Lambda-styrning av Calmar V65
Det har nu gått precis ett år sedan jag satte Lambda-styrningen av min Calmar V65 i drift. Här är några bilder med kommentarer, för er andra hembyggare att avskräckas eller inspireras av:
Bild 1. Utformningen av spjällen på Calmarpannan gör att de relativt enkelt kan förses med ett linjärt ställdon. Jag har placerat ställdonen på utsidan av vedluckan resp. utsidan av plåten som döljer sekundärluftintaget, så att de är lätt åtkomliga för kontroll och ev. service.
Bild 1. Utformningen av spjällen på Calmarpannan gör att de relativt enkelt kan förses med ett linjärt ställdon. Jag har placerat ställdonen på utsidan av vedluckan resp. utsidan av plåten som döljer sekundärluftintaget, så att de är lätt åtkomliga för kontroll och ev. service.
Bild 3. Här är ett av ställdonen med locket avtaget. Det består av en linjär stegmotor från Elfa (art.nr 54-460-18) samt beröringsfria ändlägesavkännare. Stegmotorn har en rotor utformad som en mutter, vilken driver en gängad stång fram och åter i längsriktningen. Ändlägesgivarna är inlödda på varsitt litet kretskort, så att läget kan justeras i några steg via hylslister på det fast monterade kortet. Om något skulle paja, kan spjället enkelt frigöras från ställdonet genom att man lossar den röda sprinten.
Bild 5. Styrenheten är ett hembygge baserat på ett Arduino Mega 2560 processorkort och försedd med en enkel LCD-skärm. Arduino är i grunden ett open source-projekt och programmeringen görs i den C++-miljö som kan laddas ner gratis från Arduinos hemsida tillsammans med drivrutiner (libraries på Arduino-språk) för alla upptänkliga ändamål, t.ex. LCD-skärm, stegmotorer, 1-wire-nät.
I grundläget visas en driftbild med λ-värde, pann- och rökgastemperaturer samt spjällinställning. Via knapparna på vänster sida kan man nå en meny för bl.a. kalibrering av spjällinställning och granskning/justering av diverse parametrar för spjällstyrningen.
Styrenheten är inkopplad till pannans elektriska kretsar för till/frånslag av rökgasfläkt och laddpump via två externa reläer. Inkopplingen är gjord så att om man rycker ur sladden till styrenheten, fungerar styrningen av fläkt och pump som vanligt via rattarna på pannans manöverpanel.
Kabeln på baksidan går till Lambda-sondens interface (Innovate Motorsports LC-1).
I grundläget visas en driftbild med λ-värde, pann- och rökgastemperaturer samt spjällinställning. Via knapparna på vänster sida kan man nå en meny för bl.a. kalibrering av spjällinställning och granskning/justering av diverse parametrar för spjällstyrningen.
Styrenheten är inkopplad till pannans elektriska kretsar för till/frånslag av rökgasfläkt och laddpump via två externa reläer. Inkopplingen är gjord så att om man rycker ur sladden till styrenheten, fungerar styrningen av fläkt och pump som vanligt via rattarna på pannans manöverpanel.
Kabeln på baksidan går till Lambda-sondens interface (Innovate Motorsports LC-1).
Bild 6. För att bromsa övertändningen har jag modifierat pannan enligt bilden nedan. I stället för att primärluften blåser rakt in genom hålen i luckans överkant, går den nu in i två horisontella rör med utblåsningshål på undersidan. Jag försökte först föra luften till nedre delen av vedutrymmet, men gav upp detta eftersom jag upplevde att luftströmmen vid upptändning blev för klen. Rören inkräktade dessutom mer på vedutrymmet och blev snabbt deformerade av hettan. Även om det inte blev helt optimalt - det gäller fortfarande att undvika alltför finkluven ved samt att packa veden väl - så fungerar det i kombination med Lambda-styrningen tillräckligt bra för att undvika en alltför snabb övertändning.
För att bli kvitt tjuvdrag i primärluften har jag dels lagt en tätningslist mellan luckans ram och framsida, dels lagt in en extra gummilist under tätningssnöret i den alltför djupa falsen runt kanten av luckan.
För att bli kvitt tjuvdrag i primärluften har jag dels lagt en tätningslist mellan luckans ram och framsida, dels lagt in en extra gummilist under tätningssnöret i den alltför djupa falsen runt kanten av luckan.
