odzyskają swoją przewagę dopiero w okolicy 100W/m2 czyli pełnym zachmurzeniu.

    Niestety na razie nie wymyśliłem jak tym sterować. Chcialbym zrobić jakiś prosty układ w cenie poniżej 200 zł, bo droższe mi się nie kalkulują. Po prostu lepiej jest wrzucić na dach kilkaset W dodatkowej mocy niż wydać kilka stów na elektronikę. Na razie mam "plan B" w postaci przekaźnika zwierającego górną grzałkę co daje dwa punkty pracy: szeregowy i pojedyńcza dolna. Jakby ktoś miał pomysł na taki układ to podaję założenia:

    1) Połączenie równoległe można sobie darować, wystarczy sterowanie w 3 punktach pracy.
    2) Preferowałbym układ który nie wymaga zasilania z sieci. Ew. zasilacz podłaczyłbym do PV ale wtedy przy małej mocy napięcie spadnie do zbyt niskiego poziomu i zasilacz się wyłączy. Dlatego bez zasilania układ powinien pracować szeregowo.
    3) Prosty i tani bo jak wspamniałem zamiast drogiej elektroniki wolę kilka dodatkowych paneli na dachu.

    Próbując wymyśleć coś prostego i spełniajacego w/w przyszły mi na myśl tylko i wyłącznie 2 przekaźniki zwierajace górną lub dolną grzałkę w zależności od prądu płynącego przez obciążenie. Sęk w tym, że nie jestem w stanie zapewnić takiej pracy aby oba nie zwarły się równocześnie. Jakby ktoś miał pomysł jak to zrobić będę wdzięczny za podpowiedź.

  • Ups
  • #2 08 Lip 2016 08:40
    Edek45
    Poziom 28  

    Czytając ten opis odpowiedź jest taka. Kup sobie na Allegro za 350zł Regulator MPPT grzałki. Ustawiasz sobie napięcie przy którym załącza się grzałka. Jedna grzałka a nie kilka. I na tym się kończy całe to obliczanie. Wybacz jeżeli odpisałem nie tak jak chciałeś. Pozdrawiam Edward.

  • Ups
  • #3 08 Lip 2016 17:33
    gaz4
    Poziom 24  

    Edek45 napisał:
    Czytając ten opis odpowiedź jest taka. Kup sobie na Allegro za 350zł Regulator MPPT grzałki. Ustawiasz sobie napięcie przy którym załącza się grzałka. Jedna grzałka a nie kilka. I na tym się kończy całe to obliczanie. Wybacz jeżeli odpisałem nie tak jak chciałeś. Pozdrawiam Edward.


    Najwyraźniej nie przeczytałeś tego opisu dokładnie. Po pierwsze PWM zasilający jedną grzałkę nie zapewnia stałej temperatury CWU. W miarę spadku nasłonecznienia będę miał coraz zimniejszą wodę, kilka pochmurnych dni i nie będzie nadawała się do kąpieli. Te obliczenia obrazują to co już uzyskałem czyli wysoką (ok. 60 stopni) temperaturę przy pochmurnym niebie jakie mam obecnie. I to wszystko przy ręcznym ustawieniu połączenia szeregowego. Po drugie za 400 zł mogę dokupić do w/w systemu 240 W PV. Ta moc zapewni mi dodatkową energię wyrównującą nieco (szacunkowo ok. 10%) wyższą sprawność PWM. Przy 1.2 kW punkty pracy z max. mocą przesuną sie w dół do 600, 400, 200 i 130 W/m2. Ostatnia wartość oznacza całkowite zachmurzenie czyli porównując uzyskaną energię i temp. wody PWM i inne regulatory nigdy nie będą lepsze, a koszt taki sam. Dachu mi nie szkoda, na upartego mogę tam wcisnąć 10 kW, nawet amorficznych ;)

    Dzięki za odpowiedź chociaż rzeczywiście nie takiej sie spodziewałem.

  • #4 08 Lip 2016 22:38
    Edek45
    Poziom 28  

    Powinieneś się zapoznać z zasadą zasilania grzałki przez sterownik PWM .

  • #5 09 Lip 2016 16:21
    gaz4
    Poziom 24  

    Znam zasadę działania tego typu urządzeń i nawet opisałem ją w innym wątku:

    http://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=15777573#15777573

    Mój układ rozwiązuje zupełnie inny problem i PWM nie jest alternatywą bo może być częścią tego rozwiązania. Jeżeli 1 kW w pochmurny dzień działa z mocą 240W to po 10h wyprodukuje 2400 Wh energii. Aby ogrzać 1 l wody o 1 stopień należy dostarczyć jej 1.2 Wh. Oznacza to, że w/w energia może ogrzać 100 l wody o 20 stopni lub 50 l wody o 40 stopni lub 200 l o 10 stopni itd. I tego sie nie przeskoczy bo takie są prawa fizyki. A zatem jeżeli mam grzałkę która ogrzewa górną połowę bojlera to w opisanym wypadku woda lecąca z kranu będzie 2x cieplejsza niż uzyskałby ten sam bojler ogrzewany w całości. Jeżeli Umpp=120V to nie ma znaczenia czy osiągam te napięcie przy pomocy sterownika PWM czy zmieniajac rezystancję obciążenia, przy 120V PV zawsze osiągnie maksymalną moc.

    PWM może być elementem w/w rozwiązania problemu zimnej wody przy dużym zachmurzeniu pod warunkiem, że będzie współpracowało z dwiema grzałkami. Przy słonecznym niebie może zasilać dolną lecz gdyby temp. bojlera była niska, a nasłonecznienie małe można go przełączyć na zasilanie górnej grzałki. W ten sposób ograniczy się ilość grzanej wody co zwiększy jej temperaturę. Jak poprzednio wspomniałem zysk z użycia tego typu sterownika wyniesie ok. 10% co nawet przy względnie niskiej cenie elektroniki (350 zł) nie zrekompensuje mi tego wydatku. I chociaż PWM może być częścią mojej instalacji to jakby co zrealizuję "plan B" czyli wspomniany przekaźnik. Nawet praca w dwu punktach mocy maksymalnej czyli grzałki połączone szeregowo lub tylko dolna powinna dać sprawność w okolicy 80%, o ok. 15% mniej niż PWM.

  • #6 12 Lip 2016 21:26
    PV_Albert
    Poziom 19  

    Świadome budowanie instalacji PV do podgrzewania CWU dzięki tej koncepcji jest bardziej sensowne ale pod warunkiem:
    - zakupu tanich używanych paneli
    - jest miejsce do łatwego (taniego) montażu
    - odpowiedni bojler o dość specyficznej budowie
    Dochodzi do tego umiejętność zbudowania odpowiedniego sterownika grzałek na prąd DC.

