VWO-natuurkunde: spanning over parallelle fans verlagen

[ZNProfi]

Goedemorgen,

Ik ben bezig met het boosteren van een Jaga convector in mijn keuken (nu CV-gevoed, straks warmtepomp dus effectiviteit moet geboosterd worden nu ik naar een lagere water-temperatuur ga).

Ik heb een VM137 thermostaatje die een blok van 6 fans schakelt. Het VM137 bordje wordt gevoed met 12V. Het relais van de VM137 schakelt op dit moment de 12V voeding van de fans.

Als ze op 12V lopen maken de fans net wat teveel geluid, en ik zou ze graag wat langzamer laten draaien. Nu kan ik een tweede voeding kopen (bv 8V), die door het relais laten schakelen naar de fans. Maar het lijkt mij dat ik het circuitje (12V-voeding - relais - fans) ook zo kan aanpassen dat de fans op een wat lager voltage draaien. Mijn simpele idee is: als ik serieel een weerstand zet in de parallel schakeling van mijn fans, zouden ze langzamer moeten draaien. Mijn vraag: is dat ene juiste gedachte, en welke weerstand heb ik dan nodig?

Ik heb 6 fans (Arctic F14 Silent), die volgens de fabrikant 7V-12V kunnen. Volgens specificaties trekt een fan 0.11A bij 12V, waarbij mijn (oude!) VWO kennis zegt dat de weerstand 110 Ohm is. Nu heb ik er 6 parallel geschakeld, dus volgens mij is de 'vervangingsweerstand' van mijn fans ongeveer 18 Ohm.

Kan ik een weerstand serieel tussen relais-uitgang en mijn fans zetten zodat mijn fans draaien op 8V? Welke weerstand heb ik dan nodig? Ik dacht: U=I*R, target U is 8V. Uitgaande van 0.11A is R dus 72 Ohm. 72 - 18 = 52 Ohm. Makes sense, of kan ik die 0.11A niet meer aannemen bij lager voltage?
En als ik dat doe maakt dat niets uit voor de voeding van mijn bordje dat gewoon op 12V draait, toch?

Excuus als dit een extreme basis-vraag is, maar voordat ik de boel verpruts check ik graag even bij de experts..

[remco_k]

Een uitgebreide startpost met duidelijke blijk van eigen inzet, verdient een fatsoenlijk antwoord.

Je zit in de goede richting, maar inderdaad, die 0,11A, die is straks veranderd en de manier waarop je je weerstand uitrekend klopt niet. Ik ga het hieronder uitleggen.

De weerstand van die fans veranderd niet.
Dus die blijven 110 Ohm per stuk, gezamelijk parallel 18 Ohm.

Bij een spanning van 12V doen die (I=U/R) 12/18=0,66A. Handig controle getal, komt overeen met 0,11A per stuk.

Je wilt die fans op 8V laten draaien. Dan gaan ze minder stroom trekken: 8/18=0,44A (0,07A per stuk)

Met dit getal kan je uitrekenen wat de voorschakel weerstand voor waarde moet hebben. De spanning op de weerstand is 4V (12-8V) met R=U/I reken je de weerstand uit: 4/0,44A=9 Ohm

Let op dat je een weerstand koopt die dat vermogen 0,44A of 1,76 Watt (P=U×I) aankan. Let op: wordt warm. Dus bij voorkeur ruim inkopen.

Je kan bovenstaande natuurlijk ook per fan uitrekenen en bij elke fan een weerstand zetten.

Echter, deze oplossing met weerstand(en) heeft een groot nadeel, het is niet regelbaar. Dus het kan alsnog te hard gaan, of te zacht of ze starten helemaal niet.

Ik heb 2 alternatieven voor je:

1. Zoek naar een voedingsadapter waarvan de uitgangsspanning instelbaar is met een schakelaar en schakel die spanning op je fans. Conrad heeft er zat.