Till sist något om programmeringen av styrenheten:
Det enda manuella handgrepp som behövs vid eldningen, förutom tändbrasa + inläggning av ved, är att trycka på pannans startknapp. Fläkten går då igång och styrenheten, vars spänningsmatning är kopplad parallellt med fläkten, börjar med att ställa spjällen i det förinställda startläget, med 80 % öppet primärspjäll och sekundärspjället helt stängt.
Nedanstående diagram avspeglar regleringen av pannan under en typisk eldningscykel med grovkluven björkved. Den första puckeln i den gula RGT-kurvan svarar mot tändbrasan och den efterföljande dippen mot inläggning av veden. Så snart λ-värdet sjunkit under det inställda riktvärdet på 1,4, ser den inprogrammerade PID-regulatorn till att spjällen justeras så att λ om möjligt håller sig inom +-0,05 från riktvärdet, med bivillkoret att summan av öppningsgraden för primär- och sekundärspjäll ska vara konstant. När brasan tagit fart (RGT över tröskelvärde), reduceras effekten genom att den totala spjällöppningen successivt minskas från 80 % till 50 %, detta för att motverka för snabb övertändning av veden.
Efter ca 3 timmar har det bildats luftkanaler genom glödbädden, och det går inte längre att hålla λ-värdet kvar vid 1,4. Jag vågar mig dock inte på ett andra vedinlägg förrän efter 3:20 tim, när bara rester av glödbädden återstår. Vid 4:20 stiger panntemperaturen som tecken på att ackumulatortanken laddas ett andra varv. Styrenheten reducerar då effekten ytterligare genom att den sammanlagda spjällöppningen sänks från 50 % till 35 %, för att inte riskera att pannans drifttermostat löser ut och stoppar rökgasfläkten.
Efter 5:45 tim har det andra vedinlägget brunnit ut och glödbädden avlämnat all sin värme, RGT har m.a.o. närmat sig panntemperaturen. När detta läge uppnåtts stängs bägge spjällen automatiskt för att förhindra att värmen i pannvattnet ventileras ut genom skorstenen. Styrenheten stänger sedan av strömmen till rökgasfläkten och i och med detta även sig själv.
Det enda manuella handgrepp som behövs vid eldningen, förutom tändbrasa + inläggning av ved, är att trycka på pannans startknapp. Fläkten går då igång och styrenheten, vars spänningsmatning är kopplad parallellt med fläkten, börjar med att ställa spjällen i det förinställda startläget, med 80 % öppet primärspjäll och sekundärspjället helt stängt.
Nedanstående diagram avspeglar regleringen av pannan under en typisk eldningscykel med grovkluven björkved. Den första puckeln i den gula RGT-kurvan svarar mot tändbrasan och den efterföljande dippen mot inläggning av veden. Så snart λ-värdet sjunkit under det inställda riktvärdet på 1,4, ser den inprogrammerade PID-regulatorn till att spjällen justeras så att λ om möjligt håller sig inom +-0,05 från riktvärdet, med bivillkoret att summan av öppningsgraden för primär- och sekundärspjäll ska vara konstant. När brasan tagit fart (RGT över tröskelvärde), reduceras effekten genom att den totala spjällöppningen successivt minskas från 80 % till 50 %, detta för att motverka för snabb övertändning av veden.
Efter ca 3 timmar har det bildats luftkanaler genom glödbädden, och det går inte längre att hålla λ-värdet kvar vid 1,4. Jag vågar mig dock inte på ett andra vedinlägg förrän efter 3:20 tim, när bara rester av glödbädden återstår. Vid 4:20 stiger panntemperaturen som tecken på att ackumulatortanken laddas ett andra varv. Styrenheten reducerar då effekten ytterligare genom att den sammanlagda spjällöppningen sänks från 50 % till 35 %, för att inte riskera att pannans drifttermostat löser ut och stoppar rökgasfläkten.
Efter 5:45 tim har det andra vedinlägget brunnit ut och glödbädden avlämnat all sin värme, RGT har m.a.o. närmat sig panntemperaturen. När detta läge uppnåtts stängs bägge spjällen automatiskt för att förhindra att värmen i pannvattnet ventileras ut genom skorstenen. Styrenheten stänger sedan av strömmen till rökgasfläkten och i och med detta även sig själv.
