Verwarmingselementen: 230 V of 400 V

[hansHalberstadt]

nu is het een kwestie van handmatig aan en uit tijdens het brouwen. Ik heb al tijden de SSR's van brewpi (ongebruikt) in bezit en dacht zelf deze in eerste instantie aan te sturen met de Inkbird ITS 308 - wifi. Met name vanwege het feit dat ik de ketels extern kan aanzetten (mijn brouwlocatie bevind zich op 1,5km van mijn huis), in het kader van gemak dient te mens.

Wat is nu excact het grote voordeel in gebruik van een PID controller itt de inkbird thermostaat?

zelf heb ik een gasgestookte beslagketel met roerwrk. Die wordt qua temperatuur gewoon geregeld door een aan/uit regeling omdat ik een gasklep heb van een oude CV ketel die alleen maar aan en uit kan. Dat werkt prima en met een wat geavanceerdere regelaar die ook de helling van de temperatuurcurce bijhoudt (afgeleide) zou je tijdens de opwarmstap wat eerder af kunnen slaan zodat je de delay van het systeem kunt compenseren. feitelijk heb je het dan over een aan/uit regeling met proportioneel-differentierende actie (PD), maar blijft aan/uit. (maar wel de extra nadelen geeft)

Wat een echte PID regelaar doet is geen aan/uit regeling, maar lineaire regeling. dus dan heb je een regeloutput van de regelaar die een vermogen maakt evenredig met een control variabele over een proportionele band (=gebied van de control variabele waarbij het vermogen lineair van 0 naar max loopt) dat linearire gedrag maak je dan via pwm (puls breedte modulatie via een driehoek signaal laten snijden met je control variabele ) bv 1000 watt element kun je zo regelen tussen 0 en 1000 watt. de frequentie van die driehoek bepaalt dan het schakelritme waarmee je elementen aan en uit worden gezet, maar door de traagheid van je systeem lijkt het dan net of je contunue het vermogen kunt instellen tussen 0 en max.

Voordeel van zo'n linearire PID regelaar is dat je variaties van de temperatuur rond het setpoint kunt minimaliseren. denk bv een een CV ketel die aanslaat bij 18°C en uit gaat bij 19 °C dan heb je dus constant een variatie tussen 18 en 19°C plus wat daar nog bijkomt vanwege looptijd (geeft overshoot) bij een lineaire regelaar heb je dus een regeling naar een echt constante temperatuur, maar moet je wel veel vaker je element aan en uit zetten.

Voor de praktijk is aan/uit het simpelste. dus normaal gesproken kies je daaroor en alleen voor de complexere PID lineaire regelaar als je systeem het toe laat (denk aan aan uit schakelen wat meer slijtage oplevert) en het ook nut heeft.

gezien mijn ervaring met gas gestookt zou ik concluderen dan PID lineair geen nut heeft (geen voordeel boven aan/uit)     

[Martijn0172]

Dank voor je uitleg, het is mij nu meer duidelijk.

Ik heb nu met enige regelmaat last van een overkokende ketel, ik vang dit nu op door 1 van de fases uit te zetten, dus dan kook het met 2/3 vermogen, dan heb ik een mooi rollende kook. Ik kan me zo voorstellen dat door de overshoot met een inbird alsnog overkoking kan krijgen bij vol vermogen, ook al zou ik deze op een kleinst mogelijk verschil (0,3c) zetten. Dit zou wellicht met een PID-contoller minder kunnen zijn? Andere oplossing blijft natuurlijk om 1 van de fases uit te zetten, alleen zoms heb ik net iets te laat in de gaten dat het al kookt 

[hansHalberstadt]

Ik heb nu met enige regelmaat last van een overkokende ketel, ik vang dit nu op door 1 van de fases uit te zetten, dus dan kook het met 2/3 vermogen, dan heb ik een mooi rollende kook. Ik kan me zo voorstellen dat door de overshoot met een inbird alsnog overkoking kan krijgen bij vol vermogen, ook al zou ik deze op een kleinst mogelijk verschil (0,3c) zetten.

Het punt is denk ik dat je voor koken en maischen 2 verschillende dingen wilt doen
maischen: temperatuur regelen zoals je maisch stappen vragen
koken: temperatuur is een gegeven (100°C) en de intensititeit van het koken stel je in met het vermogen

dus wat jij doet met 2 of 3 fases is het vermogen instellen en dat is precies wat je moet doen in dat geval. temperatuur regelen heeft geen nut want de is immers al vastgelegd. zou je bv naar 99.8 regelen dat kookt het helemaal niet meer en naar 100.2 regelen lukt je sowieso niet want dan zou je een oneindig groot vermogen moeten toevoeren en wordt het pas 100.2 als al je water is verdampt en je een duikke suikerstroop hebt die dan boven de 100 graden kookt.

dus regelen van temperatuur heeft alleen zin bij het maischen. wat je evt zou kunnen regelen bij koken is de hoogte van je schuimlaag zodat het er nooit overheen kan komen. dan meet je dus geen temperatuur maar schuimhoogte en regel (of begrens) je je vermogen daarop.
   