  • #7 14 Lip 2016 12:57
    gaz4
    Poziom 24  

    Właśnie tym się kierowałem przebudowując swoją instalację. A najlepsze jest to, że wszystko było łatwiejsze niż się wydaje:

    1) Na rynku można kupić b. tanią fotowoltaikę. Swoją instalację nabyłem za niecałe 2000 zł za kW co wymagało polowania na promocje. Właśnie zajrzałem na aledrogo i widzę, że 120W panele są dostępne za 200 zł czyli można tanio złożyć całość bez uciekania się do używanej PV.
    2) Fakt, montaż może mocno ważyć na koszcie instalacji. Ja postanowiłem wykorzystać okazję jaką był remont dachu na budynku gospodarczym. Ale kilka lat temu moduły amorficzne o dużych wymiarach (1500x1100) zamontowałem inaczej. Zrobiłem z nich zadaszenie przed wejściem budynku gospodarczego. Tym samym upiekłem dwie pieczenie na jednym ogniu :) Trochę szkoda, że wtedy nie było czegoś takiego jak w/w 120W PV bo mają zintegrowane elementy montażowe przy zblizonych wymiarach więc robota byłaby łatwiejsza i tańsza.
    3) W pionowym bojlerze zawsze jest mnóstwo gwintowanych otworów ktore często zaślepiamy. Ja wykorzystałem jeden z nich wstawiając tam grzałkę o mocy 900W z gwintem 1/2 przeznaczoną do grzejników łazienkowych. Rozwiązanie b. tanie i proste w wykonaniu.

    Najgorzej jest ze sterownikiem bo marny ze mnie elektronik. Ale nawet gdybym zrobił przekaźnik zwierajacy górną grzałkę przy natężeniu ok. 2A nie byłoby źle. Przełączając między układem szeregowym i dolną grzałką utrzymałbym wydajność powyżej 50% w całym zakresie pracy PV z dwoma punktami mocy maksymalnej. Średnioroczna wydajność wypadnie wtedy w okolicy 80% co przy mocy zainstalowanej 1 kW daje 800kWh rocznego uzysku. Zakładajac 30gr/kWh jakie należałoby zapłacić za prąd (II-ga taryfa) lub gaz do ogrzewania wody wychodzi 240 zł rocznych oszczędności. Ponieważ koszt instalacji zmieścił sie w 2000 zł czas zwrotu będzie krótszy niż 10 lat. A dwie grzałki na różnych wysokościach zapewnią wyrównaną temperaturę (prawie) bez względu na zachmurzenie, kolektor który jeszcze użytkuję nie zapewnia takiego komfortu.

  • #8 04 Paź 2016 23:02
    idepopizze
    Poziom 31  

    Jak widziałbyś sterownie stycznikami tych 2 grzałek (pomijając oczywiście to że styczniki tutaj się nie nadają)

    Jakoś tak? :
    Bojler, PV i dwie grzałki

    Na niebiesko symbolicznie zaznaczony baniak.

    To takie przykładowe rozwiązanie. Trochę niebezpieczne bo uruchamiając jednocześnie wszystkie 3 tranzystory robi się zwarcie paneli, ale to tylko schemat tak na szybko.
    Rozumiem że wszystko działałoby autonomicznie bez podpinania do 230V.
    Sterowanie na podstawie napięcia z paneli.
    Układ pewnie byłby zbliżony do tego co namalował futek2 tylko byłoby to trochę bardziej skomplikowane.

  • Ups
  • #9 05 Paź 2016 20:13
    gaz4
    Poziom 24  

    Jak napisałem jestem marnym elektronikiem ale półprzewodniki chyba się nie sprawdzą bez zewnetrznego zasilania. Po prostu napięcie zasilania będzie bardzo mocno się wahało, jakies stany nieustalone się pojawią itp. Na razie próbowałem zrobić na przekaźniku 5V/10A i nie ma żadnego problemu z iskrzeniem styczników, za to są z histerezą ale zacznę od początku.

    W podanym wyżej schemacie zwieranie grzałki 30 Ω nie jest konieczne bo praca na dwu szeregowo / jedna 30 Ω wystarczy. Po prostu różnica w mocy układu 2 szeregowo / jedna 60 Ω jest bardzo mała: MPP wypada odpowiednio przy 160W i 240W. Mój układ bazujący na przekaźniku wykorzystuje fakt spadku napięcia na rzystorach podłączonych szeregowo z grzałkami, przy prądzie 1.5A na 2 Ω wynosi ono 3V co wystarcza do zatrzaśnięcia mojego przekaźnika i zwarcie górnej grzałki. Gdy tak się stanie prąd płynący przez rezystory nieco rośnie czyli rosnie napiecie na pzrekaźniku co likwiduje ryzyko "dzwonienia". I tak jest w rzeczywistości ale pojawiły sie inne problemy. Pierwszy to max. moc rezystorów, mogę używać <0.2Ω/5W (na szczęscie mam ich sporo w szufladzie) lecz i tak trzeba odprowadzać ciepło. Ale to nic bo przy tak dobranych grzałkach mam potężną histerezę, w tej chwili przekaźnik zatrzaśnięty przy dajmy na to 120V puszcza dopiero przy 50V. Do tego dochodzi pilnowanie by max napięcie na przekaźniku nie przekroczyło 5V i wszystko trochę się skomplikowało. Na razie nie mam czasu na zabawę w ten "regulator" ale jestem blisko rozwiązania w/w problemów. Najważniejsze jest to, że koncepcja się sprawdza i mogę zbudować układ na tym co latami zalegało mi w szufladach czyli za firko :)

  • #10 05 Paź 2016 23:31
    idepopizze
    Poziom 31  

    No to układ będzie wyglądał tak:

    Bojler, PV i dwie grzałki


    W baniaku montujesz bimetal na 95°C, który rozwiera się przy tej temperaturze.
    Jak temperatura osiągnie te 95 stopni to on się rozłącza i nie podaje napięcia na ten dolny tranzystor który wyłącza grzanie całości. Tu masz zabezpieczenie przed zbyt wysoką temperaturą. Trzeba dobrać tą drabinkę rezystorową, żeby układ uruchamiał się gdy napięcie z paneli będzie na poziomie który sobie życzysz.

    Proste nie ?

    Teraz lewa strona układu.

    Zajrzyj do schematu futek2 bo na nim będziesz bazował.

    http://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=15039392#15039392

    Zostawiasz w nim:
    R1 R2 R3 T1 D1 UC2 C2 C3 C4 C5 - to jest zasilacz ze stabilizatorem napięcia

    D2 R4 R5 R6 C6 - dzielnik rezystorowy (w sumie możesz mieć taki sam przy tranzystorze zabezpieczającym)

    Teraz lektura do poczytania dla Ciebie to temat pt "Komparator"

    http://forbot.pl/blog/artykuly/elektronika/kurs-elektroniki-ii-2-komparatory-napiec-id9357

    Poczytaj o histerezie.

    Elementem wykonawczym może być ten przekaźnik który masz jeżeli nie ma z nim problemów. Podłączy się go do wyjścia tego komparatora przez jakiś tam tranzystor i to wszystko.

