Der dicke Transformator!
3. Mai, 2013 in: Elektronik, StudiumWährend meines Praxissemesters machte ich viel Wasser heiß, einmal kochte es sogar über!
Das Projekt behandelte die Nutzung von Thermoelektrischen Materialien, also jene Materialien, die eine direkte Beeinflussung von Strom durch Wärme und umgekehrt erlauben. Die physikalischen Grundlagen zu diesem Thema kann man sehr gut auf Wikipedia nachlesen, die zu Grunde liegende Effekte sind der Seebeck– und der Peltier-Effekt.
Kurzgesagt beschreibt der Seebeck Effekt das Phänomen, dass zwischen zwei verschiedenen Elektrischen Leitern an der Kontaktstelle eine elektrische Spannung entsteht, sobald dort eine Temperaturdifferenz anliegt. Etwas klarer wird das ganze durch die Abbildung links. A und B beschreiben einen elektrischen Leiter und T1/T2 sind zwei verschiedene Temperaturwerte.
Die entstehende Spannung hängt von der Temperaturdifferenz und den jeweilig verwendeten Materialien ab und bewegt sich jedoch im Bereich von einigen µV/K.
Die Umkehrung, der Peltier-Effekt, beschreibt das Entstehen einer Temperaturdifferenz durch einen Stromfluss durch die Kontaktstelle, man spricht auch von einem Wärmetransport von der einen Kontaktstelle zur anderen. Anwendung findet das ganze in den bestimmt schon bekannten Peltier-Elementen, die man übrigens in der Bucht sehr günstig aus China beziehen kann.
Nun zurück zu meinem Projekt bei welchem ich eine Art Warmwasserboiler mittels den genannten Peltier-Elementen realisierte. Die Module waren relativ empfindlich gegen Überspannung/Strom, daher wurde der die Spannung über einen Tiefsetzsteller geregelt, der durch einen dicken 42V Transformator und nachgeschaltetem Gleichrichter gespeist wurde. Anfangs war der Plan direkt die Netzspannung von 230V gleichzurichten und die entstehende >300V Gleichspannung für die Module herabzusetzen, doch man muss allerhand Vorkehrungen zwecks Berührungsschutz und Sicherheit einhalten und so wurde dieser Plan wieder verworfen.
Eine kleine (aber verdammt laute!) Modellbaupumpe simulierte den Wasserkreislauf, im „Wasserkessel“ waren 2 analoge Temperatursensoren verbaut und die thermoelektrischen Module waren über einen Großen Kühlkörper mit dem Wasserkreislauf verbunden.
Die Pumpe wurde über ein PWM Signal und einen Mosfet angesteuert, zwar war dies nicht nötig, aber so konnte die Lautstärke etwas reduziert werden 😉 Der Kühlkörper diente der Aufnahme der Umgebungswärme, welche durch die Peltierelemente in den Wasserkreislauf transportiert wurde. Geregelt wurde alles von einem kleinen dsPIC Mikrocontroller der nebenbei auch noch ein 4 mal 20 Zeichen Display ansteuerte und sich trotzdem fast nur ausruhte.
Um auf dein Einsteiger des Eintrags zurückzukommen, anfangs hatte ich bedingt durch einen Rundungsfehler im Programm einen Versatz bei der Temperaturmessung von ~5-10°C und als ich einmal das System auf 90° heraufregeln wollte kochte der Kessel einfach über. Aus den kleinen Bohrungen in denen die Temperatursensoren eingelassen sind schoß das Wasser nur so hervor und es entstand eine rießen Sauerei. Aber am Ende lief alles wie gewünscht und das ist es was zählt.
Entwickeln macht Spass.
