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Regolatore di potenza

Circuiti e campi elettromagnetici

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[1] Regolatore di potenza

Messaggioda Foto UtenteBaronexeno » 11 lug 2016, 1:41

Buona sera, sono un nuovo utente diciamo un pivellino, ho anche scarse competenze in materia ma non nulle diciamo. Sto realizzando un progetto e come al solito una cosa tira l'latra son partito per la tangente a studiarmi e ripassarmi di tutto di più. Ma per prima cosa focalizzo il problema base: dopo un po' di esperienze di fusioni di alluminio con carbonella e ventola che regola il flusso d'aria un po' a caso, ho pensato alla progettazione di un fornetto elettrico. Tralascerei i dettagli della parte "hardware" del fornetto cioè la struttura in materiale refrattario e passerei diretto a come comandare la resistenza elettrica da 1500W in corrente di rete: è una resistenza, potrei accenderla e spegnerla, potrei mettere un controllore termostatato già fatto, ma vorrei poter utilizzare la potenza realmente necessaria, quindi vorrei poter regolare la potenza anche per poter utilizzare la rete di casa per fare altro. Il primo approccio è un regolatore triac volendo anche già fatto, ma non mi piace cosa fa il triac: ciuccierebbe tantissima potenza deformando l'intera rete domestica a causa di come agisce. Così mi son posto dei quesiti che non riesco a risolvere da solo: il comportamento del triac è assimilabile al comportamento di un carico induttivo? Cioè iniziando a condurre in ritardo, tralasciando che conduce passando quasi verticalmente alla corrente massima, ho immaginato che filtrando un po' il suo comportamento ammorbidendo la sua curva si otterrebbe una specie di sinusoide leggermente sfasata in ritardo nella corrente rispetto al potenziale della rete, in pratica in qualche modo un comportamento di sfasamento induttivo, così mi chiedevo se un condensatore di rifasamento sarebbe in grado di mitigare i disturbi del triac sulla rete. Oppure proprio qui su electro you ho visto degli articoli del 2011 che parlavano di come usare degli scr e delle induttanze per creare un alimentatore raddrizzato in cui è teoricamente possibile regolare la tensione in stile "step down" variando l'angolo di innesco, ma anche qui sulla rete si ottiene uno sfasamento stavolta realmente induttivo e che per giunta costringe la rete ad erogare una corrente praticamente costante in modulo quindi circa ad onda quadra e pure sfasata dal potenziale di rete, praticamente con un utilizzo come il mio sarebbero disturbi molto forti sulla rete. Insomma triac ed scr permettono rendimenti elevati ma non capisco se è possibile ridurne le distorsioni che causano, così vorrei valutare componenti più comodi come mosfet o igbt, ho pensato di usarli in modo tale da fare un PWM diretto sulla corrente di rete senza cercare di ottenere un potenziale costante in uscita ma di percentualizzarlo brutalmente in maniera tale da avere in uscita una sinusoide(raddrizzata) scalata, così da agire sulla rete come un carico resistivo maggiore senza distorcere in maniera ingestibile la rete, ma ho capito che i mosfet non posso usarli e non capisco cosa devo vdere sui datasheet degli igbt per capire se fanno a caso mio.
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[2] Re: Regolatore di potenza (argomento aperto)

Messaggioda Foto UtenteGuidoB » 11 lug 2016, 8:28

Dato che la resistenza è piuttosto grossa ha un'alta inerzia termica.
Potresti alimentarla per uno o più periodi interi della tensione di rete, poi fare una pausa più o meno lunga. Così non parzializzi l'onda e non la distorci.
Forse va bene un triac innescato al passaggio per 0 della tensione e mantenuto acceso (per esempio) per 50 periodi, cioè 1 secondo, e spento per un tempo variabile.
Non so però se un pilotaggio del genere potrebbe dar fastidio ad altri carichi o alla rete.
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[3] Re: Regolatore di potenza (argomento aperto)

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 11 lug 2016, 9:07

Benvenuto nel forum.
Io adopererei un relè a stato solido, per esempio uno della OPTO22 solid state relays tipo 240Di10.
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[4] Re: Regolatore di potenza (argomento aperto)