2. Koop een 12V PWM regelaar of bouw er zelf eentje mbv Arduino ofzo.

PWM regelingen zijn in deze situatie by far de beste keuze, want traploos en als je het zelf maakt kan je er ook nog voor kiezen om te fan snelheid te varieren. (B.v. snel starten en na 1 minuut naar lager tempo)

[ Voor 9% gewijzigd door remco_k op 08-12-2022 12:41 ]

[memphis]

Niet alleen PWM is traploos regelbaar, een simpele LM317 voedingsprintje zal ook werken, deze worden ook aangeboden als fan-regeling.

[Maverick]

remco_k schreef op donderdag 8 december 2022 @ 12:35:

Echter, deze oplossing met weerstand(en) heeft een groot nadeel, het is niet regelbaar. Dus het kan alsnog te hard gaan, of te zacht of ze starten helemaal niet.

Ik heb 2 alternatieven voor je:

Een simpel potmetertje doet het natuurlijk ook prima in dit geval. Al is 9 Ohm wel wat weinig waarschijnlijk.

[jeroen3]

Je kunt idd zo'n LM317 bordje kopen. Bijvoorbeeld K1823. (zo'n simpel aliexpress LM2596 werkt natuurlijk ook)
Moet je wel even een stukje aluminium plaat of andere heatsink aan de lm317 vastmaken.

Eventueel kun je het ook volledig anders doen met een mechanische thermostaat en een voedingsadapter die je kan instellen op 5-6-9-12... etc. je kent ze wel. Nadeel hiervan is dat de hysteresis nogal groot is. Maar de "SpeedComfort" werkt op die manier. Met een 35c normally open thermostaat als ik het goed heb.

@Maverick een potmeter moet ook het vermogen aan kunnen, dat is vaak niet zo.

[ Voor 3% gewijzigd door jeroen3 op 08-12-2022 12:48 ]

[ZNProfi]

Kijk, dat schiet op. Hartelijk dank voor de reacties en suggesties. @remco_k Remco, ik waardeer je moeite ondanks mijn basic vraag. (En inderdaad, gut-feeling zei dat die 0.11A niet kon kloppen - je uitleg is helder.)

Maar inderdaad, ik wil dat eigenlijk gewoon regelbaar hebben; ik ga op zoek naar een LM2596 of een PWM regelaar. Als ik het goed begrijp voed ik dan mijn VM137 (die ik al heb) met huidige 12V voeding, en pak ik een aftak van de 12V die ik via de regelaar naar de fans stuur.

Het zou me zomaar kunnen gaan lukken.. nogmaals dank.

[memphis]

En als je de spanning met 4 volt wilt verlagen zou je ook een zenerdiode kunnen pakken of een aantal gewone diodes in serie (+/- 6 stuks)

[MdBruin]

remco_k schreef op donderdag 8 december 2022 @ 12:35:
[..]
Je zit in de goede richting, maar inderdaad, die 0,11A, die is straks veranderd en de manier waarop je je weerstand uitrekend klopt niet. Ik ga het hieronder uitleggen.

De weerstand van die fans veranderd niet.
Dus die blijven 110 Ohm per stuk, gezamelijk parallel 18 Ohm.

Bij een spanning van 12V doen die (I=U/R) 12/18=0,66A. Handig controle getal, komt overeen met 0,11A per stuk.

Je wilt die fans op 8V laten draaien. Dan gaan ze minder stroom trekken: 8/18=0,44A (0,07A per stuk)
[...]

Even alleen dit stukje eruit gepakt voor een correctie, voor de rest

Een spoel heeft inderdaad een dc weerstand maar ook een Z impedantie weerstand. Een spoel is namelijk inductief wat de weerstandswaarde bepaald, de dc weerstand (110 Ohm, welke berekend is op de max stroomsterkte) ga je niet veel te maken mee hebben.

