⚠⚡☠ In der folgenden Schaltung ist eine Phasenanschnittsteuerung mit sekundärseitigem Mikrocontroller dargestellt.
EMV-Siebmittel sind nicht eingezeichnet!
Für exaktes, flackerfreies Arbeiten ist es sehr erstrebenswert,
sowohl Spannung als auch Strom durch die Last zu messen.
Zumindest wird hier die Polarität von U und I erfasst.
Als Strommesswiderstand wird der Triac verwendet,
an dem im Zündfall ca. 1 V Restspannung ansteht.
Nicht gezündet liefert die Stromphasenmessung die Spannungsphase.
Damit lässt sich der Löschzeitpunkt bei induktiven Lasten bestimmen.
Kapazitive Lasten sollten mit Triacs ohnehin nicht im Phasenanschnitt angesteuert werden.
Wie wichtig die Überwachung der Stromphase sein kann, illustrieren die folgenden beiden Simulationen.Zur primärseitigen Erfassung der Spannungs- und Stromnulldurchgänge (Phasenlagen) wird ein Doppel-Komparator verwendet. Seine Stromversorgung erfolgt über einen Blindwiderstand C1. Der Vorwiderstand Rx sorgt dafür, dass Spannungssprünge nicht durch den Kondensator die Zener-Dioden abbrennen lassen.Die grüne Kurve uL stellt die Spannung über der Last dar, die rote Kurve iL den Laststrom.
Phasenanschnitt einer vornehmlich ohmschen Last
Hinter dem Bild kann die Excel-Datei zwecks eigener Simulation heruntergeladen werden.Wie man sieht, fließt im zweiten Bild effektiv Gleichstrom! Der Zündzeitpunkt liegt stets bei 40°. Die Induktivität kann in Sättigung geraten (nicht simuliert) und den Triac zerstören. Mit der Stromphasen-Erfassung kann der Mikrocontroller feststellen, dass der Triac zum gewünschten Startzeitpunkt noch nicht verlöscht ist, und bspw. den Startwinkel vergrößern.
Schlechter Phasenanschnitt einer vornehmlich induktiven LastDie Erfassung bzw. Überwachung der Spannungs-Phase ist wichtig, wenn die gesamte Schaltung an einer induktiven Quelle betrieben wird, bspw. hinter einem Trenntrafo (hier nicht simuliert).
Die sehr phasentreu ermittelten Spannungs- und Strom-Vorzeichen werden per Doppel-Optokoppler zur Sekundärseite gegeben. Die Widerstände R9 und R12 sind nötig und können nicht durch ATmega-interne Pullups ersetzt werden, weil sonst die Optokoppler zu träge werden.
Die relativ hochohmige Dimensionierung rund um die Optokoppler ist so gewählt, um den primärseitigen Stromverbrauch zu minimieren, der durch den (recht teuren) Blindwiderstand Cx getragen werden muss.
Die Spannungsmessung ist für Drehstrom 3x aufzubauen.
Die Strommessung ist für jeden Verbraucher (also für jeden Triac) extra aufzubauen
Die Zündschaltung besteht aus einer Reihenschaltung aus Optotriac und „großem“ Triac, was in etwa ein Festkörperrelais ist.
Die Schaltung der Sekundärseite ist eine beliebige Mikrocontroller-Schaltung, gefüttert mit einem mehr oder weniger intelligenten Programm. Weitere Schaltungsteile, wie Tasten, Displays, LEDs, (DMX-)Anschlüsse sind nicht eingezeichnet und der Phantasie des Anwenders überlassen.
Bei Drehstromanschluss genügt für die Sekundärseite die Speisung aus einem Trafo, von einer Phase.
Alternativ kann man den Spannungs-Phasenverlauf auch an der Sekundärseite des Trafos abnehmen (via R16 angedeutet) und so einen Optokoppler sparen. Die Messung der Strom-Phase ist bei ohmschen Lasten nicht nötig. In diesem Fall dürfen alle Schaltungsteile der Primärseite entfallen.
Optotriac und Triac können durch ein Festkörperrelais ersetzt werden. Zum Dimmen natürlich nur eins, das nicht im Nulldurchgang einschaltet! Das ist aber in der Regel teurer.
Um die Verlustleistung am Triac bei 100 % Einschaltung zu reduzieren, kann diesem ein Relaiskontakt parallel geschaltet werden. Von Vorteil ist, dass dieser Kontakt nahezu leistungslos schalten kann, so dass kaum Kontaktabbrand auftritt. Von Nachteil ist, dass der Hauptverbraucher der Sekundärseite des Hilfstrafos meistens die Relaisspule ist.
⚠⚡☠ Laien - Finger weg!
Ein Trenntrafo zur Inbetriebnahme bringt nur dann einen Vorteil, wenn auch das Oszi netzgetrennt ist (entweder bauseits (Hioki) oder über vorzugsweise anderen Trenntrafo). Seine sekundärseitige, lastabhängige Phasenverschiebung macht das Mikrocontroller-Programm komplexer. Trotzdem haben wir es immer mit Hochspannung zu tun. Im Vergleich zur Reparatur von Fernsehgeräten haben Phasenanschnittsteuerungen den Vorteil, dass kein hochkapazitiver Kondensator für eine Überraschung im ausgeschalteten Zustand sorgt.
Vorhandene Personenschutzadapter (DI-Schalter) sollten verwendet werden; sie können jedoch auch ohne Gefahrensituation auslösen, wenn ein Erdstrom von N über die Oszi-Masseleitung nach PE abfließt. Notfalls lässt man die Oszi-Masseleitung weg; kann dann aber keine kleinen Spannungen vernünftig messen.
Die Primärseite wird in Betrieb genommen, indem der mit N bezeichnete Anschluss an den Null-Leiter kommt, der mit P an die Phase. Dann kann man sehr gut mit einem (schutzkontakt-verbundenen) Oszi die Funktion der Primärseite (Doppel-Komparator usw.) prüfen. Zur Prüfung der Strommessung wird der Triac (oder der Ausgang des Opto-Triacs) überbrückt und die vorgesehene Last angeschlossen.
Im Falle einer (heute sehr seltenen) Versorgung mit 2 x 115 V oder 3 x 127 V muss ein Trenntrafo verwendet werden!
Dann isoliert man die Primärseite der Leiterplatte gut (bspw. mit einer geeigneten Plastfolie oder Pappe), um sich nicht aus Versehen einen „Retsch“ zu holen.
Damit im Betriebsfall die Phasenseite des Verbrauchers geschaltet wird (und nicht der Null-Leiter), sind P und N zu tauschen. [Nur bei Festinstallation bzw. Drehstrom natürlich!]
Das Programm sollte:
Dieser irreführende Name bezeichnet eine Betriebsart, bei der
Damit ist diese Betriebsart das richtige für Heizungen, aber viel zu träge für Lampen oder Motoren
Für solche simplen Anwendungen ist der Aufwand hier purer Overkill!
