Leistungsmessung eines Heizwiderstandes mit Phasenanschnitt

[Student]

Hallo Zusammen,

ich habe einen Heizwiderstand der per Phasenanschnittsteuerung der 230V Wechselspannung auf eine bestimmte Temperatur geregelt wird. Hierbei möchte ich die Leistung messen welche die Heizung aufnimmt. Erwartet werden Werte zwischen 20mW und 5W.

Ich habe bereits ein Messgerät von PCE:
http://www.warensortiment.de/bedienung/ ... e-n30p.pdf

Dieses Messgerät misst ab einem Strom von 20mA, allerdings ergibt meine Rechnung für diese geringe Leistung eine Stroaufnahme von rund 6,3mA bei 3,2V (Heizwiderstand mit rund 500 Ohm gemessen).

Gibt es ein Messgerät mit dem ich, bei der vorliegenden Regelung, die Leistungsaufnahme zuverlässig messen kann? Bevorzugt wird ein Messgerät, das in einen Schaltschrank eingebaut werden kann, entweder in einen Ausschnitt oder auf Hutschiene.

Ich hoffe ihr könnt mir hier weiter helfen, da meine Suche bislang nicht von Erfolg gekrönt war.

Viele Grüße..

 

[Octavian1977]

zunächst muß das Messgerät auch Echt Effektivwerte messen können (True RMS)
Ansonsten wird das nichts.
Bei Messungen von 6,3mA sollte das Messgeräte einen Messbereich aufweisen, der 10-20mA nicht übersteigt.
Bei Spannung ist es ähnlich gelagert.

 

[bigdie]

Was soll das für eine Phasenanschnittsregelung sein, die einen 500 Ohm Widerstand auf 0,2W stellen kann? 500 Ohm würden 105W an 230V bedeuten. Bei 5 W schaltest du dann schon fast im 0-Durchgang. Da wird ein Triac schon Probleme mit dem Haltestrom haben. 0,2W ist fast unmöglich.
Mit Phasenanschnitt 0,2-5W bei 230V zu verheizen erfordert normalerweise einen 10 kohm Widerstand bei 230V.

 

[Student]

Es ist ein CN7523 Regler mit einem SSR330DC10 Halbleiterrelais von Omega verbaut:

http://www.omega.com/Manuals/manualpdf/M4437.pdf

http://www.omega.de/Temperature/pdf/SSR330_660.pdf

Dabei misst der Regler mit einem Pt100 die Temperatur und stellt mit seinem Puls-Ausgang über das Halbleiterrelais nach falls es zu einer Abweichung kommt. Die Regelung funktioniert soweit auch ganz gut. Laut Anzeige bleibt die Temperaturdifferenz im Bereich von +-0,2K.

Die Leistung wird hierbei allerdings nicht konstant auf einen bestimmten Wert geregelt. Es wird eben nachgeheizt wenn die Temperatur fällt und dann verweilt der Ausgang wieder eine Zeit auf 0. Die erwartete Leistung ist lediglich im Mittel bis zu 20mW (übrigens sogar 0,02W). Die Momentanleistung wird höher sein, aber wie hoch... keine Ahnung!!

 

[bigdie]

Das Halbleiterrelais macht aber keinen Phasenanschnitt. Das kann es gar nicht. Es schaltet im Nulldurchgang der Netzspannung zu und ab. Du bekommst auf den Heizwiderstand also mindestens immer ein volle Halbwelle. Das Messgerät muss also max. 0,5A können. wenn der Widerstand 500 Ohm hat. Das sind also dann etwa 115 W und nicht 5.

 

[Student]

Vielen Dank bigdie für deine Antwort! Das ist interessant, da mir das ganze als Phasenanschnittsteuerung verkauft wurde. Ich dachte also im Moment des Ansteuerns Schaltet das Relais durch, bis es beim Nulldurchgang wieder öffnet. Und der Regler taktet dann entsprechend.

Das heisst also liegt Steuersignal im Nulldurchgang an schließt das Relais, liegt keine an öffnet es?

Wenn dem so ist wäre mein Leistungsmesser ja eventuell doch nicht ganz verkehrt!? Dann bleibt nur die Frage ob meine Regelung am Ende fein genug ist.

 

[sko]

Wenn Du jetzt schon +/- 0,2 Grad erreichst, wie fein soll es denn noch werden und warum?

Die Konstanthaltung über die Temperatur ist doch richtig, denn die notwendige Leistung kann ja stark unterschiedlich werden, wenn ich mal davon ausgehe daß die Umgebungstemperatur stark schwankt...

Ciao
Stefan

 

[patois]

Re: Leistungsmessung eines Heizwiderstandes mit Phasenanschn

Hallo Zusammen,

ich habe einen Heizwiderstand der per Phasenanschnittsteuerung der 230V Wechselspannung auf eine bestimmte Temperatur geregelt wird.

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Viele Grüße..

An was hast du erkannt, dass du eine "Phasenanschnittsteuerung" hast ?

Bei Heizungen arbeitet man, da sie sehr träge sind, zumeist mit Pulspaket-Steuerung.

Ob diese Pulspakete im Nulldurchgang gestartet werden, ist noch ein anderer Fall.

Da der Heizwiderstand zumeist ohmsches Verhalten zeigt, ist eine Ansteuerung im Nulldurchgang nicht zwingend erforderlich; ganz im Gegenteil würde ich sagen, dass diese Ansteuerungsart die Steuerung verkompliziert und obendrein noch zusätzlich verteuert.

In der realen Welt, abseits der wissenschaftlichen Elfenbeintürme, muss man gewinnorientiert entwickeln/arbeiten.