Als pwm zou je een step-down buck convertor kunnen pakken, die is geschakeld en efficiënter zoals je al opmerkte

[remco_k]

@MdBruin Klopt. Ik wilde dat er maar even niet bijhalen omdat het misschien wat zou afleiden van de essentie. Maar verder:

[Ruut88]

Niet helemaal op de inhoud maar ik vind het zelf knutselen van booster fans een interesante gedachte. Hier ook over naar WP inmiddels en kom in sommige kamers ook net wat warmte tekort. Ben vooral even benieuwd hoe je alles netjes weg gaat werken? Ik zou zelfbouw ook wel zien zitten mits het op een nette manier bevestigd kan gaan worden aan mijn radiatoren.

[_ferry_]

Ruut88 schreef op donderdag 8 december 2022 @ 18:48:
Niet helemaal op de inhoud maar ik vind het zelf knutselen van booster fans een interesante gedachte. Hier ook over naar WP inmiddels en kom in sommige kamers ook net wat warmte tekort. Ben vooral even benieuwd hoe je alles netjes weg gaat werken? Ik zou zelfbouw ook wel zien zitten mits het op een nette manier bevestigd kan gaan worden aan mijn radiatoren.

Over het hoe en wat qua montage kun je vast nog inspiratie opdoen in LTV: Deel hier je Jaga DBE zelfbouw ervaringen

[ZNProfi]

Ja er is inderdaad een dedicated topic over het boosteren van Jaga's. Ik ben geen groot expert, maar even paar puntjes:

Als je een radiator hebt (zoals jij zegt, @Ruut88 ), doet een booster-fan relatief weinig volgens mij. Radiatoren geven een belangrijk deel van hun warmte af als straling (vandaar de naam radiator :-) en geforceerde convectie helpt dan volgens mij weinig. Of er moeten flinke warmte-wisseling oppervlaktes tussen meerdere platen zitten, dan is het een soort combi tussen radiator en convector.

Mijn verwarming op de BG is een combinatie van vloerverwarming en convectoren. Die convectoren zijn uitgerekend in wattage bij een bepaalde water-temperatuur. Uiteraard loopt wattage terug bij lagere temperatuur, maar belangrijker is dat het vrije-convectie effect waar die dingen op gebaseerd zijn verdwijnt bij lagere temperatuur; bij 45C water doen die dingen bijna niets meer. Geforceerde convectie met fans is dan een bewezen effectieve oplossing.

Mijn warmtepomp-installateur maakte een offerte voor de warmtepomp, inclusief het vervangen van mijn 6 Jaga convectoren (voor Jaga's met ingebouwde booster). Moest 6 x 1000EU kosten. Haha, heb ik maar niet gedaan, want dan probeer ik het liever zelf netjes op te lossen.

Ik heb een dunne plaat hout gepakt, gaten voor de fans ingezaagd, fans opgeschroefd, en die plaat onder mijn convector geschroefd. Zie je nu al bijna niet, maar er komt nog een L-profieltje voor om het helemaal netjes te maken. Prototype draait als een zonnetje, met dus bovenstaande 'room for improvement' qua geluid. Ik schat dat deze oplossing tussen de 60 en 80 EU per convector gaat kosten - toch een besparing van rond de 5500 EU..

[iets]

remco_k schreef op donderdag 8 december 2022 @ 12:35:
Je wilt die fans op 8V laten draaien. Dan gaan ze minder stroom trekken: 8/18=0,44A (0,07A per stuk)

Hierbij ga je er dan wel vanuit dat de impedantie van de dc motor constant blijft bij een lagere stroom. De belasting (de fan) vraagt exponentieel meer koppel bij het toenemen van de toeren. Daarom volgt de stroom ook een exponentiële curve bij het toenemen van de spanning. Ik zou verwachte dat je met de voorgestelde weerstand op een (iets) hogere spanning uit zal komen dan 8v.

[Techneut]

iets schreef op donderdag 8 december 2022 @ 20:01:
[...]

