[FBH/thermische Stellantriebe] (mal wieder) PWM-Zykluszeit kleiner als Öffnungszeit

[Gast1961]

ja bitte, macht das! Alle logischen Erklärungen scheinen euch ja nicht wirklich zu überzeugen.

Das mit dem Praxistest war ernst gemeint. Auch deshalb, weil keiner meiner Aktoren weniger als 1min Zykluszeit beherrscht, so daß man eben nicht den schönen idealen Grenzfall hat. Im realen Einsatz haben schwebende Ventile bei mir in zwei Anläufen nicht funktioniert, darum nun die ernst gemeinte Bitte um einen Test unter vergleichsweise idealen Bedingungen.

[uncletom]

Wenn die Zykluszeit zu lang ist, geht es natürlich nicht. Ich habe BJ-Aktoren von vor über 10 Jahren. Die können das.+
Ansonsten PWM Signal extern erzeugen lassen und Aktor nur 1Bit-Objekt "Auf/Zu".

[cobrito]

Ich dachte ja, ich hätte meinen Text verständlich geschrieben. Hab ich mich wohl getäuscht.

Zitat von cobrito Beitrag anzeigen
der Haken an deinem Vergleich ist, dass der Herd auf Vollgas wesentlich mehr Energie ins Wasser einbringt, als die Abkühlung durch die Zimmertemperatur liefert.



Das ist beim Stellantrieb nicht anders!

Eben doch, weil der Stössel nicht allein durch die Abkühlung zurück in die Ausgangslage geht, sondern von einer Feder dazu gezwungen wird. In deiner Analogie wäre das so, als würde die Herdplatte sofort mit der selben Leistung kühlen, sobald sie abgeschaltet wird.
Der Ventilstand wird halt nicht nur von der Wärme des Ausdehnungskörper beeinflusst, sondern auch von der Feder.

Zitat von cobrito Beitrag anzeigen
Nun wird ein thermischer Stellantrieb nicht maßgeblich von der Umgebungswärme abgekühlt



Nein? Von was denn dann? Ist ein kleiner Kühlschrank eingebaut? (sorry, ich werde sarkastisch)

Das ist nicht Sarkasmus, sondern Leseschwäche. Mein Satz ging nämlich noch weiter und bezog sich darauf, dass die Feder maßgeblich für die Rückstellung verantwortlich ist, nicht die Abkühlung durch die Umgebungswärme.

[cobrito]

Bei NO Antrieben wäre ich ja bei dir, aber bei NC?

Ob NO oder NC ist ja nur davon abhängig, in welche Richtung Feder und Ausdehnungskörper wirken. Bei NC drückt die Feder das Ventil zu, bei NO auf.

[cobrito]

Was mich in dem Zusammenhang noch interessieren würde ist, wie Antriebe mit Steuerspannung (0-10V) funktionieren. Wird das intern auch in PWM umgewandelt oder wirkt die Steuerspannung tatsächlich direkt auf den Ausdehnungskörper? Dann wäre das ja ein Stetigregler. Gibt's in dem Fall dafür sinnvolle Ansteuerungsmöglichkeiten in KNX? Also, gibt es Heizungsaktoren, die solche thermischen Stetigregler ansprechen können?

Beispiel: http://www.at.waerme.danfoss.com/PCM...amcent_adr.pdf

[rosebud]

Bei jeder Regelung versucht man, die Energie progressiv, also bedarfsgerecht zuzuführen. Beispiel: Das Gaspedal im Auto. Niemand gibt Vollgas, bis die gewünschte Geschwindigkeit erreicht ist, und stellt dann den Motor ab. Genauso ist es mit Regelventilen. Egal, ob ich sie mit 0..10V, in Dreipunkt oder thermisch ansteuere: Ziel ist immer eine Position zwischen voll auf und zu. Bei thermischen Antrieben nutzt man die thermische Trägheit des Heizelementes, indem man es mit Impulsen ansteuert, die wesentlich kürzer sind als die thermische Zeitkonstante. Ein anderes Beispiel: Frequenzumrichter. Hier steuert man die Schalttransistoren mit Frequenzen an, die wesentlich höher sind als die gewünschte Ausgangsfrequenz.

Ein stetigregelndes Ventil erfaßt die Stellung des Stößels mittels Potentiometer... und vergleicht sie mit dem 0..10V-Signal.

[Uwe!]

Warum so fanatisch?

bin ich gar nicht. Aber ich werde zugegeben genervt, wenn sachliche Argumente mit Fantasien vom Tisch gewischt werden. Da macht die >Diskussion einfach keinen Sinn. Meine wesentlichen Aussagen konntest Du nicht entkräften.

. Also mathematisch-physikalisch.

hab ich bereits.
Uncletom hats auch noch mal erklärt. Andere Worte, gleicher Inhalt.