Die Genauigkeit erlangt man aus der hochentwickelten Regelungstechnik ...

P.

 

[werner_1]

Hallo Student,
um dir bessere Hilfestellung geben zu können, müsste man mehr über dein Projekt wissen. Z.B.:
- welche Massen werden aufgeheizt?
- welche Störgrößen gibt es?
- welche Genauigkeit ist gefordert?
- wie ist die Messung aufgebaut? (die Regelung kann nie besser sein, als die Messung)
- welchen Messbereich hat deine Messung?
- ....

 

[bigdie]

Re: Leistungsmessung eines Heizwiderstandes mit Phasenanschn

Ob diese Pulspakete im Nulldurchgang gestartet werden, ist noch ein anderer Fall.

Da der Heizwiderstand zumeist ohmsches Verhalten zeigt, ist eine Ansteuerung im Nulldurchgang nicht zwingend erforderlich; ganz im Gegenteil würde ich sagen, dass diese Ansteuerungsart die Steuerung verkompliziert und obendrein noch zusätzlich verteuert.



P.

Ob du das sagst, ist aber irrelevant. Das Solidstate Relais arbeitet nun mal so.

 

[bigdie]

Vielen Dank bigdie für deine Antwort! Das ist interessant, da mir das ganze als Phasenanschnittsteuerung verkauft wurde.

Viele kennen halt nicht den Unterschied zwischen Phasenanschnitt, Phasenabschnitt und Pulsweitenmodulation.

Um letzteres wird es sich in diesem Fall wohl handeln.
Da heizungen normalerweise träge sind reicht eine Grundfrequenz von z.B. 0,1 Hz. Verändert wird dann das Verhältnis zwischen Ein und Ausschaltzeit.
z.B. 10% Leistung wäre dann 1s Einschaltzeit und 9s Ausschaltzeit. Das macht man z.B. per PI-Regler.
Daran siehst du schon, das die Messung relativ kompliziert werden kann mit einem Leistungsmesser. Dieser hat nicht die Trägheit sondern würde in diesm Fall 115W und 0 W abwechselnd anzeigen. Theoretisch ist da am besten ein digitaler Stromzähler mit S0 Anschluss. Aus der Zeit zwischen 2 Impulsen am S0 könnte man dann z.B. die aktuelle Leistung z.B. mit einer Siemens Logo berechen und anzeigen.

 

[patois]

:!:

Eine Pulspaket-Steuerung ist nur etwas Ähnliches wie eine Pulsweitenmodulation.

Solides elektrotechnisches Grundwissen scheint in der BRD immer seltener zu werden ...

P.

Anmerkung: jemand, der sich den Nickname "student" aussucht, muss nicht unbedingt ein Student sein. :wink:

 

[bigdie]

Zur Pulspaketsteuerung brauchst du aber eine Synchronisation der Steuerung mit der Netzfrequenz.
Das macht man nicht mit einem SSR.

 

[Student]

Hallo Student,
Viele kennen halt nicht den Unterschied zwischen Phasenanschnitt, Phasenabschnitt und Pulsweitenmodulation.

Um letzteres wird es sich in diesem Fall wohl handeln.

Also der Ausgang des Reglers ist ein 'Voltage pulse Output: DC14V'. Damit wird das Relais angesteuert, was mit 230V Netzspannung gespeist ist.

Da heizungen normalerweise träge sind reicht eine Grundfrequenz von z.B. 0,1 Hz. Verändert wird dann das Verhältnis zwischen Ein und Ausschaltzeit.
z.B. 10% Leistung wäre dann 1s Einschaltzeit und 9s Ausschaltzeit. Das macht man z.B. per PI-Regler.
Daran siehst du schon, das die Messung relativ kompliziert werden kann mit einem Leistungsmesser. Dieser hat nicht die Trägheit sondern würde in diesm Fall 115W und 0 W abwechselnd anzeigen. Theoretisch ist da am besten ein digitaler Stromzähler mit S0 Anschluss. Aus der Zeit zwischen 2 Impulsen am S0 könnte man dann z.B. die aktuelle Leistung z.B. mit einer Siemens Logo berechen und anzeigen.

Wenn ich dich richtig verstehe, meinst du damit die Speisung der Heizung mit pulsweitenmodulierter Gleichspannung, die vom Regler getaktet wird? Würde dann aber auch ein anderes, evtl. mechanisches Relais erforderlich machen. Vielleicht eine Möglichkeit!

Wäre so ein digitaler Stromzähler auch für meine aktuelle Umsetzung eine Alternative?

 

[bigdie]

Ich wollte nicht, das du an der Steuerung etwas änderst. Die Pulsweitenmodulation geht in diesem Fall auch mit Wechselspannung, wenn die PWM Frequenz wesentlich niedriger ist als die Netzfrequenz.

Zur Messung geht ein Zähler. am Besten aber ein Wandlerzähler für ein oder max. 5A. dann wird es genauer.

 

[Student]

Ich wollte nicht, das du an der Steuerung etwas änderst. Die Pulsweitenmodulation geht in diesem Fall auch mit Wechselspannung, wenn die PWM Frequenz wesentlich niedriger ist als die Netzfrequenz.

Zur Messung geht ein Zähler. am Besten aber ein Wandlerzähler für ein oder max. 5A. dann wird es genauer.

Ok, dann werde ich mich mal umsehen was solche Messgeräte angeht.

Was die PWM-Regelung mit kleinerer Frequenz als die der Netzspannung angeht habe ich meine Bedenken, da das wohl zu viel Leistung in meine Heizung schieben würde und einen zu starken Temperaturanstieg zur Folge hätte.