Предлагаю обсудить проблему Управления нагревом с помощью контроллера.
Изложу свои заблуждения в этом направлении.
Чтобы облегчить прицельное метание табуреток, все свои предположения нумерую.
Взгляд сантехника.
Предположение № 1.Симистор. Это такой замочек, который можно открыть в любой момент , а закрыть - только когда сетевое напряжение переходит через "ноль".
Другими словами, чтобы открыть симистор, достаточно заслать сигнал (пусть даже коротенький) на его управляющий электрод, и он останется открытым до тех пор, пока сетевое напряжение не пересечет "ноль". В момент пересечения нуля симистор закроется и будет оставаться закрытым до тех пор, пока мы снова не зашлем ему импульс на управляющий электрод.
Предположение № 2.Чтобы держать симистор открытым какое-то время, можно:
а) удерживать постоянное напряжение на его управляющем электроде;
б) подавать короткие импульсы на управляющий электрод с частотой, заметно превышающей частоту сетевого напряжения.
При этом нужно понимать, что время открытого состояния симистора не будет равно времени подачи управляющего сигнала - после остановки управляющего сигнала симистор дотянет до конца сетевого полупериода, и только тогда закроется.
Предположение № 3.
Один из способов управления мощностью - периодическая подача напряжения в нагрузку.
За 1 секунду в сети пробегает 100 полуволн напряжения. Если мы дадим в нагрузку 10 полуволн, а затем 90 пропустим, мощность составит 10% он номинальной. Изменяя соотношение посылаемых в нагрузку и пропускаемых полуволн, можно в широких пределах регулировать отдаваемую мощность. Одна беда - если мощность ТЭНов саставляет несколько киловатт, а количество переключений меньше 20 раз в секунду, просадки напряжения в сети вызывают заметное мерцание осветительных ламп.
Если это продолжается 5-10 минут, с этим можно смириться. Но если это продолжаетсмя сутки, мерцание напрягает.
Направшивается вывод - переключать чаще, чем 20 раз в секунду... но это не выход. Если переключать чаще 20 раз в секунду, мы сможем оперировать всего пятью полупериодами, и шаг управления составит 20% мощности.
Эти рассуждения привели меня к выводу, что управление с привязкой к нулю не подходит нам, и решение нужно искать в другой плоскости - в методе фазового регулирования.
Предположение № 4.
Что за крокодил - фазовое регулирование?
Это такой способ управления мощностью, когда напряжение подается в нагрузку не в виде периодически подаваемых целых полуволн, а в виде "обрывков" полуволн. Каждая полуволна синусоиды сетевого напряжения подается в нагрузку, однако не в целом виде, а в виде куска, у которого оторвана большая или меньшая часть переднего фронта. Другими словами, мы включаем нагрузку 100 раз в секунду, и вызываемое этим 100-герцовое мерцание никак не заметно - ведь осветительные лампы всегда мерцают с такой частотой.
Поговаривают о сетевых помехах, которые вызывает такое регулирование - действительно, форма сетевой синусоиды заметно искажаются, я заметил, что электрочайник, включенный в сеть, если прислушаться, начинает издавать странные звуки, и электросчетчик тоже слегка "звучит", но на мой взгляд это гораздо легче выдержать, чем непрерывное мерцание лампочек, и поэтому нужно останавливаться на фазовом регулировании.
Предположение № 5.Итак, чтобы дать в нагрузку не сетевое напряжение, а уменьшенное, нужно во время каждого полупериода открыть симистор не как только синусоида оторвется от нуля, а чуть позже. Закроется симистор сам в момент, когда синусоида вернется к нулю. Чем позже мы откроем симистор, тем меньшая мощность будет отдана в нагрузку.
Предположение № 6.Как измерить отдаваемое в нагрузку напряжение? И вообще - что такое напряжение? Когда мы говорим "220 вольт", не задумываемся о том, что напряжение в сети постоянно изменяется, и 220 - это постоянное напряжение, которое даст такую-же работы, такой-же тепловой эффект, как и наше переменное напряжение.
Раньше его называли действующим, эффективным, сейчас называют среднеквадратичным - это правильнее отражает его сущность.
Жуть... интегралы... а я - сантехник...
Прорвемся, переведем эту формуру на язык сантехника.
Эта формула прямо указывает как измерять напряжение.
Чтобы определить действующее напряжение сети переменного тока, нужно длительность каждого периода сетевого напряжения разбить на равные маленькие участки.
Во время каждого из них измерить мгновенное значение напряжение, возвести в квадрат и складывать между собой, а когда период закончится, разделить сумму на общее количество участков в периоде и извлечь корень.
Полученным значением можно пользоваться для дальнейших расчетов точно так, как используют напряжение в расчетах постоянного тока.
Предположение № 7.Ближе к делу, много предисловий.
План действий.Допустим, мы хотим установить на нагрузке стабильное напряжение 100 вольт, а в сети у нас обычное безобразие от 180 до 250.
Делим полуволну сетевого напряжения на 100 участков. Длительность полуволны 1/100 секунды, измерять напряжение надо в 100 раз чаще, значит частота выборок напряжения будет 10 килогерц. Наверное это не много для нашего контроллера.
Пора бежать на работу, потом продолжу.