Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Heizelement stufenlos regeln?


von Konrad M. (knobelhobel)


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Moin,

ich möchte eine Art "Grillplatte" nachbauen, dessen Temperatur ich 
stufenlos einstellen will. Bisher habe ich eine gasbetriebene Variante, 
die das wunderbar macht (vor allem reagiert es schnell), jetzt soll es 
elektrisch gelöst werden. Die Geschwindigkeit ist dabei nicht 
entscheidend, der Fokus liegt eher auf der Temperaturgenauigkeit.

Ich habe testweise eine Heizspirale (Ersatzteil für Backofen) gekauft 
und einen simplen Spannungsregler. Leider hat das nicht den gewünschten 
Effekt: eine niedrigere Spannung lässt das Element genauso heizen, nur 
dauert es länger. Das ist natürlich so nicht brauchbar.

Jetzt ist meine Frage: ist das Heizelement zu blöd, weil es nur an und 
aus versteht oder ist die Steuerung durch Spannungsunterschiede der 
falsche Weg. Ihr erkennt schon: ich habe keine Ahnung. Hat jemand eine 
Idee für eine einfache und günstige Lösung?

Hier die Amz-Links zu den o.g. Teilen:
https://www.amazon.de/dp/B07Q8SX6N4
https://www.amazon.de/dp/B07JMVGFBV

von Jonas B. (jibi)


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Einfach eine fertige elektrische Grillplatte?

von Konrad M. (knobelhobel)


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Deren Arbeitsweise ist oft wie wie im Backofen oder bei Herdplatten: die 
kennen nur an/aus und erzielen so allenfalls ungefähre Zieltemperaturen. 
Das ist leider unbrauchbar.

von Udo S. (urschmitt)


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Konrad M. schrieb:
> Bisher habe ich eine gasbetriebene Variante,
> die das wunderbar macht
Konrad M. schrieb:
> Effekt: eine niedrigere Spannung lässt das Element genauso heizen, nur
> dauert es länger.

Nein, das funktioniert genauso wie eine gasbetriebene Platte, nur kann 
man elektrisch genauer stellen.

Egal wie du da gemessen hast, du hast falsch gemessen

von H. H. (hhinz)


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Konrad M. schrieb:
> der Fokus liegt eher auf der Temperaturgenauigkeit.

Dann wärs doch clever einen Temperaturregler zu verwenden.

von Udo S. (urschmitt)


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Konrad M. schrieb:
> die
> kennen nur an/aus und erzielen so allenfalls ungefähre Zieltemperaturen.

Auch dein bisherige Gasheizung erzielt nicht eine einstellbare 
Temperatur.
Wenn du eine bestimmte Temperatur erzielen oder halten willst, dann 
brauchst du in beiden Fällen eine Temperaturregelung.

von Konrad M. (knobelhobel)


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Ich seh schon: ich hatte ein Verständnisproblem, danke!

von Thomas M. (elo-ocho)


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Naja, grundsätzlich tun beide das gleiche.

Eine gewisse "Menge" wird hinzugefügt, Gas oder Strom ist ja egal.
Eine gewisse "Menge" Energie wird abgeführt, in die Luft, ins Schnitzel, 
in einen Topf Wasser, völlig egal.

Beim Gas warst Du die "Regelung", Du hast den Hahn oder weniger weit 
aufgedreht, die Flamme brennt ja nicht heißer, nur weil mehr Gas kommt, 
sondern einfach nur "mehr", daher ist der Topf auch schneller heiß.

Das ist bei der el. Platte genauso, wenn Du weniger Spannung drauf 
gibst, dann braucht die Platte länger zum heiß werden, bzw. wenn da ein 
Topf Wasser drauf steht, in den die Wärme abgeführt wird, dann dauert 
das Erhitzen eben länger.

Wenn Du das tatsächlich regeln willst, dann wäre der einfachste Weg ein 
Zweipunktregler. Du nimmst die Temperatur am Heizelement auf, beim 
erreichen der Temperatur schaltet der Regler ab, wenn dann wieder eine 
bestimmte Temperatur erreicht wird, dann schaltet der Regler wieder zu.