Das mit dem Praxistest war ernst gemeint.

auch von mir!

Bei NO Antrieben wäre ich ja bei dir, aber bei NC?

macht für die Betrachtung doch keinen Unterschied?

wie Antriebe mit Steuerspannung (0-10V) funktionieren. Wird das intern auch in PWM umgewandelt oder wirkt die Steuerspannung tatsächlich direkt auf den Ausdehnungskörper?

direkt auf keinen Fall, vermutlich wird es intern in PWM gewandelt, weiß ich aber nicht.Hat jedenfalls extra Stromanschlüsse.

[Uwe!]

Eben doch, weil der Stössel nicht allein durch die Abkühlung zurück in die Ausgangslage geht, sondern von einer Feder dazu gezwungen wird.

das ist so nicht korrekt!
solange das Element warm ist (egal, ob grad bestromt oder nicht) kann die Feder es nicht zurück drücken. Die Feder stellt nur sicher, dass der Stössel nicht oben hängen bleibt.
Die Position wird einzig durch die Temperatur bestimmt. Eine bestimmte Temperatur erzeugt immer die gleiche Position. Die Position ändert sich nur, wenn sich die Temperatur ändert.
So lange ich das Ventil PWM-gepulst bestrome, wird es eine bestimmte Temperatur erreichen und halten. Damit hält es auch die Position (mal außer Acht gelassen, dass die Temperatur natürlich mit dem PWM-Zyklus schwankt.)

Erklär mir doch mal bitte einer, wie die Temperatur bei gleichmäßiger Bestromung langsam bis Raumtemperatur sinkt!

[Buggyfahrer]

Bei NO Antrieben wäre ich ja bei dir, aber bei NC?

Da ist es genauso, nur das der Stössel das Ventil nicht öffnet sondern schließt, also die Mechanik des Antriebes den in die andere Richtung bewegt..

[mmutz]

@mmutz: Geht es Dir um die Theorie, die Du im Detail verstehen möchtest, oder hast Du ein konkretes Problem, von dem Du wissen möchtest, ob eine bestimmte Lösung funktioniert??

Wie eingangs beschrieben, möchte ich verstehen, was rosebud dazu veranlasst, immer wieder und unermüdlich möglichst kurze PWM-Zyklen zu fordern. Also im ersten Umgang Theorie. Dass mich das für die Praxis meiner (noch im Aufbau befindlichen) FBH interessiert, ist natürlich auch nicht von der Hand zu weisen.

So lange ich das Ventil PWM-gepulst bestrome, wird es eine bestimmte Temperatur erreichen und halten. Damit hält es auch die Position (mal außer Acht gelassen, dass die Temperatur natürlich mit dem PWM-Zyklus schwankt.)

OK, so langsam nähern wir uns der Sache. Du vermutest, dass eine PWM-Frequenz, die groß genug ist, den Ausdehnungskörper bei einer bestimmten Temperatur hält und damit die Position fixiert. Das kann ich mir sogar vorstellen. Die Frage ist dann: Wie lang sind die Tot- und Verharrzeiten der Ventile? Und was hat es, qualitativ, mit denen auf sich?

Die Tot- und Verharrzeiten werden in allen Grafiken, die ich gefunden habe (es gibt viele mehr als gepostet, aber alles offenbar Kopien der Danfoss- oder der Möhlenhoff-Charts) als bewegungslos dargestellt. Wenn Du recht hättest, dann dürfte es keine echten Tot- und Verharrzeiten geben, da die Temperatur weder bei Anlegen noch beim Wegnehmen der Spannung konstant sein könnte. Nur im Mittel einer PWM-Speisung ergäbe sich ein quasi-stationärer Betrieb. Ok, und an den Endlagen. Wäre der Stellantrieb ein rein ohmscher Verbraucher, wäre auch noch zu erklären, wo die - zeitlich mit 100ms (230V) bzw. 2min (24V) recht lang anliegenden - Anlaufströme her rühren. Durch den kalten PTC? Kann der bei 230V in < 100ms seinen Widerstand um zwei Größenordnungen verändern?

Und dann die nächste Frage: Wenn das so stimmt, wieso macht es nicht jeder so? Es scheint ja nur Vorteile zu geben: Die Totzeiten, in denen Strom ohne Effekt fließt, sind minimiert, weil der PTC auf nahezu konstanter Temperatur gehalten wird, die Ventile werden viel weniger bewegt = mechanisch weniger beansprucht, die Ventile sind nur zu, wenn keine Heizanforderung vorliegt = kein Abwürgen von WP/Brennwertthermen, ... Wieso gibt es bei den Aktoren 1m...30m als Zykluszeit, und nicht 1..30s? Selbst der ES/S8.1.2.1 kann nur bis 10s hinunter parametriert werden. hjk jagerp Ist da eine ganze Industrie "blind"? Dem Triac wird es doch herzlich egal sein, wie oft er schalten muss...?

