Persoonlijke Webserver: verwarming: directe sturing van de brander

Zelf aan de slag:

Directe sturing van de gasbrander

Module gasbrander

Juist na het verstrijken van de waarborg ging de module van mijn gasketel defekt. Een nieuwe module zou een pak geld kosten. Zou het niet mogelijk zijn… Tuurlijk is dat mogelijk!

Werking systeem

Een brandermodule ziet er zo uit.
Goed zichtbaar: de ontsteektransfo.

De defekte module werd verwijderd.
Gastoevoer in het midden rechts, in het midden het kleppensysteem met een dunne leiding voor de waakvlam en een dikke buis voor de hoofdbrander.
De brander zelf is het metalen gedeelte met 4 luchthappers en de gasinjectoren (de rest is isolatiemateriaal).

De kleppen worden door een externe schakeling gestuurd.
Bij het meten welke aansluitingen verbonden zijn is een multimeter onontbeerlijk. Meestal is er een gemeenschappelijke retourleiding. Indien er met gelijkspanning geschakeld wordt (wat doorgaans het geval is) mag de vrijloopdiode niet ontbreken (één diode zichtbaar in beeld)

Enkel de waakvlam is aan het branden. De gasleiding voor de waakvlam is de buis in het midden, de meetleiding (een plasma is geleidend) rechts in beeld, en links de ontsteekleiding. De ontsteekpen steekt in de waakvlam en is roodgloeiend.

Hier is de hoofdbrander ook in werking. De meetprobe licht nu goed op door de warmte.

Normale situatie

De ketel wordt normaal aangestuurd door middel van een electrisch contact in de thermostaat. In ons systeem hebben we het contact van de thermostaat vervangen door een relais of een triac met optocoupler en sturen we het geheel via de computer. In de ketel zelf zit er electronika om de twee kleppen van de brander aan te sturen: waakvlam en hoofdbrander. Zelfs toestellen waarbij de waakvlam gedoofd wordt bij het uitschakelen van de brander zijn uitgerust met twee kleppen.

Bij de vervanging van een bestaande brander-aansturing is het nodig te weten wat de electronische kaart allemaal doet. Is de kaart defekt (zoals in mijn geval), dan heb je een probleem als je niet weet wat je allemaal moet voorzien. Uit interesse had ik echter al vroeger een aantal metingen uitgevoerd om te zien hoe de werking van het geheel verliep.

Eerst gaat de klep van de waakvlam open en worden er ontsteekpulsen gegeven. Deze situatie duurt zolang de waakvlam niet aanslaat. Slaat de waakvlam niet aan na 1 minuut, dan gaat het systeem in protectie en moet die manueel herstart worden. Ontsteken via een waakvlam is nodig zodat er niet teveel gas in de branderruimte kan terechtkomen mocht het gas niet direkt aanslaan (ontsteken met de hoofdbrander is levensgevaarlijk!). Eenmaal de waakvlam aangestoken gaat de hoofdbrander aan. Als er geen warmtevraag meer is, dan slaan beide kleppen dicht.

Er zijn natuurlijk systemen waarbij de waakvlam continu blijft branden (meestal moet die manueel aangestoken worden). De sturing beperkt zich in dit geval tot één enkele klep. Indien de waakvlam zou doven wordt de gastoevoer onderbroken via een mechanisch systeem. Bij een dergelijk systeem is er geen electronica dat defekt kan gaan, maar verbruikt de waakvlam constant gas. Na een uur is het water in de boiler lauw geworden door de warmte van de waakvlam.

Boilertemperatuur

De keteltemperatuur wordt gemeten door een thermokoppel die door het meetgat gestoken wordt (rechts halfboven in beeld). Onderaan (niet in beeld) wordt de kleine spanning van de thermokoppel genormaliseerd en 10.000 maal versterkt. Door het meetgat steken ook de regelthermostaat en de veiligheidsthermostaat. Beide hebben tegenwoordig enkel nog een veiligheidsfunktie.

Sturing van de gaskleppen

Beide kleppen blijken te werken op een gelijkspanning van 110V: daarvoor heb je een kleine voeding nodig: een transfo van 48V∼ 10VA is ruim voldoende. Deze spanning wordt verdubbeld zodat je onbelast 135V bekomt. Van de leverancier moet je geen informatie verwachten welke spanningen het systeem nodig heeft. Aan de telefoon zit onvermijdelijk een dom blondje met 4 hersencellen dat niet weet wat een electrisch gestuurde klep is. De monteurs, die vervangen gewoon de hele boel (kostprijs: meer dan duizend euro), de ingenieurs zitten in hun ivoren toren, de baas is uitgebreid gaan eten, de oude bediende die alles wist is ontslagen, de verantwoordelijke is in vergadering (al 6 dagen aan een stuk!) en de fabrikant zit in China. Als je niet weet op welke spanning de kleppen werken, dan kan je uitproberen met een weerstand van een 10-tal kΩ, dat je in waarde vermindert totdat de klep open gaat. Dan meet je de spanning over de weerstand en kies je een waarde dat een paar percenten onder de meetwaarde ligt. Gelijkspanning is altijd safe.