    Układ będzie działał tak, że przy zbyt niskim napięciu które będzie ustawialne, bądź przy zbyt wysokiej temperaturze w baniaku prąd będzie odcinał ten dolny tranzystor i całość nie działa wcale.
    Z kolei układ po lewej stronie będzie zwierał bądź rozwierał (zależy jak sobie ustawisz pracę komparatora) górną grzałkę 60Ω przy napięciu które ustawiasz na komparatorze, przykładowo 90V (zakładam że ono odpowiada tym 3V spadku na rezystorze 2Ω)

    Ot i cała filozofia. Taki automat bez podłączania do sieci i bez zbędnych elementów grzejnych typu ten rezystor na 5W. No może trochę będzie się grzał T1 ale to w zależności od poboru prądu - podejrzewam że nie bardzo.

    ----------------------------------

    Jak się chwilę zastanowić to można użyć trochę przerobionych dwóch futekowych modułów - mam na myśli 2 komparatory, bo sama drabinka rezystorowa dla tego zabezpieczającego tranzystora może być za mało i dobrze byłoby tam również dać komparator, ale to żaden wydatek.

    Sam zdecydujesz

  • #11 06 Paź 2016 15:27
    Kwazor
    Poziom 30  

    Edek45 napisał:
    Czytając ten opis odpowiedź jest taka. Kup sobie na Allegro za 350zł Regulator MPPT grzałki. Ustawiasz sobie napięcie przy którym załącza się grzałka. Jedna grzałka a nie kilka. I na tym się kończy całe to obliczanie. Wybacz jeżeli odpisałem nie tak jak chciałeś. Pozdrawiam Edward.


    Widziałeś jak wygląda prawdziwe MPPT o mocy 1kW ? Nie kawałek puszeczki z plastiku tylko kawał urządzenia o wadze 4- do 6 Kg.

    Jeśli ktoś myśli że jeśli urządzenie trzyma tylko punkt napięciowy MPP to grubo się myli....

  • Pomocny post
    #12 06 Paź 2016 18:03
    idepopizze
    Poziom 31  

    Mniej więcej tak:

    Bojler, PV i dwie grzałki

    Trzeba jeszcze podobierać wartości elementów w stabilizatorze, ale to możesz skonsultować z futkiem2

    Układ w czerwonej ramca ma działać odwrotnie (kiedy na panelach jest wysokie napięcie to napięcie na bazie tranzystora IGBT ma być) zamieniłem więc wejścia komparatora, trzeba jeszcze sprawdzić działanie rezystora od sprżężenia zwrotnego ale z tym możesz się pobawić. Dobrze byłoby też zobaczyć zwarcie której nóżki do masy podowduje zablokowanie tranzystora IGBT wtedy do tej nóżki dodajesz układ zabezpieczający z tranzystorem.

  • #13 08 Paź 2016 17:46
    gaz4
    Poziom 24  

    Dzięki za schemat, mam dzięki niemu punkt zaczepienia i dalej powinienem sobie poradzić. Co prawda nie widzę możliwości zasilania tego układu z PV grzejącego bojler (zbyt duże wahania napięcia) ale przy wyłączonym przekaźniku pobór prądu powinien być bardzo niski więc to żaden problem (ew. użyję aku). Ten tranzystor IGBT jak rozumiem ma pełnić tylko i wyłacznie funkcję termostatu? Jeżeli tak to spokojnie można z niego zrezygnować bo mam kilka stopni zabezpieczeń:

    1) Termostat w grzałce bojlera zabezpieczony kondensatorem nie iskrzy
    2) Nawet jakby coś sie stało i się "zespawał" to moc grzałki przy obniżonym napięciu jest na tyle mała (ok. 1/3 znamionowej na 230V), że bojler raczej się nie zagotuje
    3) Nawet gdyby jakimś cudem (np. wyjeżdżam i zapominam odłączyć bojler, a Słońce daje na maxa) i temp. bojlera za bardzo wzrosła jest w nim bezp. termiczny odłączajacy grzałkę przy ok. 90 stopni + zawór bezpieczeństwa jakby i on nie zadziałał.

    Nie wiem jaki jest spadek napięcia na IGBT czyli jak bardzo by się grzał gdybym go jednak zostawił (max natężenie ok. 6A)? Układ na przekaźniku rozwiązuje problem odprowadzania ciepła, nawiasem mówiąc mój też nie musi tak grzać. Gdybym posiadał przekaźnik 3.3V to załączałby się on przy ok. 1.5V więc na rezystorach wydzielałoby się tyle samo ciepła co na dwu tranzystorach bipolarnych. Na razie dokończę swoją "elektronikę" i zobaczę jak się zachowuje. A w międzyczasie pomyślę nad prawdziwym sterownikiem i może uda mi się z w/w układu zrobić taki na "full wypas" czyli przełaczanie szeregowo / góra / dół / równolegle :)

    Jeszcze raz dzięki za pomoc.

  • #14 08 Paź 2016 19:54
    idepopizze
    Poziom 31  

    Tak układ z tym dziwnym tranzystorem to zabezpieczenie termiczne którego tam akurat nie połączyłem z termikiem. Dodatkowo uruchamiałby układ przy napięciu zasilania powyżej punktu pracy stabilizatora. Bo jeżeli nie ma zasilania układu to i tranzystor nieczynny więc prąd przez grzałki nie płynie. Można by jeszcze tam na nim ustawić jakieś małe (powyżej 10V) napięcie wyłączania potencjometrem. To takie jego 3 funkcje które by pełnił.

    Gdyby poszukać komparatorów/wzmacniaczy operacyjnych pracujących przy 5V to dajesz stabilizator napięcia 7805 a przed nim wymagane jest minimalne napięcie pracy ze 7V więc przed tranzystorem z podłączoną do bazy diodą zenera musiałbyś mieć koło 10V i takie praktycznie byłoby napięcie z PV przy którym układ by się sam uruchamiał.

    Jeżeli podasz zasilanie z sieci to możesz uruchamiać instalację przy kilku voltach.


    Jeżeli chodzi o tranzystor IGBT i jego grzanie to na szybko można oszacować, że przy 6A odłoży się tam ze 4W. Dobrze by było więc mieć tam jakiś radiator.
    Nie wiem czy nie udałoby się zamontować tam jakiegoś polowego tranzystora bo one mają rezystancję śladową (przykładowo - Rezystancja w stanie przewodzenia 199mΩ), ale to trzeba by przejrzeć co jest na rynku, sprawdzić ceny no i warunki pracy (napięć itp)

    Jeżeli uważasz że masz zabezpieczenie ok to po prostu zapomnij o tej dolnej części a wypróbuj tylko ten blok z przekaźnikiem.

    Układ LM311 ma takie ograniczenie co do sterowania przekaźnika, że cewka przekaźnika nie może brać więcej prądu niż 50mA bo tyle max jest na wewnętrznym tranzystorze w strukturze LM.