Eldningen i exemplet ovan hade nog fungerat hyfsat utan Lambda-styrning med primär/sekundärspjäll öpnnade ca. 20% resp 30%. Nyttan med Lambda-styrningen visar sig t.ex. när veden är torrare/mera finkluven eller för luftigt inlagd, som i exemplet nedan där den automatiska spjällstyrningen lyckades matcha tendensen till övertändning.Nilinjo skrev:
Eftersom en alltför hård strypning av primärluften när pannan går för fullt ökar risken för ånglokssyndromet, har jag definierat en lägsta nivå för strypningen av primärspjället (14%). Om spjället strypts till denna nivå, sker den efterföljande regleringen enbart via sekundärluften utan begränsning av den sammanlagda spjällöppningen. Av kurvorna nedan framgår att det krävdes nästan full öppning av sekundärspjället ca 1:45 tim efter start för att hålla λ-värdet på önskad nivå. Med fix inställning av spjällen hade nog pannan börjat frusta och puffa rök.
Tack för alla glada tillrop!
Palte: Rören för primärluften har yttermåttet 60x30 mm, vilket med 2 mm plåt ger en sammanlagd innerarea på ca 29 cm², att jämföra med de ursprungliga hålen i vedluckan, som tillsammans ger arean 28 cm². Beträffande granved, så tror jag att det skulle se ut ungefär som i kurvorna i inlägget #9 ovan. Granbarkborrarna har annars bidragit till att jag har en massa granved på tork i vedboden, så till hösten kanske det blir ett annat svar...
GK100: Jag har inte baserad valet av λ-börvärdet 1,4 på någon mer ingående utredning utan noterat angivelsen av λ=1,4-1,6 som område för ideal combustion of wood i den dansk-brittiska bioenergirapporten (http://www.videncenter.dk/Groenne trae haefte/Groen_Engelsk/Kap_06.pdf). Mot bakgrund av bl.a. dina och Matss rekommendationer i tråden Lambda-styrd vedpanna om ett börvärde på 1,3 har jag som någon slags kompromiss lagt mig vid nedre gränsen av rappportens intervall. Mitt primära mål så här långt har ju inte varit att maximera verkningsgraden, utan att få eldningen att fungera problemfritt.
johan124: Nej, jag har inte gjort några fler ändringar i vedluckan, bara filat av en del grader på spjällplåten, så att den glider lätt.
Nilinjo: Jag trodde inte att det skulle bli så mycket, men när jag räknar ihop fakturorna på de grejor jag köpt blir det drygt 6 000 kr, inklusive Lambda-sonden för ca 2 000 kr.
Palte: Rören för primärluften har yttermåttet 60x30 mm, vilket med 2 mm plåt ger en sammanlagd innerarea på ca 29 cm², att jämföra med de ursprungliga hålen i vedluckan, som tillsammans ger arean 28 cm². Beträffande granved, så tror jag att det skulle se ut ungefär som i kurvorna i inlägget #9 ovan. Granbarkborrarna har annars bidragit till att jag har en massa granved på tork i vedboden, så till hösten kanske det blir ett annat svar...
GK100: Jag har inte baserad valet av λ-börvärdet 1,4 på någon mer ingående utredning utan noterat angivelsen av λ=1,4-1,6 som område för ideal combustion of wood i den dansk-brittiska bioenergirapporten (http://www.videncenter.dk/Groenne trae haefte/Groen_Engelsk/Kap_06.pdf). Mot bakgrund av bl.a. dina och Matss rekommendationer i tråden Lambda-styrd vedpanna om ett börvärde på 1,3 har jag som någon slags kompromiss lagt mig vid nedre gränsen av rappportens intervall. Mitt primära mål så här långt har ju inte varit att maximera verkningsgraden, utan att få eldningen att fungera problemfritt.
johan124: Nej, jag har inte gjort några fler ändringar i vedluckan, bara filat av en del grader på spjällplåten, så att den glider lätt.
Nilinjo: Jag trodde inte att det skulle bli så mycket, men när jag räknar ihop fakturorna på de grejor jag köpt blir det drygt 6 000 kr, inklusive Lambda-sonden för ca 2 000 kr.