Messaggioda Foto UtenteBaronexeno » 11 lug 2016, 10:30

Ma se volessi usare degli igbt?,Leggendo qua e là su forum ho capito che i mosfet ,che generalmente sarebbero il meglio per la commutazione,ad alte tensioni gli cresce la Rds on quindi diventano parecchio influenti sulla dissipazione e conseguentemente diventano dei fornetti pure loro con la seria possibilità di bruciarsi, e infatti nei Soa dei datasheet la corrente erogabile in continua precipita intorno ai 100volt in genere per i MOS; gli igbt invece ho capito che dovrebbero riuscire a gestire meglio alte correnti ad alti potenziali, ma guardando i loro Soa non riesco a capire bene, prima di tutto perché mi sa che non so leggere bene questi grafici: quando li disegnano con la linea che rappresenta l'uso in continua ok, ma quando ne rappresentano l'utilizzo in impulsata non capisco cosa significano dato che indicano la durata degli impulsi e non un dutycycle come mi verrebbe da pensare. Ho ipotizzato sia la lunghezza di impulso limite da usare per quelle condizioni prima che si bruci durante un singolo impulso, ma non capisco però con quale frequenza di ripetizione. Dovrei ipotizzare di fare i conti in maniera tale che la media della corrente calcolata sulla ripetizione dei singoli impulsi corrisponda alla corrente usabile in continua e quindi trovare da questo quanto deve essere la frequenza di ripetizione? perché ok in questo modo avendo la curva del grafico dell'utilizzo in continua sono a posto, ma mi sono accorto che spesso si dimenticano di mettere proprio la curva dell'utilizzo in continua e allora mi ritrovo in alto mare.
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[5] Re: Regolatore di potenza (argomento aperto)

Messaggioda Foto UtenteBaronexeno » 12 lug 2016, 16:36

Ok rallento, una cosa alla volta: un igbt con caratteristiche di targa 600V e 31A posso usarlo per gestire una corrente massima alla tensione di rete tra i 6 e gli 8 Ampere?
Ci sono tantissimi modelli e ho capito che gli igbt rispetto ai mosfet non reggono bene le alte frequenze, per esempio su ebay stavo vedendo un modello come questo:
http://www.tme.eu/it/Document/f09ac70a8 ... bc30fd.pdf
avrei bisogno di qualche anima pia che mi aiuti a comprenderne il datasheet. Ho dei vecchi libri di mio padre su alimentatori switching transistor etc.. ma sono libri degli anni 90, mosfet e igbt erano ancora poco presi in considerazione, quindi non avendo libri sull'argomento non ho basi teoriche decenti per capirne le caratteristiche tecniche e utilizzarli.
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[6] Re: Regolatore di potenza (argomento aperto)

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 12 lug 2016, 17:32

Ti ho scritto nel post n. 3. Non ho avuto commenti di risposta.
Se non ne sai moltissimo e devi realizzare il sistema prototipo (controllo del forno) perché non adoperi un prodotto commerciale dignitoso ad esempio come questo:
http://www.alliedelec.com/opto-22-240d10/70133859/
Ridurresti il rischio di progetto.

Troppo costoso? Difficile approvvigionamento ?
Ami progettare a partire proprio dal componente?

Per mia curiosità:
che sensore di temperatura adoperi? Un termostato ?
che temperatura vuoi raggiungere?
che precisione di temperatura ti serve?
Prevedi di mettere un secondo termostato di sicurezza ? Forse non serve?

In ogni modo non ti fidare completamente dei miei consigli, è un forum, non ho la visione olistica del tuo problema e non sono pagato per progettare qualcosa, e quindi, a parte la mia reputazione sul forum, non mi sento responsabile, la responsabilità è tua. :mrgreen:

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[7] Re: Regolatore di potenza

Messaggioda Foto UtenteBaronexeno » 12 lug 2016, 18:16

Sì mi scuso, nel primo post ho scritto che ci sono dei sistemi già pronti con termostato che accendono e spengono e utilizzano un relè SSR come quello che hai elencato, ma appunto ho scritto che vorrei evitarlo perché mi occupa virtualmente tutta la potenza massima, nel senso 1500W di resistenza il relè quando è acceso consuma 1500W, rimane acceso per secondi o minuti, poi si spegne poi si riaccende, in bolletta ho solo l'enegia realmente consumata, ma in pratica ho 1500W fissi occupati, nel senso in una media nel tempo magari sto consumando facciamo 900W, ma col contratto enel di 3 kW in pratica non posso usare complessivamente più di altri 1500W perché quei 900 in realtà è una media tra acceso per un minuto a 1500W e spento per 25 secondi a 0W se collegassi qualcosa da 1700W nei 25secondi che il relè è spento non ci sono problemi, mentre quando è acceso sono fuori dai 3 kW. Insomma vorrei poter costruire un regolatore che mi eroghi potenza in maniera più lineare, poi la resistenza ha dei limiti di temperatura oltre i quali il metallo si danneggia e col passare del tempo si rompe, ho letto su vari forum artigiani del vetro preferire usare forni a gas per non dover stare a cambiare spesso la resistenza, beh con un regolatore che cambia lentamente lo stato la resistenza per poter raggiungere le massime temperature si troverebbe a dover alternare surriscaldamenti a raffreddamenti. Con un classico regolatore triac la velocità di commutazione è la stessa della frequenza di rete e per l'inerzia termica della resistenza va benone, a quella velocità di commutazione quando passa per lo zero potrebbe raffreddarsi di solo qualche grado invece delle centinaia di gradi che può perdere in alcune decine di secondi.
Però il triac fa delle brutte distorsioni soprattutto se commuta quasi tutta la potenza disponibile sulla rete, per questo ho scritto "argomento aperto", intendevo che ero disponibile a spaziare più soluzioni, tra qualche sistema per ridurre considerevolmente i disturbi del regolatore triac standard con qualche particolare sistema filtrante, oppure abbandonando la strada triac/scr ed addentrandomi nella strada dello switching più classico con igbt e mosfet, ma con questi componenti sono messo male a livello teorico,a piccole tensioni saprei come usare i mosfet, ma ad alte tensioni mi pare di aver capito che coi mosfet perderei efficienza e avrei pure grossi problemi di dissipazione, mentre per gli igbt sono proprio a uno zero di teoria, non so minimamente come orientarmici tra gli igbt,dai grafici dei datasheet mi sembra si comportino come i mosfet(cioè male ad alte tensioni) ma sono abbastanza sicuro che invece mi sto perdendo per strada qualcosa ma non capisco cosa.
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[8] Re: Regolatore di potenza