    Mógłbyś też kupić LM393 choćby na znanym portalu aukcyjnym za parę PLN z dostawą i poćwiczyć na nich działanie, histerezę itd. Jak masz uA741 (bądź podobne) z demontażu to też mogłyby być.

    Zmontuj komparator, potestuj go w rzeczywistych warunkach i będziesz miał pewność co i jak. Na tej podstawie będziesz mógł sobie rozwinąć własne rozwiązania wg własnych wymagań.

  • #15 04 Mar 2017 10:55
    gaz4
    Poziom 24  

    Dzięki za pomoc w konstruowaniu regulatora. W międzyczasie zrobiłem swój na rezystorach i przekaźniku 3.3V więc trochę zmieniłem wymagania. Nie ma sensu tworzenie kolejnej wersji tego samego więc zrobię zwierajacy dwie grzałki. Aby zabezpieczyć się przed zwarciem obu jednocześnie planuję zrobić układ badający napięcie na grzałce - jak go nie ma (zwarta) to drugi przekaźnik nie ma prawa się zatrzasnąć. Do tego bezpiecznik (ok.4A) na stykach zwierajacych dolną grzałkę na wypadek jakiejś awarii i powinno śmigać. Na razie powoli rozglądam się za podzespołami. Układ zrobię na przekaźnikach 3.3V, a że będzie wydzielał małą moc to zamontuję wszystko w jednym potrójnym gniazdku:

    http://e-ospel.pl/fala-potrojne/1822-gniazdo-...ialy-wieczko-przezroczyste-5907577427115.html

    Kiedyś je kupiłem i w środku są trzy niezależne sekcje łączone kablami. Nie pasowało mi to ale w tym zastosowaniu jest idealne. Wymontuję jedną sekcję i wstawię tam elektronikę, a w otworach zamontuję LED-y. Odkręcę kable w dwu pozostałych zostawiając tylko jeden (układ szeregowy). Wszystko pasuje tak jakby ktoś specjalnie takie gniazdko zaprojektował do sterownika dwu grzałek :)

    Przy okazji zauważyłem błąd z ogólnych założeniach układu z dwiema grzałkami. Jeżeli górna ma 1/2 mocy dolnej to przy Umpp 120 V mamy następujące punkty mocy maksymalnej: 160 W : 240 W : 480 W. Z tego powodu nie da sie zrobić układu przełaczającego pracującego symetrycznie, różnica mocy między pracą szeregową i tylko górna grzałka jest bardzo mała. Lepsze efekty dałoby takie dobranie dodatkowej grzałki aby praca tylko na górnej była w pobliżu średniej czyli ok. 300 W. Gdyby zastosować grzałkę 45-50 Ω (1.2-1.1 kW) to mielibyśmy nastepujące punkty pracy z max mocą (dla 45 Ω): 192 W : 320 W : 480 W. Taki układ miałby nieco większą sprawność średnioroczną kosztem nieco niższej przy całkowitym zachmurzeniu.

    Na koniec napiszę parę słów o moim "sterowniku" na rezystorach z przekaźnikiem. Wymieniłem 5V na 3.3V i większość problemów zniknęła jak ręką odjął. Składa się z kilku rezystorów 5W (6 szt 0.2 ohm), przekaźnika oraz paru elementów zabiezpieczajacych (diody na przekaźniku, kondensator na jego stykach oraz bezpiecznik), w sumie za nowe elementy należałoby wydać poniżej 50 zł razem z gniazdkiem na dwie grzałki. Miałem pewne problemy z ustaleniem histerezy (m. innymi z powodu zbyt małej górnej grzałki) bo rozwarcie przekaźnika następowało przy zbyt niskim napięciu. Poradziłem sobie z tym w prosty sposób - część rezystorów zwieram razem z grzałką. W ten sposób przełączanie następuje przy spadku efektywności poniżej 70%, a max moc tracona na rezystorach wynosi ok. 10 W (przy pracy z dwiema grzalkami ok. 2 W). Pomimo tego, że jest wyjątkowo prymitywny doskonale spełnia swoje zadanie, a w/w straty nie są większe od ukladu w pełni elektronicznego (wliczając zasilacz). Zanim dopasowałem rezystory miałem lekkie (kilkukrotne zwieranie-rozwieranie styków) "dzwonienie" przekaźników podczas przełączania, ale to reż opanowałem.

    W tej chwili zarówno zatrzaskiwanie jak i rozwieranie styków następuje w pewny sposób i nie widać żadnych dodatkowych efektów. To sprawdzam "na słuch" oraz przy pomocy bardzo prostego wskaźnika iskrzenia zrobionego z dwu LED i kondenstatora. Układ banalnie prosty: LED-y połaczone rónolegle katoda jednej z anodą drugiej + szeregowo kondensator (i chyba rezystor ograniczajacy prad, już nie pamietam), a wszystko umieszczone we wtyczce. Zasada pracy polega na tym, że kondensator odcina napięcie stałe i żadna LED nie świeci, a jak się podłącza lub odłącza obciążenie skok napiecia powoduje "mignięcie" LED. Chociaż nie dobierałem kondensatora (wziąłem taki ktory zmieścił się we wtyczce) układ pokazuje iskrzenie itp. efekty dziejace się gdzieś w sieci. Pokazuje np. "próbkowanie" zasilacza impulsowego gdy napiecie jest zbyt małe aby zaskoczył. Tak sie zastanawiam, czy gdybym zamiast pojedyńczego kondensatora użył powielacza napięcia nie byłby czulszy?

  • #16 04 Mar 2017 13:04
    idepopizze
    Poziom 31  

    Naszkicuj schemat swojego sterownika, ktoś może skorzystać, a i dyskusja nad schematem jest jakaś konkretniejsza.

  • #17 04 Mar 2017 16:17
    gaz4
    Poziom 24  

    idepopizze napisał:
    Naszkicuj schemat swojego sterownika, ktoś może skorzystać, a i dyskusja nad schematem jest jakaś konkretniejsza.


    Zrobiłbym to ale jest mały problem - nie umiem obsługiwać edytorów schematów. W ostateczności mógłbym użyć zwykłego programu graficznego ale to sporo roboty na którą obecnie nie mam czasu. Zresztą nie wiem czy warto bo elektroniczny ma wiele zalet, przede wszystkim łatwiejsza regulacja. W przypadku rezystorów na których przepływający prąd daje spadek napiecia co załącza przekaźnik wszystko zależy od całej masy czynników. Zaczynając od różnych napięć zasilających poprzez różne rezystancje grzałek na różych napięciach załączajacych i rozłączajacych konkretne przekaźniki kończąc. Jak ktoś nie wie jak wykorzystać spadek napięcia to z cała pewnością nie dostroi takiego "sterownika", to wymaga całej masy obliczeń. Raczej nastawię się na ogarnięcie porządnego, 3 stanowego i tu postaram się rysować schematy.

  • #18 04 Mar 2017 20:32
    idepopizze
    Poziom 31  

    najprościej naszkicować na kartce i zrobić fotę. Ewentualnie wymalować w paincie.

