Inzicht in ruis door wisselstroomvoeding - Toepassingsnota


In dit document wordt beschreven hoe ruis ontstaat op sensorkabels door 24 VAC-voeding, hoe deze ruis de werking van de HVAC-regelaar nadelig kan beïnvloeden en hoe de wisselstroomruis kan worden voorkomen.

Lawaai veroorzaakt door wisselstroom

De meeste moderne HVAC regelsystemen hebben 24 VAC beschikbaar, en de meeste BAPI producten kunnen op 24 VAC werken, maar toch beveelt BAPI aan ze met gelijkspanning te voeden. Waarom?
Gedraaide kabels hebben een hoge draad-op-draad capaciteit. Condensatoren blokkeren gelijkspanning, maar laten een klein beetje wisselspanning door van draad naar draad. Een deel van de 60 Hz 24VAC die door één paar draden in een meeraderige kabel loopt, zal zich combineren met de normale signalen op alle andere draden in de kabel. Dit gebeurt ongeacht de sensor die wordt gebruikt.

Figuur 1 toont een typische toepassing van een zonesensor die wordt gevoed door 24 VAC. (Het gevoede apparaat kan elk type zender zijn, niet alleen een zonesensor) De condensatoren die met stippellijnen in de sensorkabel zijn getekend, geven de draad-op-draad-capaciteit weer. De koperdraden, in hun isolatie, die parallel lopen met de andere draden in de kabel, vormen de condensatoren.

Fig. 1: Typische installatie van de zonesensor (De stippellijnen in de sensorkabel geven de draad-op-draadcapaciteit weer)

Figuur 2 toont een vereenvoudigde versie van figuur 1. Figuur 2 is een equivalent circuit van de koppelingsverschijnselen en wordt gebruikt voor gedetailleerde circuitanalyse. V1 is de 24VAC transformator uit figuur 1, C1 is de draad-op-draad capaciteit per voet en R1 vertegenwoordigt de weerstand van de sensorkabel en de 10K thermistor sensor parallel met het ingangscircuit van de regelaar. De spanning op het knooppunt van de condensator en de weerstand is het signaal dat naar het temperatuurmeetcircuit van de regelaar wordt gezonden. Met de in figuur 2 aangegeven waarden bedraagt de 60Hz-ruisspanning op het knooppunt ± 0,0032 volt per voet. Voor een nominale voerdraadlengte van 25 voet bedraagt de ruis ± 0,080 volt.

Inzicht in ruis Fig 2
Fig. 2: Equivalent circuit van de ruiskoppelingsverschijnselen.

 

De effecten van AC-stroomgeluid op het HVAC-systeem

Figuur 3 toont een typisch ingangscircuit voor de zonetemperatuur van een regelaar. De spanning op het knooppunt van de twee weerstanden is de signaalwaarde die de zonetemperatuur weergeeft. Bij 77°F is de spanning 2,5VDC. Het ± 0,080 volt ruissignaal wordt bij het 2,5 VDC temperatuursignaal opgeteld. Zestig maal per seconde verandert het temperatuursignaal van 2,58 volt naar 2,42 volt en weer terug. De spanningsverandering is hetzelfde als wanneer de thermistor van weerstand zou veranderen van 9,380 Ohm naar 10,661 Ohm.

Begrijpen van ruis Fig 3
Fig. 3: Typisch regelaar zone temperatuur ingangscircuit

De temperatuur van een 10K-2 thermistor bij 9.380 Ohm is 79,7°F en bij 10.661 Ohm is 74,4°F. Het temperatuurcircuit van de zone van uw regelaar verandert zestig keer per seconde van 74,4°F naar 79,7°F. Als de draadlengte van de sensor langer is dan 2 meter, is de waargenomen temperatuurschommeling groter.

De meeste regelaars voeren niet vaak genoeg zonetemperatuurmetingen uit om de 60 HZ ruis vloeiend te volgen. Tests met representatieve regelaars laten een schommeling van de zonetemperatuur zien van +/- 0.5°F rond 77°F. Om de paar minuten valt het bemonsteringsinterval samen met een minimale of maximale geluidspiek en verschijnt er een niet-bestaande verandering van de zonetemperatuurmeting van 3°F in uw regelaar, waardoor de regelaar denkt dat de temperatuur in de ruimte snel heen en weer verandert.

HVAC-regelsystemen hebben vaak een ingebouwde "dode band", een klein temperatuurgebied boven en onder de setpoint-temperatuur waarin geen regelactie plaatsvindt. Deze dode band voorkomt dat regelapparatuur zoals kleppen en actuatoren vele malen per seconde worden bijgesteld, of gaan oscilleren, en daardoor voortijdig verslijten. De in de bovenstaande alinea beschreven maximum- en minimumtemperatuurpieken overschrijden de dode band, zodat de regelaar de mechanische apparatuur in een oscillatie kan brengen, waardoor deze kan verslijten.

Methoden voor het elimineren van AC-vermogensruis

Als u de 24VAC in een aparte, afgeschermde kabel leidt, is de capaciteit van de 24VAC-draden naar de signaaldraden zo laag dat het effectief NUL is. Er wordt geen wisselspanning gecombineerd met uw sensorsignalen, maar u moet wel twee aparte kabels gebruiken. Zorg ervoor dat u de afscherming van de 24VAC-voedingskabel aansluit op een goede gebouwaarde aan het regelaaruiteinde, zoals afgebeeld in Figuur 4.

Inzicht in ruis Fig 4
Fig. 4: 24 VAC stroomtoevoer in aparte, afgeschermde kabel.

Als u de sensor voedt met gelijkspanning, dan is er geen wisselstroomruis binnen de meeraderige kabel die de temperatuurmeting kan beïnvloeden. Maar vergeet niet dat de gelijkstroomomvormer aan het regelaaruiteinde van de kabel moet worden gemonteerd, niet aan het sensoruiteinde, anders zal er nog steeds wisselstroom in de meeraderige kabel aanwezig zijn. Zie figuur 5 voor het voorgestelde bedradingsschema.

Begrijpen van ruis Fig 5
Fig. 5: Gebruik van een BAPI VC350A spanningsomvormer om een zonesensor van DC-voeding te voorzien

Elk van de hier beschreven methoden - de wisselstroom in een aparte afgeschermde kabel of omzetten van de wisselstroom in gelijkstroom - zal voorkomen dat de wisselstroomruis het sensorsignaal beïnvloedt. Maar BAPI beveelt aan om de wisselstroom om te zetten naar gelijkstroom omdat wij van mening zijn dat het gemakkelijker en economischer is om een goedkope spanningsomzetter te installeren in plaats van twee kabels te trekken.

Als u vragen heeft, neem dan contact op met uw BAPI-vertegenwoordiger.


Printbare pdf-versie van deze toepassingsnota