Wenn Du diese Taktung jetzt sehr schnell machst, dann bleibt das von der 
(Prinzip-)Schaltung schon irgendwie gleich, die Komponenten ändern sich 
natürlich, bis hin zu einer sehr exakten Thyristorsteuerung, mit 
entsprechendem Regler, das ist dann aber schon eine ordentliche Nummer, 
technologisch und kostenseitig.

von Michael B. (laberkopp)


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Konrad M. schrieb:
> ist das Heizelement zu blöd, weil es nur an und aus versteht

Kauf halt einen Temperaturregler, es geht offenbar um 230V, also so was, 
da ist Sensor, Regler und ein (vermutlich überzogen leistungsfähiges) 
SSR dabei:

https://www.ebay.de/itm/385064160753

Man brauch schon einen PID-Regler (mit Autotune), wenn man eine 
Temperatur genau erreichen will.

von Sherlock 🕵🏽‍♂️ (rubbel-die-katz)


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Die gezeigte Phasenanschnitt-Steuerung ist für Leistungen dieser 
Größenordnung nicht erlaubt.

Du brauchst einen Temperatur-Regler, der das Heizelement in langsamen 
Intervallen an/aus schaltet, so wie man das von jedem normalen 
Tischgrill her kennt.

Da du die Temperatur besonders fein regeln willst  macht es Sinn, 
mehrere Heizelemente zu verwenden, um je nach Bedarf mehr oder weniger 
Heizleistung zu   aktivieren. Das wird aber deutlich teurer, weil die 
billigen Standard-Bauteile aus einfachen Küchengeräten dazu nicht 
geeignet sind.

: Bearbeitet durch User
von Stephan (stephan_h623)


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Die Gas-Grillplatte hatte entweder einen Temperaturregler oder hat 
genauso schlecht funktioniert wie die Stromvariante.

Die Leistung einzustellen liefert nur bei exakt gleichen 
Umgebungsbedingungen die gleiche Temperatur. Sprich gleiche Pfanne, etwa 
gleiche Position, Deckel geschlossen, gleiche Luftbewegung. Praktisch 
allenfalls in geschlossenen Räumen ohne Publikumsverkehr erreichbar.

Du brauchst einen Temperaturregler, der kann sehr eng und genau oder 
eher lax wie bei Küchengeräten sein.
Oder du brauchst doch keinen, weil es mit der Gasplatte auch 
funktioniert hat, die vermutlich auch keinen Regler hatte und du dich 
einfach nur falsch erinnerst.

von Mani W. (e-doc)


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von Carypt C. (carypt)


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Die Empfehlung von Michael B ist gut und nett. Du brauchst also eine 
Grillplatte, die Du anbohren (oder ähnliches) kannst um den 
Temperatursensor daran zu befestigen. Die Grillplatte wird dann vom 
PID-Regler gesteuert hoffentlich im Schwingungs-Nullpunkt von dem Solid 
State Relais (SSR) geschaltet. Es gibt die PID-Regler auch mit 
Heizfahrplänen also zeitgesteuert.

Wenn es eine Kochplatte wäre, würde ich zu einer Laborheizplatte raten, 
weil eben schon fertig.

Was das Kochen betrifft, fährt man die Wunschtemperatur im Gargut aber 
erstmal mit voller Pulle an, und drosselt erst danach. Also Wasser 
aufkochen mit 105°C Herdplatte dauert ziemlich lange.

Beitrag #7791544 wurde vom Autor gelöscht.
von Joachim B. (jar)


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Konrad M. schrieb:
> Ich habe testweise eine Heizspirale (Ersatzteil für Backofen) gekauft
> und einen simplen Spannungsregler.

also ich hatte schon in meiner Diplomarbeit einen 2-Punktregler 
(on/off)realisiert, +-5K bis 1200°C sollte auch für deinen Grill 
reichen.
Damals mit Thyrotakte heute dürfte

https://elektroprofishop.de/Steuerrelais-1S-16A-1TE-elektronisch-12-230V-2000W--item-EPS_3510940

geeignet sein

Carypt C. schrieb:
> Die Grillplatte wird dann vom
> PID-Regler

wird überbewertet

Wenn die Leistung 2000W nicht reicht muß man halt weitersuchen!

von Otto K. (opto_pussy)


Angehängte Dateien:

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Man kann doch auch ohne Thyristor und ohne SSR einfach die klassische 
Variante mit Relais nehmen. Aber eben nicht als Zweipunktregler sondern 
als kontinuierlichen Regler mit Operationsverstärker.