Hierbij ga je er dan wel vanuit dat de impedantie van de dc motor constant blijft bij een lagere stroom. De belasting (de fan) vraagt exponentieel meer koppel bij het toenemen van de toeren. Daarom volgt de stroom ook een exponentiële curve bij het toenemen van de spanning. Ik zou verwachte dat je met de voorgestelde weerstand op een (iets) hogere spanning uit zal komen dan 8v.

In de eerste plaats een onbenullige kleinigheid, het gaat hier over gelijkspanning en dan spreek je niet over impedantie, want dat is een term uit de wisselstroomtechniek. Dus zeg je gewoon weerstand.
Althans variabele weerstand, want als het motortje draait neemt die toen bij het stijgen van het toerental. Door het dalen van het toerental daalt de tegen-emk en daalt daarmee ook die toerental afhankelijke weerstand die tenslotte in stilstand zeer laag is. Dat lijkt hier eigenlijk niet door iedereen voldoende te worden gerealiseerd. Het brengt echter wel met zich mee dat het berekenen van de gewenste voorschakelweerstand bijna onmogelijk is en alleen door domweg uitproberen is te realiseren.
Iemand stelde voor om hiervoor een potmetertje te gebruiken. Maar bedenk wel dat de meeste potmeters een veel te laag vermogen hebben. Handiger is dan het om een ruwe schatting te maken en een handje vol weerstanden te pakken te beginnen bij "half-om-half" en te beginnen met de weerstand die genoemd is in de startpost. Het lijkt me dan niet zo moeilijk om de juiste waarde te vinden waarbij je tevreden bent met het toerental. En inderdaad, wees er op bedacht dat zo'n weestand bij het berekende vermogen heet wordt, Verstandig is het om een vermogen te kiezen dat minstens 3 keer zo hoog is.

[iets]

Helemaal gelijk, het moest weerstand zijn ipv impedantie.

Dat het moeilijk te berekenen is was inderdaad het punt. Als het van belang is om dicht in de buurt van de 8v uit te komen kun inderdaad beter een aantal weerstanden kopen en kijken waar je uitkomt.

[memphis]

Techneut schreef op donderdag 8 december 2022 @ 21:58:
En inderdaad, wees er op bedacht dat zo'n weestand bij het berekende vermogen heet wordt, Verstandig is het om een vermogen te kiezen dat minstens 3 keer zo hoog is.

Of je geeft iedere fan zijn eigen weerstand. De kosten zijn het niet en het zal minder heet worden.

[Maverick]

https://www.sdr-engineeri..._id=50&search=heatbooster

Deze stond in het tweakers kerstcadeaulijstje. Precies wat je zoekt volgens mij

[ZNProfi]

Dank @Maverick . Ik was al een beetje te ver gevorderd met m’n thermostaat-kaartjes om alles nog om te gooien. Maar lijkt een leuk ding inderdaad. (Wel beetje door de marketing-praat heen prikken trouwens ;-)

Ik heb op aanraden van de antwoorden hierboven een Step-Down buck convertertje ertussen gesoldeerd. Werkt supermooi, ik kan met het potmetertje precies de snelheid instellen die me bevalt.

Prototype is nu goedgekeurd door de rest van de familie, ik kan de overige convectoren gaan boosteren.

Dank!

[veetee]

Late reactie, maar misschien een (te simpel?) idee? Met een 6-polige schakelaar kun je 2 (groepen van) fans naar keuze parallel dan wel in serie schakelen voor ongeveer de halve snelheid.

[memphis]

Dat is geen 6-polige schakelaar maar een 2 polige wisselschakelaar. Als je die met een middenstand hebt heb je maar 3 standen, uit-half-vol. Overigens gewone 12v fans op 6 volt doen niet veel meer.

[ZNProfi]

= verwijderd =

[ Voor 98% gewijzigd door ZNProfi op 04-04-2023 16:08 ]