  • #19 08 Mar 2017 09:38
    gaz4
    Poziom 24  

    Postaram się narysować schemat w paincie ale od 10 lat go nie ruszałem więc musze się niejako uczyć od nowa. Teraz analizuję schemat przełącznika 3 stanowego i chyba sobie poradzę z jego wykonaniem chociaż wychodzą różne problemy do rozwiązania. Na razie obliczyłem punkty w których powinno się przełączać grzałki. Nie jest tak źle z ich doborem jak napisałem wyżej o ile górną grzałkę właczy się w odpowiednim momencie. Największą wadą ogrzewanie wody przy pomocy energii słonecznej jest jej wystudzanie po kilku pochmurnych dniach. Układ szeregowy tworzy dzielnik gdzie 2/3 energii grzeje górę bojlera, a 1/3 dół. Jeżeli odpowiednio wcześnie włączy się górną grzałkę (zewrze dolną) to 100% energii będzie ogrzewało górę bojlera poprawiając pracę w pochmurne dni.

    Dla grzałek 90 i 30 Ω praca z mocą maksymalną przypada na 160 W : 240 W : 480 W. Przy napięciu zasilajacym Umpp=120 V odpowiada to natężeniu 1.33 A : 2 A : 4 A. Przy założeniu nieco wcześniejszego załączenia górnej grzałki (będzie ogrzewała tylko górną część bojlera co poprawi komfort przy niepogodzie) planuję zwieranie grzałek przy prądach 1.5 A : 3 A. Mając te dane można obliczyć efektywność układu z dwiema grzałkami:

    - Przy pochmurnym niebie z 1 kW PV uzyska się ok. 100 W czyli przy napięciu 120 V prąd wyniesie 0.833 A. A zatem moc na 2 szeregowo połaczonych grzałkach wyniesie 0.833*0.833*990 = 62.5 W więc efektywność też będzie na poziomie 62.5%
    - W chwili załączenia górnej grzałki moc (MPP) wyniesie 1.5 A * 120 V = 180W. Na grzałce 60 Ω wydzieli się moc 1.5*1.5*60 = 135 W czyli mamy 75% efektywność.
    - W momencie włączenia dolnej grzałki mamy moc 3 * 120 = 360 W, a na grzałce 30 Ω wydzieli się 3*3*30 = 270 W. Tu też wykorzystamy 75% energii w porównaniu do pracy w punkcie mocy (MPP).

    To bardzo dobrze wróży średniorocznej efektywności bo po przełączeniu grzałki układ dąży do MPP czyli 100% efektywności. Po przekroczeniu MPP efektywność zacznie spadać zgodnie z charakterystyką PV ale i tak będzie większa niż w chwili włączenia. Czyli prosty układ przełacznika 2 grzałek + odpowiednio dopasowana moc PV może dać średnioroczną efektywność znacznie przekraczajacą 80%, być może sięgającą 90%. Jeszcze go nie zrobiłem (nawet na papierze), a już mi się morda śmieje od ucha do ucha :D

  • #20 08 Mar 2017 18:05
    idepopizze
    Poziom 31  

    gaz4 napisał:
    Największą wadą ogrzewanie wody przy pomocy energii słonecznej jest jej wystudzanie po kilku pochmurnych dniach.


    Zgadzam się z tym w zupełności, ale tego się nie da przeskoczyć, bo na słońce nie mamy wpływu, jednak z której strony jakby na to nie patrzeć jest to najtańsze ciepło jakie da się w dość prosty sposób zdobyć. Jeżeli mieszka się na wsi i ma kawałek dachu bądź dobrze nasłonecznioną ścianę to grzech nie korzystać.

    Schematu sterownika dalej jestem ciekawy. Może zamiast kombinować przerób temat z komparatorem. Ten układ przydaje się w wielu sytuacjach, a prąd do jego zasilania byłby "przy okazji".

  • #21 08 Mar 2017 19:54
    gaz4
    Poziom 24  

    Temat z komparatorem przerabiam ale "im dalej w las tym wiecej drzew". Po pierwsze nie mogę go sterować napięciem z PV jak na schemacie bo będzie sie ono zmieniało w specyficzny sposób. Zakładajac, że nasłonecznienie będzie ciagle rosło to napiecie na PV sterowanym 3 stanowym przełącznikiem będzie wyglądało tak: rosło od zera po wschodzie Słońca do ponad 120 V i w chwili włączenia drugiej grzałki spadnie do ok. 90 V (1.5 A). Następnie znowu zacznie rosnąć przekraczajac 120 V aż do chwili gdy włączy sie dolna grzałka, wtedy znowu spadnie do 90 V (3 A). Od tego czasu po raz kolejny będzie rosło a max zalezy od charakterystyki PV oraz ich mocy. Od razu widać, że komparator nie może być sterowany napięciem PV tylko musimy przejść na prąd który w podanym przykladzie wyłącznie rośnie, po zwarciu grzałek skokowo.

    Rozwiązanie tego problemu wydawało mi się banalnie proste do czasu aż nie wgłębilem się w szczegóły ich pracy. Jeszcze dziś rano planowałem wstawienie szeregowo z grzałkami jakiegoś rezystora i badanie na nim spadku napięcia - przy czułości komparatorów na poziomie ułamka mV to żaden problem. Niestety dowiedziałem się, że komparator musi chodzić na napieciach znacznie (1-2V) różniących się od napięcia zasilania. Podobno są wersje które wymagają mniej ale to i tak niewiele zmienia. Po prostu nie ma tu miejsca na pewny pomiar prądu. Pół biedy gdybym wstawił grzałki na stałe zamiast wtyczek i usunął wszystko co może je rozłączyć (termostaty), wtedy mierzyłbym prąd na nich. Jednak gdy są wtyczki i termostaty wystarczy odłączyć grzałkę by tam gdzie była pojawiło się pełne napięcie (Umax) z fotowoltaiki.

