PWM-Signal

Drei Anmerkungen:

1.) Dein M150 verlangt, wenn ich das Datenblatt richtig verstehe, eine PWM am Eingang.
Wenn du an den Arduino-Ausgang einen Tiefpass anschliesst, dann hast du keine PWM mehr.

2.) Zweitens: Integrieren / Mittelwerbildung.
PWM bedeutet etwas schnell Ein und Aus zu schalten. Um bei deinem LED-Beispiel zu bleiben:
Die LED dauernd ein: Hell
Die LED 50% EIN, 50% AUS: mittelhell (oder blinkend, je nach Frequenz)
Die LED 10% EIN, 90% AUS: recht dunkel.

Das kannst du sehr schön mit dem Arduino Einstiegsprogramm "Blink" ausprobieren, in dem du die Zeiten entsprechend kürzer machst.
DAs Geheimnis ist die Frequenz, also wie oft pro sekunde geschalten wird. ab ca. 20-30Hz kann dein Auge die einzelnen Lichtblitze nicht mehr unterscheiden, dein Auge INTEGRIERT die einzelnen kurzen Lichtblitze zu einer mittleren Helligkeit.

Dieses physikalische Integrieren passiert, wenn das System (hier das Auge) langsamer ist als die PWM-Frequenz (Schalthäufigkeit)

Das bringt mich zu

3.) Deine Heizung
Eine Heizung ist per se ein Integrator!
Nichts integriert besser als eine Heizung! Warum? Weil eine Heizung etwas sehr langsames ist.
Die meisten Heizungsregler für elektrische Heizungen sind klassische 2-Punkt regler: Einschalten bei T1, ausschalten bei T2.
Wenn du es genauer haben willst, dann kannst du im Arduino auch einen PID-Regler programmieren, aber die Schaltfrequenz für eine Heizung kann meist im Minutenbereich liegen. Du mußt also nicht den Strom regeln (vergiss den m028) sondern einfach nur schalten (nimm ein Relais!)

Aber generell muß ich Mario recht geben: Wer keine Ahnung von Strom hat, der sollte von tödlichen Spannungen die Finger lassen!

Gunther

Hallo,
Wie ein PWM signal fuktioniert verstehe ich.
Ich habe einen Elektriker Kolegen, deswegen keine Sorgen. Ich muss es nur mit dem arduino zum funktionieren bringen.
Ich habe einen Kühlkörper angeschloßen und ohne den M150 funktioniert auch alles wunderbar mit dem poti.(klappt alles seit 1 Jahr)
Nun möchte ich das halt nur automatisieren mit dem arduino. D.h ich möchte einen sketch schreiben der bewirkt:

  1. die heizung mit 100V versorgen
  2. nach ner stunde( oder minute) mit 200V
  3. nach ner weiteren stunde ( oder minute) mit 220V versorgen

doch jetzt ist mein problem wenn ich das maximale PWM signal, also 255, gebe denn müsste doch die heizung mit 220V versorgt werden.
denn 255 entspricht ja eingentlich 5V und 5V sind dorch den Kemo 220 bei der Heizung. Richtig?

Nun bekommt die Heizung aber nur maximal 180V da das PWM signal keinen Mittelwert von 5V sondern einen von ca. 4,3V hat.
Laut Datasheet können bei 5V nur 90% der Leistung erreicht werden,sowie ich verstanden habe(s. Tabelle).90% von 220V sind 198V aber doch nicht 180V . Richtig?

Wie kriege ich es nun hin die Heizung proportional zum PWM signal zu steuern also
255 = 5V=220V
51=1V= 44V
usw. ....

Mfg

strohhirn

strohhirn:
doch jetzt ist mein problem wenn ich das maximale PWM signal, also 255, gebe denn müsste doch die heizung mit 220V versorgt werden.
denn 255 entspricht ja eingentlich 5V und 5V sind dorch den Kemo 220 bei der Heizung. Richtig?

