¿Cómo estrangular el consumo de energía de una bobina de calefacción?

El argumento:

Si su elemento calefactor está clasificado para disipar 2300 vatios con 230 voltios a través de él, entonces cuando esté disipando 2300 vatios, la corriente a través de él será:

I = P/E = 2300W/230V = 10 amperios,

y su resistencia será:

R = E/I = 230V/10A = 23 ohmios.

Entonces, para que el elemento disipe 1400 vatios, el voltaje a través de él debe reducirse a:

E = raíz cuadrada (PR) = raíz cuadrada (1400W * 23R) ~ 180 voltios,

y la corriente a través de él disminuyó a:

I = P/E = 1400W/180V ~ 7,8 amperios

Dado que el voltaje de la red es invariable a 230 voltios, para limitar la corriente a través del elemento calefactor a 7,8 amperios, se debe introducir un elemento atenuador en serie en el circuito que reducirá los 230 voltios de la red a los 180 voltios requeridos por el calentador

Eso es 50 voltios y debe pasar la corriente del calentador de 7,8 amperios, por lo que su resistencia será:

R = E/I = 50 V/7,8 A = 6,4 ohmios.

Por tanto, la resistencia total de la cadena en serie será de 29,4 ohmios, la suma de las dos resistencias.

Si usamos un capacitor para bajar sin pérdidas el voltaje al calentador, entonces podemos definir la resistencia de la cadena como una impedancia,

Z² = R² + Xc², donde:

Z es la impedancia de la cadena, R es la resistencia del calentador y Xc es la reactancia del capacitor en serie, todo en ohmios.

Reordenando para resolver Xc obtenemos:

Xc = raíz cuadrada (Z² - R²) = raíz cuadrada (864,4R - 529R) = 18,3 ohmios

y, finalmente, para obtener la capacitancia,

C = 1/(2pi f Xc) = 1/(6,28 * 50 Hz * 18,3R )= 174 microfaradios .

Cornell-Dubilier fabrica una buena línea de gorras que parecen perfectas para esta aplicación.

Caro, sin duda, pero probablemente menos, y ciertamente más liviano y pequeño, que un inductor o un transformador capaz de hacer el mismo trabajo.

La prueba de LTspice:

Version 4
SHEET 1 1460 680
WIRE 256 64 96 64
WIRE 256 96 256 64
WIRE 96 160 96 64
WIRE 256 192 256 160
WIRE 96 320 96 240
WIRE 256 320 256 272
WIRE 256 320 96 320
WIRE 96 368 96 320
FLAG 96 368 0
SYMBOL voltage 96 144 R0
WINDOW 3 24 96 Invisible 2
WINDOW 123 0 0 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
SYMATTR InstName V1
SYMATTR Value SINE(0 325 50)
SYMBOL cap 240 96 R0
SYMATTR InstName C1
SYMATTR Value 180µ
SYMBOL res 240 176 R0
SYMATTR InstName R1
SYMATTR Value 23
TEXT 104 344 Left 2 !.tran 1

Una resistencia en serie sería difícil de enfriar.

Esto es cierto, pero sigamos esta idea para ver a dónde nos lleva. El elemento calefactor es una resistencia y tenga en cuenta que se calienta sin dañarse. Esto nos dice que el tipo de resistencia que desea sería otro elemento de calefacción.

Ahora, parece que no está llegando a ninguna parte porque acaba de mover la energía de un elemento calefactor a otro. Pero la potencia disminuye si agregas resistencia. La resistencia total es mayor, por lo que la corriente a través de ambos se reduce. El voltaje (en ambos) sigue siendo el mismo, por lo que si quisiera calcular la potencia, usaría el mismo voltaje multiplicado por la nueva corriente. (O V^2/R).

Solo como un ejemplo sencillo, si tiene dos elementos calefactores iguales y los conecta en serie, consumirían la mitad de la energía (un cuarto para cada uno).

Nota: Esta es una respuesta tardía a una pregunta anterior, pero esta explicación puede ser útil para alguien con un problema similar que buscó y encontró su pregunta.

El siguiente esquema muestra una manera bastante simple de hacerlo, y aquí hay una simulación de LTspice que muestra el circuito en acción.

En palabras, U1 está conectado como un contador regresivo binario de 4 bits que utiliza la red eléctrica como fuente de reloj y está diseñado para contar regresivamente a cero desde 14 en un caso, y luego a cero desde 9 en el siguiente, el plan es para mantener la red eléctrica conectada al calentador durante 14 ciclos de alimentación, desconéctelo durante 9 y luego repita esa secuencia para siempre, haciendo que el calentador disipe 1400 vatios a largo plazo, en lugar de 2300.

Para hacer eso, U1 lleva a cabo (COUT) se usa para alternar U3, lo que establece las entradas de carga lateral de U1 en 1110 o 1001, que luego se carga en U1 por el alto en U1-PE, que ESTABLECE o REINICIA las entradas internas de U1. contar etapas. Eso hace que COUT suba, habilitando el contador y permitiéndole realizar una cuenta regresiva hasta llegar a cero, cuando U3 alternará y el ciclo comenzará de nuevo con el nuevo preajuste.

Durante el tiempo que el contador cuenta regresivamente de 14 a cero, U3 se usa para encender el controlador TRIAC de cruce por cero, U4, que a su vez enciende el TRIAC y conecta el calentador a la red eléctrica. Luego, cuando U1 llegue a cero, U3 alternará y el TRIAC se apagará durante 9 ciclos de red. Luego, cuando U1 cuente hasta cero, desde 9, U3 alternará nuevamente, comenzando el ciclo nuevamente al encender el TRIAC durante 14 ciclos de red.

Como necesito esta reducción de potencia solo por uno o dos meses (hasta que reparen mi inversor de 3000 watts y me lo envíen de nuevo), utilicé el método más económico, que era una gofrera eléctrica que ya tenía y que estaba rota en dos partes. – pero la calefacción sigue funcionando.

Así que utilicé esta plancha para gofres como resistencia, donde la plancha en sí es el disipador de calor para la bobina de calentamiento adjunta de la plancha para gofres. Hace bastante calor y huele a gofres (porque nunca limpié la gofrera rota) cuando se calienta el lavavajillas. Pero funciona, y no me costó nada, porque reutilicé los cables y los terminales de tornillo de la gofrera.

Puede usar un SSR para encender y apagar la carga. Al variar los ciclos de trabajo de encendido y apagado, tiene un PWM lento. A diferencia de las resistencias en serie, la energía no utilizada no se desperdicia, sino que simplemente no se utiliza.

Puede obtener un control preciso como se describe

Ángulo de disparo del TRIAC vs potencia entregada a la carga, ¿cómo calcular?

Si desea limitar la potencia, controle el voltaje o la corriente. Su enlace de atenuación está bien. ¿Cuánta corriente / potencia? Lo primero que pensé fue en un variador/autotransformador. (también en su enlace de atenuación).