    Jak napisałem nie za bardzio znam się na szczegółach związanych z elektroniką jednak nie ma żadnej opcji by zrezygnować ze sterowania przy pomocy pomiaru prądu płynącego przez grzałki. Namazałem na papierze sporo schematów ale niczym u "Pomysłowego Wnuczka" były to chmurki z bzdurnymi rozwiązaniami, kolejne gorsze od poprzedniego. W pewnym momencie po łbie zastukała piłeczka i mam: a może by tak zastosować transoptory? Te urządzonka rozwiązują całą masę problemów od separacji galwanicznej PV od sterownika zaczynając na zabezpieczeniu przed zwarciem dwu grzałek kończąc. Nie widzę problemu we włączeniu ich równolegle do grzałek, a ich zabezpieczenie przed napięciem Umax po wyłączeniu termostatu da się łatwo rozwiązać. Widzę to w taki sposób, że równolegle do grzałki robię dzielnik napięcia z diodą transoptora. Wzrost pradu płynącego przez grzałkę = wzrost prądu na transoptorze, a gdy grzałka zostanie zwarta mam 0 V i wiem, że nie można zewrzeć drugiej. Po drugiej stronie transoptorów odpowiednio skonfigurowane komparatory ktore zewrą grzałki w odpowiednim momencie zależącym od wartości prądu płynącego przez grzałkę czyli spadku napięcia na niej. Ponieważ jestem kiepski w elektronice mam pewne obawy czy piłeczka co wstukała mi do głowy ten pomysł nie jest chmurką i wszystko nie ma prawa działać. Może jednak da się jakoś wpasować komparator bez użycia transoptorów ale na 99% właśnie te urządzonka będą najlepszym rozwiązaniem.

    ps.Dzisiaj cały dzień było pochmurno ale i tak do bojlera szło dosyć energii by góra ogrzewała sie o 0.5 stopnia na godzinę, a dół o ok. 0.2 stopnia. Po całym dniu góra ogrzała sie o ok. 5 stopni, a dół o ok. 2 stopnie więc patent z drugą grzałką umieszczoną w połowie bojlera działa doskonale. Co prawda ciepłej wody jest tylko pół pojemności ale za to o temp. 40 stopni (startował od ok. 35 stopni), gdybym ogrzewał całość woda miałaby max 37 stopni. Praca wyłącznie górnej grzałki (nota bene dzisiaj byłoby to niemożliwe bo nawet szeregowe pracowały na ok. 90V czyli poniżej MPP) poprawiłaby te wyniki bo cała energia trafiłaby na górę bojlera. To mnie przekonuje do tego, że warto zrobić przełącznik dwu grzałek nie tylko z powodu większej efektywności ale także komfortu.

    Bojler, PV i dwie grzałki

    Udało mi się narysować swój schemat. Przekaźnik 3.3 V, bezpiecznik dobrany tak by zabezpieczyć cewkę w razie zbyt dużego napiecia (np przerwany obwód w rezystorach). C to kondenstator zabezpieczający styki przed ew. iskrzeniem. R1 dobrany tak aby uzyskać odpowiednią histerezę przy wyłączaniu. Ponieważ płynie przez niego znacznie mniejszy prad niż pozostałe rezystory może mieć większą wartość (nawet 0.47 Ω). R2-R4 - rezystory 5 W na których ustala się spadek napięcia wyłączajacego przekaźnik (razem z R1 ustala sie napięcie włączajace), z powodu grzania się nie powinny mieć większej rezystancji niż 0.2 Ω. Ważne - należy bardzo uważać podczas lutowania rezystorów bo przerwa w obwodzie sprawi, że na cewce przekaźnika pojawi się napięcie Umax czyli > 100V! Równie uważnie należy dobierać ich (sumaryczną) rezystancję, zbyt duża i cewka może sie przepalić.

  • #22 10 Mar 2017 15:55
    idepopizze
    Poziom 31  

    A takie pytanie poza konkursem, bo ludzie walczą z tym na siłę.

    Zastanawiałeś się jakby to pracowało gdyby zamówić podwójną grzałkę na te 30 i 60om i zamontować ją w poziomym płaszczowym baniaku ?

  • #23 10 Mar 2017 21:13
    gaz4
    Poziom 24  

    IMHO nie ma sensu bo w poziomych najlepszym rozwiązaniem jest PWM. Przełącznik grzałek miałby sens tylko wtedy gdy sami sobie zrobimy tani sterownik ale poprzeczka jest bardzo nisko - PWM można kupić za niecałe 4 stówy.

    Cały czas myślę nad sterownikiem i powoli wychodzę z lasu chociaż drzew cała masa... Zacznę od tego, że wyżej trochę się pomyliłem w ustalaniu natężenie na jakim byłaby zwierana górna grzałka - przy grzałce 60 Ω i PV Umpp=120 V pąd 3 A jest niemożliwy do uzyskania (może zimą gdy wsp. temp. daje o sobie znać). Taki prąd bez problemu uzyska się po zastosowaniu grzałki 45 ohm. Wniosek jest taki, że jak ktoś chce wysokiej efektywności to górna grzałka musi mieć powyżej 60% mocy dolnej. Jeżeli ma tak jak tutaj 50% to zwarcie dolnej grzałki powinno nastąpić przy prądzie ok. 2.3 A czyli efektywność spada do ok. 60%.

    Gdy policzyłem warunki pracy znalazłem chyba optymalną metodę która przy okazji zostawi furtkę do uzupełnienia układu o połączenie równoległe. Ale od początku.

    1) Przy prądzie 1.5 A napięcie na górnej grzałce (60 ohm) wyniesie 90 V, a na dolnej 45 V razem 135 V. I w tym punkcie powinno nastąpić zwarcie dolnej grzałki. Po przełączeniu napięcie na górnej grzałce ukształtuje się na poziomie nieco powyżej 90 V, a na dolnej wyniesie 0V.
    2) Przy prądzie 2.3 A napięcie na górnej grzałce wyniesie 138 V, a na dolnej 0 V i wtedy powinno nastapić rozwarcie dolnej i zwarcie górnej grzałki. Napięcie na górnej spada do 0 V, a na dolnej wyniesie ok. 70 V.

    Wyłączenie będzie następowało przy podobnych napieciach z uwzgl. histerezy. Jak widać mamy bardzo zbliżone poziomy napięć więc przyszło mi do głowy by zrobić układ cyfrowy. Wystarczy uśrednić poziomy napięć włączających i wyłączajacych grzałki np. do poziomu 70 V : 135 V i mierzyć to napiecie na całym układzie. Do tego dodajemy komparator i na wyjściu mamy sygnał cyforwy: Napięcie wrzasta do 135 V - 1, zwieramy dolną grzałkę i mamy 70 V - 0, napięcie rośnie do 135 V - 1 wiec zwieramy górną i napiecie spada do 70 V - 0 itd. Podobne taktowanie mamy przy rozwieraniu grzałek, np. gdyby prąd nigdy nie przekroczył 2.3 A to dolna grzałka będzie zwarta aż do spadku napiecia poniżej 70 V potrzebnego do jej rozwarcia i powrotu do pracy szeregowej gdy napięcie skaczy do 135 V stan logiczny - 1.

    Aż się prosi, by już w tym punkcie zastosować układy cyfrowe. Chociaż na razie mam mgliste wyobrażenie co do szczegółów (chyba zastosuję jakiś przerzutnik) to chyba najlepsze rozwiązanie. Przyjmuję, że sterowanie będzie wyglądało tak: na wyjściu przerzutnika logiczne 0 - zwieram dolną grzałkę, logiczna 1 - zwieram górną, praca szeregowa - reset. Kolejne elementy to zwykłe bramki logiczne sterowane przy pomocy w/w przerzutnika oraz stanów logicznych na poszczególnych grzałkach. Np. 0 na przerzutniku i 1 na górnej grzałce (jest napięcie) - 1 na wyjściu bramki i włączamy przekaźnik zwierajacy dolną grzałkę. Analogicznie 1 na przerzutniku i 1 na dolnej grzałce (jest napiecie) zwieramy górną grzałkę. Gdy jednocześnie na grzałce dolnej i górnej są wysokie stany logiczne oba przekaźniki rozwarte, a przerzutnik jest resetowany.