Dauerhafte 5V am Steuereingang bedeuten 100% Leistung, soweit kann ich dir noch folgen.

Nun bekommt die Heizung aber nur maximal 180V da das PWM signal keinen Mittelwert von 5V sondern einen von ca. 4,3V hat.
Laut Datasheet können bei 5V nur 90% der Leistung erreicht werden,sowie ich verstanden habe(s. Tabelle).90% von 220V sind 198V aber doch nicht 180V . Richtig?

Nee, nicht richtig. Ab einer 90% Duty-Cycle der PWM wird etwa 100% Heizleistung erreicht, zumindest sollte es so sein. Deine ganze Rechnerei (und ich befürchte auch Messerei) mit geringeren Spannungen an der Leistungsseite ist hier fehl am Platze. Du regelst hier über einen Phasenanschnitt, das kannst du nicht einfach als linearen Spannungsverlauf sehen und messen.

Wie kriege ich es nun hin die Heizung proportional zum PWM signal zu steuern also
255 = 5V=220V
51=1V= 44V
usw. ....

So wie du es schreibst geht das erst mal nicht. Ab 10% Duty-Cycle gibt es erst Leistung, also etwa ab einem PWM-Wert von 25. Bei einem PWM-Wert von ca. 128 (50%) gibt es auch 50% Leistung, bei einem PWM-Wert von etwa 230 (90%) ist auch das Maximum an Leistung erreicht. Sieht über die 3 gegebenen Punkte erst mal linear aus.

[edit] Kurzer Nachtrag: Die abgegebene Heizleistung hängt nicht nur von der Spannung ab, auf die du dich hier immer beziehst. Dein Modul kann ja ohmsche Verbraucher ansteuern, dazu zählt deine Heizung in erster Näherung auch. Und da gilt auch, dass die Leistung proportional zu U² ist, eine tatsächliche Halbierung des effektivwertes der Spannung bewirkt nur noch ein Viertel Heizleistung.

So ich hab das jetzt mal mit den genannten werten ausprobiert.
Bei einem PWM-Signal von 128 habe ich eine Spannung von 130V an der Heizung und bei 230 eine Spannung von 186V.

Du regelst hier über einen Phasenanschnitt, das kannst du nicht einfach als linearen Spannungsverlauf sehen und messen.

Diesen satz habe ich nicht verstanden, was meinst du mit Phasenanschnitte?

Und da gilt auch, dass die Leistung proportional zu U² ist, eine tatsächliche Halbierung des effektivwertes der Spannung bewirkt nur noch ein Viertel Heizleistung.

Was ist U^2 ? Und was ist der Effektivwert?

Und wie schaffe ich es den jetzt wenigstens annähernd ( über200V) an die 220 V zu kommen?

Hallo,

google einfach mal nach 'Phasenanschnittsteuerung'.
So ziemlich als erster Eintrag kommt ein WIKIPEDIA-Artikel, in dem das seh anschaulich mit Skizzen erklärt ist.

Zu Deinen restliche Fragen:

U² ist ganz einfach das Quadrat der Spannung (U = Formelzeichen für Spannung)

Zum Effektivwert:
Da wir es in den Lichtnetzten mit Wechselspannungen zu tun haben, wird hier üblicherweise mit dem Effektivwert gerechnet.
Das sind z.B. die 230V der Netzspannung.