Bewaking van de waakvlam

Vroeger werd de waakvlam bewaakt door een thermokoppel (of in nog oudere systemen door een thermostaat). Deze thermische systemen zijn echter redelijk traag en niet zo betrouwbaar als een directe vlammeting. Een plasma (geïoniseerd gas) is namelijk geleidend. De geleiding gebeurt beter in één richting dan in de andere (gelijkrichtend effekt). Op dit principe is de detectie van de waakvlam gebaseerd. Een schema van de vlamdetectie is hier te vinden. De meetsonde is het dichtst bij de waakvlam en gloeit meestal op door de warmte. De meting van het diode-effekt gebeurt door de gelijkrichting van een wisselspanning ten opzichte van de behuizing.

De meetsonde reikt tot het midden van de waakvlam. De ontsteekkaars heeft een pen dat op maximaal 10mm van de injector van de waakvlam zit (om te kunnen vonken).

Werking huidig systeem

Opgelet: zolang de brander in werking is moet de ionisatiespanning om de seconde gemeten worden en de keteltemperatuur om de 5 seconden. Het is aanbevolen de ketelthermostaat (op een relatief hoge temperatuur) en de veiligheidsthermostaat te blijven gebruiken voor het geval de computer zou vastlopen terwijl de brander ingeschakeld is. Een watchdogschakeling (die de stroomtoevoer onderbreekt van zodra de computer geen pulsen meer levert) is onontbeerlijk: dan heb je een drievoudige beveiliging tegen droogkoken en gasexplosies.

Via een kleine condensator wordt een wisselspanning aangevoerd op de meetsonde. Zonder waakvlam is er geen gelijkrichting en ontstaat er geen gelijkspanning. De gemeten waarde moet vallen in het onderste meetgebied (laagste waarden) van de analoog-naar-digitale converter. Dan wordt de klep voor de waakvlam geöpend en ontsteekpulsen gegenereerd. Ontsteekpulsen kan je genereren met een koewachter of een speciale ontsteektransfo.

Van zodra dat de meetspanning stijgt weet je dat de waakvlam ontstoken is. Ontsteekpulsen onderbreken en meten of de ionisatiespanning redelijk contstant blijf. Overigens zal de meetspanning negatief gaan en heb je een dubbele opamp nodig om de spanning hoogohmig te versterken en dan te inverteren.

De hoofdbrander mag nu ingeschakeld worden. Meestal zal de meetspanning nog een beetje stijgen. Controleer dat deze spanning nog steeds in het werkgebied van de AD-converter ligt. Als de warmtevraag minder wordt, is het voldoende de hoofdbrander uit te schakelen. Ik laat de waakvlam branden zolang er een warmtevraag is, maar de hoofdbrander schakel ik uit zodra de boiler warm genoeg is. Daardoor moet het ontsteeksysteem minder vaak werken (doorgaans slechts een paar keer per dag), wat de betrouwbaarheid misschien ten goede komt.

Als de meetspanning plots daalt (vlam gedoofd), de hoofdbrander en waakvlam direct uitschakelen (zeker binnen de 5 seconden). Na één minuut (enkel waakvlam was aan) of 5 minuten (waakvlam en brander waren aan) een nieuwe ontsteekcyclus starten. De wachttijd zorgt ervoor dat het aanwezige gas verdund wordt en niet kan exploderen bij een ontsteekcyclus. Jaarlijks test ik het systeem door de gastoevoer (hoofdkraan) te onderbreken: de kleppen moeten direct sluiten zodat er geen gastoevoer meer is als de gaskraan opengedraaid wordt.

De brander is uitgerust met 1 waakvlam en drie lijnbranders. Het was ideaal geweest dat het vermogen gemoduleerd kon worden door één, twee of drie branders aan te steken. In het tussenseizoen slaat de brander vaak aan voor 30 seconden en blijft dan uit voor 3 à 5 minuten. Met een vermogensregeling was het mogelijk geweest de brander meer constant te laten branden.

Publicités - Reklame