    Na razie to tylko ogólny zarys pomysłu ale da sie ustalić jakich części potrzebuję: 3 transoptory (dolna grzałka, górna i na napiecie PV), komparatory, przerzutnik, bramki AND lub NAND i jeszcze trochę elektronicznego drobiazgu. Jak dopracuję pomysł to naszkicuję schemat, na razie jest na to za wcześnie. Ważne jest to, że układ wykonany w/g tego projektu miałby wiele zalet: separacja PV od elektroniki, praca bez zasilania lub w przypadku padu elektroniki (szeregowa lub co sie ostatnio zatrzaśnie), bardzo mała moc tracona (pewnie poniżej 1 W) i możliwość rozbudowy. Mam nadzieję, że nie utknę w jakimś punkcie ale teraz chyba naprawdę mam z górki.

  • #25 11 Mar 2017 15:14
    gaz4
    Poziom 24  

    Wielkie dzieki za link. Nie wiem czy ACS712 przyda się do tego sterownika ale z pewniością będzie doskonały przy przełączaniu jednej grzałki. Jeżeli dobrze odczytałem charakterystykę by "zelektronizować" mój wcześniejszy układ wystarczy go wstawić w miejsce rezystorów 5 W, dodać jakiś tranzystor, wyregulować i powinno działać. Właśnie zamawiałem kilka podzespołów i okazało sie, że sprzedawca ma też te układy wiec jeden zamówiłem. Zastosowanie zawsze się znajdzie :)

    Przemyślałem to co napisałem wyżej o pomyśle z cyfryzacją i chyba mam działajacy układ. Co prawda na papierze i tylko w formie koncepcji ale to i tak duży postęp. W obecnym stanie prac do budowy układu potrzebuję dwu komparatorów które będą mierzyły napięcia na PV (całej), US1 będzie wystawiał stan wysoki gdy napięcie przekroczy 135 V, a drugi US2 stan wysoki gdy spadnie poniżej 70 V. Te sygnały podam na bramkę OR i za każdym razem gdy prąd przekroczy wartość przełączania grzałek na jej wyjściu uzyskam stan wysoki, a po ich przełączeniu natychmiast będzie niski. Ten sygnał podam na przerzutnik aktywowany zboczem 1->0 i w połączeniu z czujnikami badajacymi stan na poszczególnych grzałkach mam takie oto stany logiczne (Q - wyjście przerzutnika, D - stan na dolnej grzałce, G - stan na górnej grzałce):

    Q D G
    0 1 1 RESET Praca szeregowa
    0 0 1 Zwarta dolna grzałka
    1 1 0 PRESET Zwarta górna grzałka

    Sygnał PRESET wymusza utrzymanie stanu 1 na Q w przypadku wzrostu napiecia powyżej 135 V przy pracy na dolnej grzałce (wtedy uaktywni się US1 i po spadku napiecia może niepotrzebnie aktywować przerzutnik). RESET poza przywróceniem 0 na przerzutniku gdyby sterownik się pogubił wymusza też pracę szeregową. W/w sygnały uzyskujemy z transoptorów grzałek po przekształceniu na cyfrowe i przepuszczeniu przez odpowiednie bramki. Jak widać dalej jest z górki: podajemy w/w sygnały na bramki NAND, stan na ich wyjściu steruje tranzystorem załączajacym przekaźnik i na papierze działa. Niestety mniej więcej w tym miejscu kończy się moja wiedza elektroniczna i zaraz pogubię się w szczegółach.

    Jestem (niemal) pewien, że to chyba najprostsza koncepcja tego układu, w pełni analogowym szybko się pogubiłem mnożąc kolejne komparatory itp. Do rozwiązania jest parę problemów w czasie przełaczania, ustalenie odpowiedniej histerezy by przełączanie było pewne, dopracowanie części cyfrowej itd, itp. Pomyślę jeszcze nad zastosowaniem ACS712 ale i tak część cyfrowa (za przerzutnikiem) przyda się choćby dla zabezpieczenie przed przypadkowym zwarciem dwu grzałek. Użycie bramek w tym wypadku jest chyba najelegantszym rozwiązaniem.

    ps.ACS712 nie dawał mi spokoju i okazało sie, że po wstawieniu go do w/w cyfrowej aplikacji całość można uprościć. Na razie na papierze mam schemat (a raczej "projekcję" z kilkoma luźnymi układami które należy ze sobą połaczyć) z 2 transoptorami, 2 komparatorami, jednym 4011 + drobnica. Układ powinno się wyregulować dokładniej niż wyżej opisany i powinien chodzić stabilniej (mniejsze ryzyko "dzwonienia" przekaźników). Utknąłem w jednym miejscu ale na 99% ACS712 jest tym czego potrzebowałem. Jest już późno więc zostawię to do poniedziałku ale sprawa sterownika rozwija się w bardzo dobrym kierunku :)

  • #26 12 Mar 2017 01:59
    idepopizze
    Poziom 31  

    Jeżeli szukasz przerzutnika D to w serii CD4000 z których korzystasz (4011 - 4 bramki NAND) znajdziesz go pod symbolem 4013.

    Jeżeli chcesz używać bramek to pomocna też będzie metoda Karnaugha do minimalizacji ich ilości - rzuć okiem.

  • #27 13 Mar 2017 18:21
    gaz4
    Poziom 24  

    Narysowałem schemat przełączmika grzałek opartego na ACS 712. Na schemacie są grzałki 50 Ω (ok. 1.1 kW) i 30 Ω gdyż dają one bardzo dobry kompromis między średnioroczną efektywnością i pracą przy dużym zachmurzeniu. Co prawda na razie mam 60 Ω ale może kiedyś zdecyduję się na jej zmianę bo jak pisałem lepsze efekty daje górna ok. 60% mocy dolnej grzałki.

    Bojler, PV i dwie grzałki

    Na razie to raczej koncepcja rozwiązania niż schemat bo trzeba dodać elementy oznaczone czerwonymi kółkami (tranzystory załączajace przekaźnik, transoptory z układem A/C) dobrać wartości elementów, polaryzację itp. Ale pokazuje jak chcę to rozwiązać i chyba będzie działało.