Würdest Du Dir die Netzspannung auf einem Oszilloskop ansehen, so könntest Du sehen, dass bei den genannten 230V Effektivspannung der Scheitelwert 230V * 1,41 = 324V ist.
Der Scheitelwert ist der Abstand von der Nulllinie des Sinussignals bis zur Spitze der Sinuskurve.
Die Effektivspannung kann man sich nun so vorstellen, dass der Effektivwert die von der Sinuswelle bedeckte Fläche wäre, wenn Du das ganze auf ein Blatt Papier skizzieren würdest.
(So hat uns das unser Dozent in Leistungselektronik erklärt)
Im übrigen haben gerade mit der Effektivwertbildung inbesondere die preiswerteren unter den Multimetern Probleme, hier sind Messfehler von mehreren % keine Seltenheit!
Gutgemeinter Rat: Befasse Dich erstmal mit Elektronikgrundlagen, ruhig nebenher zur Ergänzung der Programmierarbeit am Arduino.
Zumindest sollte Dir das Ohm'sche Gesetz sowie der Leistungssatz (P = U*I) in 'Fleisch und Blut' übergehen, wenn du mit elektrischen Dingen basteln willst!
Das Ohm'sche Gesetz benötigts Du schon um einen Vorwiderstand für eine LED berechnen zu können!
Einfach mal 'Tante Google' befragen.

Nun noch zu Deinem Problem mit den KEMO-Modulen:
Im Datenblatt des Ansteuermoduls ist mir aufgefallen, dass dort ein Hinweis steht, dass die PWM-Frequenz 1..10 KHz betragen soll.
Möglicherweise ist das des Rätsels Lösung.
Ich weiß nur nicht auswendig, welcher PWM-Ausgang mit welcher Frequenz bedient wird, aber das sollte in den Sezifikationen Deines Boards zu finden sein.

Grüße

Martin

Zum Effektivwert:
Der Effektivwert ist der quadratische Mittelwert der Wechselspannung.
Oder einfacher gesagt: Eine Gleichspannung die die gleiche Wärmeleistung erzeugt wie die Wechselspannung ist deren Effektivwert.

Der Arduino hat standartmäßig eine PWM-Frequenz von ca 490Hz.

Grüße Uwe

Die einfachen Gesetze ,wie das Ohmsche, behersche ich einigermaßen.

Ich habe ein Arduino Mega 2560. Ich hab online gelesen das alle PWM pins eine frequenze von 490 Hz haben ,außer pin 4 und 13 die haben eine frequenz von 980 Hz( also fast 1KHz)
Nun habe ich es am pin 13 versucht und es hat nichts bewirkt. Ich komme einfach nicht über 180 V.

Muss ich die Frequenz des PWM signals erhöhen? Wenn ja, wie geht das?

Was ich auch nicht verstehe ist warum bei PWM signal 255 kein Mittelwert von 5V erreicht wird bei mir, sondern 4,3V . Laut der abbildung im link sind doch bei 255 permanent 5V gegeben.

strohhirn:
Was ich auch nicht verstehe ist warum bei PWM signal 255 kein Mittelwert von 5V erreicht wird bei mir, sondern 4,3V . Laut der abbildung im link sind doch bei 255 permanent 5V gegeben.
http://arduino.cc/en/Tutorial/PWM

Miß mal die 5V des Arduino.
Grüße Uwe

Hallo Strohhirn,

Was ich auch nicht verstehe ist warum bei PWM signal 255 kein Mittelwert von 5V erreicht wird bei mir, sondern 4,3V . Laut der abbildung im link sind doch bei 255 permanent 5V gegeben.

Ergänzend zu den Anmerkungen von Uwe:
Versorge mal probehalber den ARDUINO über ein Steckernetzteil, evtl. kommst Du dann schon näher an die 5V.
Bei meinen Boards habe ich auch 'nur' 4,8V zur Verfügung, allerdings weiß ich nicht, wie genau mein Multimeter ist.

Du solltest auch mögliche Messfehler Deines Messgerätes in Betracht ziehen.
Die niedrigen Spannungsbereiche kannst Du mit einer Silberoxidzelle (Knopfzellen z.B. SR44) überprüfen.
Dieser Typ von Batterie hält sehr stabil 1,55V und wurde deshalb auch früher in Belichtungsmessern von Kameras benutzt.
Alkalische oder Lithiumzellen gehen nicht, die haben nicht die erforderliche Spannungskonstanz!