Ich habe dazu mal einen richtigen Schaltplan erarbeitet. Wie groß die 
Widerstände sein müssen, das können die erfahrenen Leut besser 
ausrechnen als ich.

von Werner H. (werner45)


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Es fehlt noch die Hysterese, sonst klappert das Relais bei der 
Solltemperatur dauernd. Zum Schmitt-Trigger umändern. Ist dann ein 
Zweipunktregler.

von Rainer W. (rawi)


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Carypt C. schrieb:
> Du brauchst also eine Grillplatte, die Du anbohren (oder ähnliches) kannst
> um den Temperatursensor daran zu befestigen.

Ein auf die Grillplatte gerichtetes IR-Thermometer ist eine Alternative.

Otto K. schrieb:
> Aber eben nicht als Zweipunktregler sondern
> als kontinuierlichen Regler mit Operationsverstärker.

Für einen kontinuierlichen Regler bräuchtest du ein kontinuierliches 
Relais. Das wurde noch nicht erfunden.

Carypt C. schrieb:
> Was das Kochen betrifft, fährt man die Wunschtemperatur im Gargut aber
> erstmal mit voller Pulle an, und drosselt erst danach.

Das fällt dann unter Regler mit endlicher Einstellzeit, wenn man die 
Regelstrecke kennt und der Regler richtig parametriert ist.

von Sherlock 🕵🏽‍♂️ (rubbel-die-katz)


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Otto K. schrieb:
> als kontinuierlichen Regler mit Operationsverstärker.
> Ich habe dazu mal einen richtigen Schaltplan erarbeitet.

Das wird so nicht funktionieren. Einen Grund hat Werner gerade genannt.

Außerdem wird dein Ansatz schwingen. Denn das Heizelement wird immer ein 
bisschen zu viel heizen und ein bisschen zu viel abkühlen. Oder anders 
gesagt: Der Regelkreis hat eine Verstärkung > 1.

Der Regler muss träger gemacht werden. Und damit endest du bei genau dem 
Konstrukt, das handelsübliche Geräte bereits haben.

von Rainer W. (rawi)


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Werner H. schrieb:
> Es fehlt noch die Hysterese, sonst klappert das Relais bei der
> Solltemperatur dauernd.

Du unterschätzt die Regelstrecke. Warum sollte die Temperatur am Sensor 
sofort wieder steigen, wenn die Heizung anspringt?
Das dauert, bis der Sensor das mitbekommt.

von Sherlock 🕵🏽‍♂️ (rubbel-die-katz)


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Rainer W. schrieb:
> Warum sollte die Temperatur am Sensor
> sofort wieder steigen, wenn die Heizung anspringt?

Es geht darum, dass die Schaltung auf Radiowellen und kapazitiv 
eingekoppelte Netzfrequenz reagiert.

> Das dauert, bis der Sensor das mitbekommt.

Probiere es aus! Ich hatte das als Teenager unfreiwillig mit einer 
elektrischen Heizung lernen müssen. Da dachte ich auch, ich könnte die 
Genauigkeit einfach mit Elektronik (einem feinfühligeren Sensor + 
Komparator) verbessern.

: Bearbeitet durch User
von Otto K. (opto_pussy)


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Werner H. schrieb:
> Es fehlt noch die Hysterese, sonst klappert das Relais bei der
> Solltemperatur dauernd. Zum Schmitt-Trigger umändern. Ist dann ein
> Zweipunktregler.

Guter Punkt! Parallel zum Poti könnte man noch einen 10uF Elko schalten, 
damit das Relais bei einem verstaubten Poti nicht mehr klappert.

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