    Napięcie z układu ACS 712 podaję na komparatory które ustawią logiczną jedynkę na wyjściu gdy prądy przekroczą wartości podane na rysunku. Następnie bramki AND sprawdzą czy druga grzałka jest rozwarta i jeżeli na obu wejściach bedzie 1 to załączają przekaźnik. Niby proste jak drut ale jest jeden poważny problem jakiego nie rozwiązałem. Aby go wyjaśnić narysuję stany logiczne podczas pracy bo wtedy będzie łatwiej (D, G - stany na grzałkach, 0 zwarta):

    US1.US2..D....G
    0......0......1......1 _praca szeregowa
    1......0......0......1 _praca górnej grzałki
    1......1......1......0 _praca dolnej grzałki

    Otóż gdy przechodzimy z pracy górna grzałka - dolna grzałka przez chwilę musi wystąpić praca szeregowa (występuje też przy dolna -> górna lecz nie pociąga niżej opisanej komplikacji). To automatycznie pociągnie za sobą spadek prądu poniżej poziomu zadziałania komparatpra US2 (w tym przykładzie do ok. 1.9A). W tym momencie na komparatorze US2 ustawi sie logiczne zero, przejdziemy na pracę górnej grzałki, prąd wzrośnie do >2.7 A czyli pracować powinna dolna grzałka itd... Koniecznie trzeba coś wstawić między US2 i bramkę AND by do czasu przełączenia grzałek zablokować stan wysoki. Ale co pomyślę o jakimś rozwiązaniu to pojawiają się komplikacje wywalające pracę całości i na razie się poddałem. Mam tylko "plan B" czyli bardzo duża histereza ale to straszliwa prowizorka będzie. Trzeba będzie dokładnie przeanalizować pracę cześci cyfrowej aby na bramkach AND w odpowiednim momencie pojawiły się odpowiednie stany bez ryzyka "dzwonienia" jak wyżej opisane oraz prób załączenia dwu grzałek jednoczesnie (własnie zauważyłem, że nie dorysowałem bezpiecznika >3A na stykach zwiarajacyh dolną grzałkę).

  • #28 13 Mar 2017 20:27
    idepopizze
    Poziom 31  

    To tak nie będzie działało, jutro znajdę chwilkę to naszkicuje to blokowo.


    Blokowo widziałbym to tak:

    Bojler, PV i dwie grzałki

    Jak to rysowałem to zastanawiałem się nad tym ACS712.
    Ta izolacja w układzie to raczej byłaby trochę bardziej skomplikowana jeżeli chciałbyś ją wykonać oczywiście.

    Chodzi mi o to że komparatory te od mierzenia napięć 135v i 70v powinny mieć na wyjściu transoptory.

    Przy użyciu transoptorów chciałbyś również sprawdzać co się dzieje na grzałkach.

    No to mamy już 4 transoptory które będą oddzielać układ PV od cyfrówki.

    Jeżeli oddzielisz to w ten sposób to cyfrówka będzie potrzebowała również oddzielnego napięcia zasilania z sieci. Dochodzą więc kolejne graty. Pytanie jest takie - czy warto.

    Układ sprawdzający grzałki wyglądałby mniej więcej tak:
    Żeby nie zaciemniać tamtego blokowego narysowałem to oddzielnie tutaj, wycinając z blokowego układ wykonawczy z przekaźników.

    Bojler, PV i dwie grzałki

    Jak widzisz jest tam rezystor i dioda LED w transoptorze. Jak zwykle diabeł tkwi w szczegółach bo dużo zależy od tej diody LED. One mają swoje napięcie pracy przy którym zaczynają świecić. Czerwone najmniejsze. Trzeba by było dobierać rezystor no i jeszcze sprawa podstawowa, czy na grzałce odłoży się napięcie większe niż powiedzmy 3V bo jak będzie mniejsze to dioda się po prostu nie zaświeci - takie tam szczegóły o których trzeba pamiętać.

    Tego ACS712 jak zauważyłeś na schemacie blokowym nie podpiąłem do niczego bo trzeba przemyśleć gdzie dać informacje o prądzie. Pewnie znowu tam też wejdą komparatory o ile taka informacja jest potrzebna, bo może po prostu wystarczy sam sygnał czy idzie prąd z paneli czy nie.

  • #29 14 Mar 2017 09:56
    gaz4
    Poziom 24  

    Schemat z ACS712 należy analizować w oderwaniu od wczesniejszego pomysłu ze sterowaniem napieciami 70 V i 135 V, co najwyżej podobna będzie część cyfrowa. Nawiasem mówiąc tu też przełączanie wystapi przy podobnych napięciach ale będziemy mierzyli prąd. Fajnie, że narysowałeś schemat blokowy, całość bedzie czytelniejsza. Zmodyfikowałem go tak by przedstawiał mój ostatni pomysł.

    Bojler, PV i dwie grzałki

    Jak widać sygnał wyjściowy z ACS712 będzie bezpośrednio sterował komparatorami. Na schemacie napisałem przy jakich natężeniach prądu ma występować przełaczanie ale to można szybko zamienić na napięcia. Wersja ACS 712-5 ma zbyt małe obciążenie aby jej użyć, tu musi być min. ACS 712-20. Ma on czułość 100mV/A więc przełączenie powinno wystąpić przy odchyelniu napięcia o 170 mV od punktu odniesienia (połowy napiecia zasilania czyli tu 2.5V) oraz 270 mV. Myślę, że to wystarczajaca czułość aby układ pracowal pewnie, a jakby co można ją poprawić podnosząc napiecie zasilania ACS 712 (w/g katalogu max wynosi 8V).

    Co do transoptorów to napiecie działania LED nie powinno sprawić problemów bo sprawdzanie stanu grzałek będzie występowało przy bardzo dużej różnicy napięć, 0 V (grzałka zawrta) - minimum 70 V (rozwarta). Max. napięcie na grzałce nie przekroczy napięcia układu otwartego PV (gdyby zadziałał termostat czy wyjęto wtyczkę z gniazdka sterownika) więc przy Umpp=120 V będzie to ok. 150 V (zimą może dojść do 160 bo zadziała wsp. temp.). Sygnał z transoptorów przetworzymy na cyfrowy więc tu problemów nie będzie.

    Przy okazji zauważyłem przeoczenie w moim schemacie. Trzeba dodać jedną bramkę logiczną podająca sygnał z US2 na sterownik dolnej grzałki. Powinien on przełączać dolny AND w stan niski 0 (wymuszajacy rozwarcie dolnej grzałki) gdy na US2 pojawi się wysoki bo tylko wtedy dojdzie do przełączenia.

  • #30 15 Mar 2017 12:04
    idepopizze
    Poziom 31  

    No teraz to zrobiło się eleganckie.

    Uwagi praktyczne:
    - tego ACS'a najprawdopodobniej trzeba będzie ekranować, doczytaj w wątku o nim że ktoś zgłaszał uwagi co do jego czułości nawet na namagnesowany śrubokręt. Będziesz musiał obudować go malutką stalową puszką.

    - to zasilanie w takiej formie teraz też traci sens. Sugeruję kupić jakąś ładowarkę od telefonu z przetwornicą. One mają malutki transformatorek w środku więc będzie izolacja galwaniczna. Dodatkowo startują od dość niskiego napięcia zasilania. Nie będzie potrzebna wtedy siec 230V

 
Promocja -20%
Zamknij 
Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
tme