Evtl. hat ja auch Dein Elektrikerkollege eine hochgenaue Spannungsquelle für solche Zwecke zur Verfügung oder kann eine Vergleichsmessung mit einem kalibrierten Messgerät machen.

Sollte das alles auch nicht zum Ziel führen, wäre wirklich zu überlegen, ob Du die KEMO-Module nicht evtl. zurückgeben kannst und dann, wie weiter oben angesprochen, eine einfache Zweipunktreglung (mit einstellbarem Sollwert und ggf. einstellbarer Hysterese) machst.
Das ganze kannst Du ja dann später noch erweitern, mit Schaltuhrbetrieb, Nachtabsenkung usw..

Grüße

Martin

Miß mal die 5V des Arduino.

Hab ich gemacht sind nur 4,7V , aber trotzdem ist das je mehr 4,3V.

Du solltest auch mögliche Messfehler Deines Messgerätes in Betracht ziehen.

Ich habs versucht. Da ich aber keine ahnung hab in welchem Gerät(außer dem bellichtungsmesser) ich so eine Silberoxidzelle finde habe ich aus einer kleinen mini Taschen LED eine 3V Knopfzelle rausgeholt(Henli Max, CR 1220, 3V, CZYF). Dort habe ich 2,91-2,92V gemessen.

Hab ein 8,5V(gemessen 10,7V) Netzteil angeschlossen. Und es hat die Spannung bei 255 nicht geändert.
Wieso ist die Spannund bei 5V (gemessen 4,7V) mehr als beim PWM signal 255, also 4,3V?

Kann ich nicht irgend wie die Spannung erhöhen?
Jetzt mal ne ganz dumme Frage, kann man mit einem Transistor den Mittelwert um 0,2-0,7V erhöhen?

strohhirn:
wenn ich das PWM signal 255 gebe und denn den Strom bei der heizung messe steht da nur 180V statt 220V.

Laut Datenblatt sollst Du aber gar nicht 100% PWM auf den Eingang geben, um 100% Leistung zu erreichen.
Im Datenblatt lese ich:

Impulsbreite 10...90 % PWM. Mit der Impulsbreite 10...90 % wird die Leistung eingestellt
10 % TTL PWM ==> Leistung: „0“
50 % TTL PWM ==> Leistung: ca. 50 %
90 % TTL PWM ==> Leistung: ca. 100 %

Hast Du denn auch mal 90% PWM ausprobiert, also den Wert 0,9*255 = 229 oder 230 für die PWM?

Hast Du an Deinem Arduino auch einen der schnelleren Fast-PWM Pins verwendet? Meines Erachtens arbeiten die nicht alle mit der vom Modul geforderten Mindestfrequenz von 1 kHz, sondern etliche Arduino PWM-Pins sind nur halb so schnell bei ca. 0,5 kHz.

Ich habe ein Arduino Mega 2560. Ich hab online gelesen das alle PWM pins eine frequenze von 490 Hz haben ,außer pin 4 und 13 die haben eine frequenz von 980 Hz( also fast 1KHz)
Nun habe ich es am pin 13 versucht und es hat nichts bewirkt. Ich komme einfach nicht über 180 V.

Und bei 230 messe ich auch nur 180V.

strohhirn:
Und bei 230 messe ich auch nur 180V.

Den Hinweis "Die Kabel zwischen dem Ansteuermodul M150 und dem Leistungsreglermodul können max. 1 m lang sein." hast Du auch beachtet?

Und Du hast auch wirklich nur eine Heizung oder Glühlampe angeschlossen, rein ohmsche Last, und da ist garantiert keine eigene Regelelektronik drin, weder zum Dimmen, Heizleistungsändern oder Sanfteinschalten, sondern nur eine Heizwendel?

Und wieviel Watt zieht die angeschlossene Heizung eigentlich aus dem Modul, während Du die 180V mißt, bzw. welche Nennleistung als Verbraucher hast Du angeschlossen, während Du misst?