[Wijbrouwers]

We zouden een heel verhaal kunnen typen maar ik denk dat Hans het heel mooi verwoord heeft.
Voor het maischen is een PID handig om de temperatuur te houden waar je hem hebben wil.
Voor koken hoeft dat niet. Wij doen voor koken ook een PID maar dat is meer omdat het kan.

Ik denk dat we bijna een conclusie hebben.

Het 10kw element van BrewPi. Een PID die alle drie de SSR tegelijk schakelt. Tussen de SSR en de elementen een schakelaar om eventueel een element uit te zetten (deze stap kan eventueel later ook nog).

Of iemand moet ons nog kunnen overtuigen dat een 400v element beter is :-).

[Wijbrouwers]

We zijn inmiddels twee maanden verder en we hadden de eerste materialen al gekocht en toen kwam er een complete brouwinstallatie voorbij. Nou dat is een stuk sneller dan zelf alles knutselen.

Nu is de vraag:
In de nieuwe installatie zit een 8500 W element in de kookketel en een 3500w element in de heetwaterketel.
Nu hebben wij ook nog een ander 8500 W element liggen en die wilden we in de heetwaterketel om zo wat sneller op temperatuur te komen.

Kan ik ieder element afzonderlijk op een 400 V 16 A aansluiting aansluiten of hebben ze ieder afzonderlijk een 32 A aansluiting nodig?
Rekensom is vaak 8500w/400v = 21,25A maar klopt dat wel? Aangezien het 3 aparte fasen zijn waar je op aansluit.

En voor wie 8500 W overkill vindt in een heetwaterketel, alles wordt automatisch aangestuurd dus de volledige 8500 zal die niet nodig hebben. En we gaan uiteraard eerst kijken hoe snel de 3500 zijn werk doet.

[Edit: stond eerst kW vermeld maar moet natuurlijk W zijn.]

[hansHalberstadt]

In de nieuwe installatie zit een 8500 kW element in de kookketel en een 3500 kW element in de heetwaterketel.

Kan ik ieder element afzonderlijk op een 400 V 16 A aansluiting aansluiten of hebben ze ieder afzonderlijk een 32 A aansluiting nodig?

Dus je hebt 2 elementen die aangesloten op 400 V dat vermogen leveren?

[Wijbrouwers]

dus je hebt 2 elementen die aangrsloten op 400v dat vermogen leveren?

Ja, dus tweemaal een 8500 W (niet kW zoals eerder vermeld :-)) element. Er is een mogelijkheid om ze op een verdeelblok aan te sluiten. Dat zijn stekkers met 16 A per stuk. Maar we kunnen ook twee aparte wandcontactdozen plaatsen met 32 A per stuk. De vraag is of zo'n verdeelblok voldoende is.

[hansHalberstadt]

8500 Watt is al 21 A dus is 16 A niet eens genoeg voor 1 element. Je zult dus een groep moeten hebben die minimaal 25 A gezekerd is voor 1 element. Maar jij wilt nu 2 elementen aansluiten. Een 3500 Watt 400 V element is dan 8.75 A, dus 30 A samen op 1 groep, dus dan zou je 32 A zekering moeten hebben. Als je het verdeelt over 2 fasen dan krijg je het volgende:


29.9A peak (21.1ARMS) in 1e element en 12.3A peak(8.7ARMS) in 2e element
in de 3 fasedraden van het net loopt dan:
V1: 37,6 A peak = 26,6,ARMS
V2:29,7 A peak = 21,1 ARMS
V3:12,3 A peak = 8,7 ARMS
dus moet je alsnog een 32 A zekering hebben

[Wijbrouwers]

Nou duidelijk. Twee 400 V aansluitingen ieder apart voorzien van een 32 A zekering. Dan kunnen we twee elementen bedienen van 8500 W mits ze niet samen op een groep zitten.

[hansHalberstadt]

Nou duidelijk. Twee 400 V aansluitingen ieder apart voorzien van een 32 A zekering. Dan kunnen we twee elementen bedienen van 8500 W mits ze niet samen op een groep zitten.

Je had het over 8500 Watt + 3500 Watt.
2 x 8500 Watt vraagt bij 1 fase 42 A RMS en bij 2 fases is het 37 ARMS. Dus dat ga je niet halen, zelfs niet met 32 A zekering. En vergeet ook niet dat met al die zonnepanelen de netspanning bij zonnig weer op kan lopen naar 253 V per fase dus dan heb je nog 10% meer stroom. 

[hansHalberstadt]

Met 3 fasen 32A kun je maximaal 22 kW afnemen, mits je het vermogen ideaal over 3 fasen verdeelt.
Met 2 fasen 32A kun je maximaal 14,7 kW afnemen. Lijkt me trouwens voor 100 liter ruim voldoende. Ik heb een 100 liter ketel met 8 kW gasbrander en blijkt ruim voldoende.

