Phasenanschnittsteuerung mit netzverbundenem Mikrocontroller
⚠⚡☠ In der folgenden Schaltung ist eine Phasenanschnittsteuerung mit primärseitigem Mikrocontroller dargestellt.
Phasenanschnittsteuerung mit netzverbundenem Mikrocontroller
Zur primärseitigen Erfassung von Spannung und Strom werden die A/D-Umsetzer verwendet.
Der Operationsverstärker (OPV) zur Strommessung (Verstärkung der Spannung
über den Shunt R16) kann entfallen, wenn ein ATmega16 o.ä. Controller
mit interner Verstärkungsmöglichkeit verwendet wird.
Das Bezugspotenzial N sollte beim ATmega16 an ADC1 angeschlossen werden.
Das erspart die Subtraktion. Die Strommessung sollte an ADC0 sein, um die 10fache
oder 200fache Verstärkung zu nutzen (falsch im Schaltplan).
Mit den A/D-Wandlern kann man präzise die vorhandene Netzspannung und den Stromfluss erfassen, bspw. um die Glühlampenhelligkeit unabhängig von Spannungsschwankungen zu stellen oder die Remanenz von Transformatorkernen auch bei unregelmäßiger Versorgung (bei Stromausfall oder leichtem Blitzschlag) zu berechnen. Um beide Polaritäten messen zu können, wird der Mikrocontroller mit ±2,5 V betrieben. Das Massepotenzial muss vom Mikrocontrollerprogramm ebenfalls erfasst werden.
Die Zündung des Triac erfolgt direkt mit einem Mikrocontroller-Anschluss. Da Triacs stets besser mit einem negativen Zündimpuls funktionieren, sollte der Anschluss als Offener Kollektorausgang betrieben werden.
Die Stromversorgung erfolgt über einen Blindwiderstand C1. Es ist kein Trafo (mit permanenten Eisenverlusten) erforderlich. Die Wirk-Ruhestromaufnahme ist so gering, dass Energiezähler nicht drehen.
Irgendwelche Steuerungen müssen über (bspw.) Optokoppler von der Sekundärseite herangeführt werden, oder es gibt isolierte primärseitige Einstellorgane (Poti, Tipptasten, Flüssigkristall-Anzeige u.ä.). Für Statusinformationen zur Sekundärseite ist ein weiterer Optokoppler erforderlich.
Zur Datenübertragung bietet sich das asynchron-serielle Interface (UART) des Mikrocontrollers an, der für billige Optokoppler (CNY17, MB104) mit maximal 9600 Baud arbeiten darf. Schnellere Optokoppler (CNY34?) erlauben höhere Datenraten.
Befindet sich auf der Sekundärseite nichts als das Interface, bietet es sich auch an, sofort interface-kompatibel zur Sekundärseite zu gehen, bspw. bei einem DMX-Interface.
Bei einfacheren Mikrocontrollern ohne A/D-Wandler können auch Komparatoren zur Nullpunkterfassung verwendet werden, wie bei der netzgetrennten Version.
Die Messung der Strom-Phase ist bei ohmschen Lasten nicht nötig. In diesem Fall entfällt der OPV.
Die Schaltung kann problemarm auch mehrkanalig ausgeführt werden: Einfach mehrere Triacs von mehreren Mikrocontroller-Anschlüssen aus steuern.
Da der Strommesswiderstand ein lästiges und schwer dimensionierbares Bauteil ist, kann alternativ der Strom über den Spannungsabfall über den Triac, seiner Temperatur und einem geeigneten Kennlinienfeld ermittelt werden. Dabei nicht die notwendige Spannungsbegrenzung vergessen!
⚠⚡☠ Laien - Finger weg!
Primärseite: Siehe netzgetrennte Version.
Der Phasenschieberkondensator wird im abgesteckten Zustand nur über R5 und R6 entladen. Hochspannung führende Widerstände gehen gern (ohne Rauch und sichtbare Spuren) kaputt. Deshalb nach Ausschalten die Spannung über C1 prüfen!
Den Mikrocontroller auf der Primärseite mit ISP oder JTAG mit dem Rechner zu verbinden funktioniert nur mit Trenntrafo oder isolierten ISP- bzw. JTAG-Adaptern.
Siehe netzgetrennte Version.
Mit den A/D-Wandlern ist die Messung der Kurvenform sowie die Kompensation der Phasenverschiebung eines induktiven Verbrauchers kein Problem. Auch die verbrauchte Leistung (Wirk- und/oder Scheinleistung, [W] bzw. [VA]) und elektrische Arbeit [Ws] oder [kWh]) kann ganz nebenbei exakt gemessen werden.