Den Hinweis "Die Kabel zwischen dem Ansteuermodul M150 und dem Leistungsreglermodul können max. 1 m lang sein." hast Du auch beachtet?

Das Kabel ist bei mir auf jeden Fall keinen Meter lang.(ca. 20 cm)

Und Du hast auch wirklich nur eine Heizung oder Glühlampe angeschlossen, rein ohmsche Last, und da ist garantiert keine eigene Regelelektronik drin, weder zum Dimmen, Heizleistungsändern oder Sanfteinschalten, sondern nur eine Heizwendel?

Ich habe zum Testen eine Glühlampe angeschlossen. Da ist keine weitere Regelelektronik auser dem M150 angeschloßen. Alles ist ohne zwischenteile ,wie Wiederstände, Kondensatoren ..., mit einander verbunden, wie im Datasheet dezeigt.

Und wieviel Watt zieht die angeschlossene Heizung eigentlich aus dem Modul, während Du die 180V mißt, bzw. welche Nennleistung als Verbraucher hast Du angeschlossen, während Du misst?

Die Heizung(3 kW) hat einen Wiederstand von 16 Ohm , somit beträgt die Leistung der Heizung ,bei 180V, 2025W . (Errechnet)

strohhirn:
Die Heizung(3 kW) hat einen Wiederstand von 16 Ohm , somit beträgt die Leistung der Heizung ,bei 180V, 2025W . (Errechnet)

Unabhängig von der gemessenen maximalen Spannung:
Das M28 Modul ist max für 12A spezifiziert. Bei 230V sind das 2600 VA oder bei ohmschen Verbrauchern 2600W. Eine 3KW-Heizung ist zuviel für das Modul.
Grüße Uwe

Ja aber ich hab dieses Modul doch schon 1 Jahr mit einem Poti im betrieb und da funktioniert alles wunderbar.
Ich möcht doch nur diesen poti durch diesen M150 ersetzen.

Noch mal die Frage: Würde es was bringen nen kleinen Transistor anzubringen, der den Mittelwert um 0,2- 0,7V erhöht?

strohhirn:
Ja aber ich hab dieses Modul doch schon 1 Jahr mit einem Poti im betrieb und da funktioniert alles wunderbar.
Ich möcht doch nur diesen poti durch diesen M150 ersetzen.

Wenn das Gerät durch die bisherige Überlastung mal nicht schon einen Schaden weg hat, und genau deshalb nicht mehr auf maximale Leistung kommt, weil schon die teilweise innerliche Zerstörung bzw. vorzeitige Alterung der Halbleiterelemente durch Überhitzung/Überlastung stattgefunden hat.

strohhirn:
Ja aber ich hab dieses Modul doch schon 1 Jahr mit einem Poti im betrieb und da funktioniert alles wunderbar.
Ich möcht doch nur diesen poti durch diesen M150 ersetzen.

Noch mal die Frage: Würde es was bringen nen kleinen Transistor anzubringen, der den Mittelwert um 0,2- 0,7V erhöht?

Bei einem PWM Signal ist nicht die Spannung maßgebend. Das PWM Signal wird ja als solches erkannt und Du kannst das Modul in gewissen Grenzen regeln.

Laut dem bisher gesagten ist die Ansteuerung schuld.

Has Du die Spannung an der Heizung mit der Poti-Regelung gemessen? Erreichst Du da 230V?

Grüße Uwe

Ich habe im Netz wo die Heizung steht 240V da das in einem Betriebsgebiet liegt. Wenn ich dort den Poti voll aufdrehe bekomme ich 215 V an der Heizung.

Das sind zwar 25V weniger, reicht aber vollkommen aus.

Deswegen möchte ich zuhause wenigstens über 200V kommen.

Zuhause probiere ich das alles mit einer Glühbirne und anderen brandneuem Kemo Modulen, d.h. da kann nichts kaput sein.

Mißt Du mit dem gleichen Meßgerät?
Grüße Uwe