[Wijbrouwers]

Wij hebben 3 fasen 32A. Dat is dus maximaal 22 kW, met twee elementen van 8500 W zou je ze dus beiden aan kunnen sluiten.
Ter verduidelijking: De installatie zoals die nu is is inderdaad een 3500 W element in de heetwaterketel en 8500 W in de kookketel. Wij hebben nog een extra 8500 W element liggen en willen de 3500 W vervangen daarmee. Dan hebben we twee keer 8500 W.

Het is trouwens een 200 liter installatie, dus die 8500 hebben we ook minimaal nodig.
Verder is alles gebaseerd op het gelijktijdig aanstaan van beide elementen. Het is altijd nog mogelijk om een killswitch in te bouwen waarbij het ene element uitgeschakeld wordt en de andere gebruikt kan worden.

En inderdaad, onze oude installatie heeft 10,5 kW branders en dat is genoeg. Maar sneller stijgen in temperatuur is altijd beter.

Zonnepanelen hebben we nog niet, dus dat is pas iets voor de toekomst. Als die er komen wordt dat in combi met een zonnestroomboiler.

[hansHalberstadt]

Wij hebben 3 fasen 32 A. Dat is dus maximaal 22 kW, met twee elementen van 8500 W zou je ze dus beiden aan kunnen sluiten.

Dat is je denkfout volgens mij. Wat ik probeerde aan te geven is dat je die 22 kW alleen kunt halen als je het ideaal verdeelt over de 3 fasen. Maar dat is niet wat je nu wilt doen want je hebt 2 elementen op 2 fasen. Wat je wilt kan alleen als je 3 elementen hebt van elk 7,3 kW max. en die aansluit op alle 3 de fasen.

[Wijbrouwers]

Dat is je denkfout volgens mij. Wat ik probeerde aan te geven is dat je die 22 kW alleen kunt halen als je het ideaal verdeelt over de 3 fasen. Maar dat is niet wat je nu wilt doen want je hebt 2 elementen op 2 fasen. Wat je wilt kan alleen als je 3 elementen hebt van elk 7,3 kW max. en die aansluit op alle 3 de fasen.

Maar dat is toch hoe de elementen gebouwd zijn? Het zijn beiden elementen van 8500 W maar elk element heeft drie aparte elementen in zich. Dus per fase een element. Zie ook hier.
Dus eigenlijk krijgt elke fase 8500/3= 2833 W voor zijn kiezen. Volgens mij moet het dan goed komen toch?

[hansHalberstadt]

Maar dat is toch hoe de elementen gebouwd zijn? Het zijn beiden elementen van 8500 W maar elk element heeft drie aparte elementen in zich. Dus per fase een element. Zie ook hier.
Dus eigenlijk krijgt elke fase 8500/3= 2833 W voor zijn kiezen. Volgens mij moet het dan goed komen toch?

Dat is een ander verhaal wat je me nu vertelt. Dan heb je in feite dus 3 gescheiden elementen per verwarmingselement en kun je ze netjes over 3 fasen verdelen, zodat de belasting optimaal verdeeld is en je het maximale vermogen kan trekken zonder dat een van de fasen de bottleneck wordt.

misschien goed om een typenummer te posten zodat helder is wat je nu feitelijk hebt.

[Wijbrouwers]

Het element uit de URL die ik plaatste, die hebben we. Dus 8500 W verdeelt over drie fasen.

Klopt het dan dat: 8500/400 = 21,25 A dat die nog eens verdeeld worden over drie fasen en dus 7,8 A per fase hebben?
Want dan hebben we aan een 16 A voldoende en een 32 A ruim voldoende.

Ik zal eens overleggen met degene waar we de installatie van gekocht hebben wat die voor aansluitingen had.

[hansHalberstadt]

Het element uit de URL die ik plaatste, die hebben we. Dus 8500 W verdeelt over drie fasen.

Klopt het dan dat: 8500/400 = 21,25 A dat die nog eens verdeeld worden over drie fasen en dus 7,8 A per fase hebben?
Want dan hebben we aan een 16 A voldoende en een 32 A ruim voldoende.

Het is een element met 6 aansluitingen dan toch? Aangesloten in driehoek heb je dan 400 V over elk element 8500/3 = 2830 Watt = 2830/400= 7,1 A per element van 56,3 Ohm. Per fase zie je dan 2 elementen met een faseverschuiving. De stroom in elke fasedraad is dan 2830/230 V = 12,3 A (wortel 3 x 7,1)

In ster aangesloten heb je 230 V over elk element en heb je dan 230/56.3 = 4,1 A en 4,1 * 230 = 940 Watt per element dus 2810 Watt voor het hele element. Je zou dus 2 van die elementen kunnen aansluiten, elk in driehoek met 24,6 A per fase of 1 in ster en 1 in driehoek met 12,3 + 4,1 = 16,4 A per fase of beide elementen in ster met 8,4 A per fase.
Eventueel kun je ook nog 2 elementen in serie op 400 V aansluiten met 400 V/  112,6 Ohm = 3,5 A per element en met  x 1400 Watt = 4200 Watt.
je hebt dus nogal wat mogelijkheden om een vermogen te kiezen.