Sterowanie nagrzewnicami

1. Dlaczego warto stosować układy płynnej regulacji mocy grzewczej nagrzewnic elektrycznych w urządzeniach wentylacyjnych lub klimatyzacyjnych? 2. Jakie mogą powstać problemy w nagrzewnicach z płynną regulacją mocy i jak temu możemy zapobiec?

1. Dlaczego warto stosować układy płynnej regulacji mocy grzewczej nagrzewnic elektrycznych w urządzeniach wentylacyjnych lub klimatyzacyjnych?
Wyjście PWM (ang. Pulse Width Modulation) oznacza przetwornik analogowo-cyfrowy wytwarzający sygnał prostokątny o stałej częstotliwości w zakresie kilku lub kilkunastu kHz i wypełnieniu proporcjonalnym do sygnału zadającego.


Wykorzystanie powyższego przetwornika sterującego przekaźnikami półprzewodnikowymi pozwala na stworzenie układu płynnej regulacji mocy grzewczej nagrzewnicy elektrycznej, który należy do zdecydowanie bardziej ekonomicznych i nowoczesnych rozwiązań sterowania w porównaniu do układów regulacji stopniowej. Wynika to przede wszystkim z mniejszego przesterowania, czyli przegrzewania lub niedogrzewania obiektu obsługiwanego przez urządzenia. Zużycie energii dla ogrzewanych pomieszczeń budynku będzie w takim przypadku wprost proporcjonalne do mocy nagrzewnicy elektrycznej. Inaczej mówiąc wzrost temperatury rośnie (w przybliżeniu) parabolicznie do temperatury zadanej.
W przypadku zastosowania regulacji stopniowej bardzo duże znaczenie odgrywa stała czasowa ogrzewanego obiektu oraz moc elektryczna nagrzewnicy- zużycie energii będzie tym większe im większa moc nagrzewnicy przypada na poszczególne stopnie. Dodatkowo przy regulacji stopniowej zawsze pojawią się trudności z dokładnym określeniem parametrów sterowania- zdefiniowania histerezy dla załączenia i wyłączenia układu. Poprawienie takiego rozwiązania będzie zmuszało użytkowników do rozbudowy układu, czyli zwiększenia ilości stopni załączających nagrzewnicę, a co spowoduje znaczący wzrost ceny układu sterującego, przy niewielkiej poprawie komfortu parametrów powietrza (temperatury).
Jakie mogą powstać problemy z zastosowaniem płynnej regulacji i jak temu możemy temu zapobiec?


W obiektach zasilanych ze słabej sieci energetycznej mogą pojawić się zakłócenia spowodowane wahaniami napięcia. Zjawisko to pojawia się w wyniku cyklicznego załączania nagrzewnicy o dużej mocy w krótkim czasie. Przykładowo, sterowanie nagrzewnicą 72kW zasilanej napięciem 3x400V z wyjścia PWM o częstotliwości 1s i wypełnieniu 20% powoduje udar prądowy na poziomie 104A w czasie 200ms co 1s. Powyższe zjawisko możemy w prosty sposób wyeliminować poprzez zastosowanie układu załączającego w "zerze" (załączanie nagrzewnicy przy przejściu napięcia zasilającego przez "zero"), wydłużeniu częstotliwości sygnału PWM oraz podziału załączanej mocy nagrzewnicy z zachowaniem płynnej regulacji.
Co jeszcze uzyskamy dzięki zastosowaniu układu płynnej regulacji?
Łatwo zaadaptować regulację do dowolnego obiektu poprzez zmianę parametrów układu sterującego - co oznacza, że nie jest konieczna znajomość obiektu na etapie projektowania układu sterującego.
W przypadku zakupu na rynku nagrzewnicy elektrycznej o określonej mocy w dowolnym stopniu można programowo ograniczać jej maksymalną moc bez konieczności modyfikacji podłączeń elementów grzejnych.

Grzegorz Szlom
Specjalista D/S układów sterowania
Dział Techniczny VTS Clima
(wg "Polskiego Indstalator" nr 6/2002 "Instalacje w pytaniach i odpowiedziach"
www.polskiinstalator.pl)