[cobrito]

das ist so nicht korrekt!
solange das Element warm ist (egal, ob grad bestromt oder nicht) kann die Feder es nicht zurück drücken. Die Feder stellt nur sicher, dass der Stössel nicht oben hängen bleibt.

Ah, das ist der Knackpunkt. Ich bin davon ausgegangen, dass die Rückstellkraft der Feder annähernd exakt der "Ausdehnungs-Kraft" bei "Strom an" entspricht, die Stellzeit also in beide Richtungen annähernd ident ist. Dann würde Marcs Drift-Theorie stimmen. Wenn dem nicht so ist und die Stellzeit in Richtung offen (bei NC) deutlich kürzer ist als der Weg zurück, dann gehe ich mit deinem Kochtopf-Beispiel d'accord (auch dort ist das Wasser wesentlich schneller auf 100 ° als wieder zurück auf Raumtemperatur).

[mmutz]

Wenn dem nicht so ist und die Stellzeit in Richtung offen (bei NC) deutlich kürzer ist als der Weg zurück

Möhlenhoff gibt sowohl für Öffnungs- wie Schließzeit ca. 3min an.

[Uwe!]

OK, so langsam nähern wir uns der Sache.

das ist schön! :-)

Du vermutest, dass eine PWM-Frequenz, die groß genug ist, den Ausdehnungskörper bei einer bestimmten Temperatur hält und damit die Position fixiert.

exakt! Wobei da 30 Sek. Zykluszeit vermutlich schon reichen, da das Teil mit 1-2W weder sehr schnell aufgeheizt wird, noch sehr schnell abkühlt.

Wie lang sind die Tot- und Verharrzeiten der Ventile?

spielt aus meiner Sicht keine Rolle!
Die Totzeiten werden ja immer nur angegeben, weil man von einem PWM-Signal im Bereich von vielen Minuten ausgeht. Wenn ich das Ventil 20 Min konstant bestrome, dann dauert es am Anfang eben eine gewisse Zeit (=Totzeit) bis sich überhaupt was tut. Das Dehnelement muss ja erst mal warm werden. Die meisten rechnen glaube ich sogar die Zeit bis zur vollständigen Öffnung als Totzeit.
Ist hier ja aber egal, da wir eine dauerhafte Bestromung haben.

Durch den kalten PTC?

ja. PTC=Kaltleiter. Leitet kalt sehr gut, also hoher Strom. Je wärmer um so > Widerstand und < Strom

Wenn das so stimmt, wieso macht es nicht jeder so?

Hauptproblem aus meiner Sicht:

10% PWM wird keinesfalls 10% Öffnung entsprechen und 80% PWM nicht 80% Öffnung. Es bedarf einer Mindestenergie, damit sich überhaupt was tut. Keine Ahnung, ob die eher bei 10% oder vielleicht gar bei 50% liegt. Von den 0-100% Regelbereich des PWM-Signals wären also nur 0+x% bis 100 nutzbar.
Und der Verlauf in diesem Bereich ist evtl. nicht linear.

Man müsste das PWM-Signal also Antriebs-spezifisch umrechnen, um die gewünschte Öffnung zu bekommen.
Bei Zykluszeit 30 Min kommt aber jedes Ventil damit klar. Daher macht man das auch so.

[mmutz]

10% PWM wird keinesfalls 10% Öffnung entsprechen und 80% PWM nicht 80% Öffnung [...] Man müsste das PWM-Signal also Antriebs-spezifisch umrechnen, um die gewünschte Öffnung zu bekommen.

Ist das wichtig? Wenn ja, kann ich verstehen, dass zu langen PWM-Zyklen geraten wird, nämlich um den Effekt der Öffnungs- und Schließzeiten zu minimieren, und einen angenährt-proportionalen Durchfluss im Vergleich zur Stellgröße zu erzeugen.

Andererseits ist der Durchfluss in Relation zur Öffnung aber bereits nicht linear, denn er hängt von der Stellung der anderen Heizkreisventile ab. Insofern muss jeder Regler auch ohne Hochfrequenz-PWM bereits Nichtlinearitäten ausbügeln, und die aktuelle VL-Temperatur kennt der Regler auch nicht. Ob da jetzt noch eine Bereichseinschränkung/Nichtlinearität im Bereich Stellwert/Öffnung dazukommt ist dann doch fast schon egal, oder?

[evolution]

Uwe! Gute Erklärung! Das entspricht vollumfänglich meiner Erfahrung und Auffassung.

die Ventile werden viel weniger bewegt = mechanisch weniger beansprucht

Wenn die Ventile in Bewegung sind, bilden sich keine Rastmarken und Ablagerungen. Der mechanische Verschleiß ist im Gegensatz dazu eher vernachlässigbar.