Messaggioda Foto UtenteBaronexeno » 12 lug 2016, 18:39

riassumendo, mi piacerebbe o trovare un modo per filtrare bene le distorsioni dei classici regolatori a Triac, oppure addentrarmi nella costruzione di un regolatore PWM a igbt, senza neanche stare a mettere dei condensatori dopo il ponte raddrizzatori, per poter far sì che il tutto(regolatore+ resistenza) influisca sulla rete come un carico puramente resistivo maggiore o minore senza praticamente distorcere la forma sinosoidale del potenziale di rete(se non con un disturbo alla frequenza di commutazione dell'igbt che dovrei riuscire ad eliminare quasi completamente con metodi di attenuazione del ripple). Però mi manca la teoria sugli igbt, non so come leggere i loro datasheet per scieglierli adatti allo scopo.
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[9] Re: Regolatore di potenza

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 12 lug 2016, 23:18

Ho letto i tuoi ultimi due post. Quanto sostieni è argomentato, ma non mi convince completamente.

Anche con il TRIAC hai la condizione in cui volendo scaldare rapidamente dissipi 1500 W, e se avessi altri carichi provocheresti il distacco del contatore.

La temperatura della resistenza che ne provoca il rapido invecchiamento dipende da come la hai progettata, se prevedi una superfice maggiore a partità di resistenza raggiungerà una temperatura minore a pari potenza/calore prodotto.

Ti consiglio una soluzione rudimentale: adopera due resistenze da 750 W caduna, una inseribile in parallelo all'altra con un interruttore manuale: quando vuoi scaldare la inserisci e scaldi con 1500 W, quando hai raggiunto la temperatura e la vuoi mantenere, lasci inserita sotto termostato solo quella da 750 W.
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[10] Re: Regolatore di potenza

Messaggioda Foto UtenteBrianz » 13 lug 2016, 0:07

Posso dirti alcune cose?

In primo luogo questa triacfobia. Guarda che se applichi un PWM ottieni molte più armoniche.
E gli igbt, come li faresti lavorare altrimenti? E perché i mosfet no?

E il fatto di non introdurre capacità di livellamento sulla cc non porta affatto che il carico sia resistivo: già solo il fatto che hai dei semiconduttori crea un carico non lineare e distorce la forma d'onda della corrente.

In secondo luogo, dai un occhio a qualche applicazione igbt
https://igbt-driver.power.com/products/ ... e-idriver/
Pensi di avere conoscenze per usare cose del genere su tensione di rete e potenze da kW?
Non è come farsi in cantina un dimmer con un triac, un diac e poco altro.
E il sistema di controllo? Chi scrive il firmware?

Certamente se trasformi la ca in cc variabile, alimenti la resistenza con una tensione che fai variare a seconda della temperatura voluta, ma per 1500W non è uno scherzo e comunque la corrente assorbita non è certo sinusoidale, a meno di implementare un sistema PFC, aggiungendo altra complicazione.

Inoltre non basta certo un termostato con due opamp per controllare la cosa. Un forno avrà una inerzia dipendente dalla massa riscaldata. Ci vuole un controllo PID, magari con memoria e previsione.

Ovvero, io personalmente non mi ci metterei in un progetto del genere.
Risolverei la cosa come è stato consigliato dagli altri interventi.

E', ovviamente, un parere personale.
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