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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Wirtschaftliche Triac-Steuerung. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Funkamateur-Designer Zu den dringlichsten gehört die Reduzierung des Durchschnittswerts des Triac-Steuerstroms. Der Autor bietet einen sehr interessanten Ansatz zur Lösung dieses Problems. Die Verwendung eines Triacs anstelle von zwei antiparallel geschalteten Thyristoren ist in vielen Fällen gerechtfertigter, da dadurch unter anderem die Größe und die Kosten des Geräts reduziert werden können. Allerdings benötigen Triacs einen relativ größeren Steuerstrom, was ihren Einsatz in einfachen transformatorlosen Geräten, die über Vorschaltgeräte, die Überspannung absorbieren, direkt vom Netz gespeist werden, etwas einschränkt. Bei bekannten transformatorlosen Hausautomationsgeräten werden zur Reduzierung des Triac-Stroms Optothyristor- oder Relais-Zwischenelemente eingesetzt. Durch die Impulssteuerung eines Triacs können Sie den durchschnittlichen Öffnungsstrom deutlich reduzieren. Eine ähnliche Lösung wird in [1] betrachtet, wo eine Steuereinheit beschrieben wird, die zu Beginn jeder Halbwelle der Netzspannung Öffnungsimpulse erzeugt. Dieses Gerät funktioniert erfolgreich in Verbindung mit einer aktiven Last, aber mit einer aktiv-induktiven Last (Wicklung eines Elektromotors oder Transformators) wird sein Betrieb aufgrund der Phasenverschiebung zwischen der Netzspannung und der Netzspannung unbefriedigend und in einigen Fällen sogar unmöglich sein Strom im Lastkreis sowie aufgrund der begrenzten Anstiegsgeschwindigkeit des Laststroms (Niedriglasteffekt). Das Problem kann gelöst werden, wenn Sie das Gerät nicht mit Pausen der Netzspannung, sondern des Laststroms synchronisieren und den Triac selbst praktischerweise als Laststromsensor verwenden. Im Endeffekt fließt Strom durch ihn, wenn zwischen den Hauptklemmen 1 und 2 des Triacs eine niedrige Spannung anliegt, d Spannung anliegt, ist es geschlossen. Daher sollte die Synchronspannung zwischen den Klemmen 1 und 2 des Triacs liegen. Gleichzeitig ermöglicht die Überwachung der Spannung am Triac im Gegensatz zu herkömmlichen Steuergeräten, die den Öffnungsstrom nach dem „Nicht weniger“-Prinzip erzeugen, eine deutliche Reduzierung des durchschnittlichen Steuerstroms, da dieser nach dem Öffnen des Triac automatisch stoppt. In Abb. Abbildung 1 zeigt ein vereinfachtes Diagramm eines Triac-Steuergeräts, das das beschriebene Verfahren implementiert. Der Triac-Statussensor, aufgebaut aus den Transistoren VT1 – VT3 und den Widerständen R1, R4, R5 gemäß der in [2] beschriebenen Schaltung, erzeugt einen hohen Ausgangspegel, wenn der Triac VS1 offen ist.
Sobald die Spannung zwischen den Klemmen 1 und 2 eines geschlossenen Triacs 12 V überschreitet, öffnet je nach Polarität dieser Spannung entweder der Transistor VT3 oder VT1, VT2. In beiden Fällen öffnet der Transistor VT4 und ein Öffnungsstrom fließt durch ihn, den Widerstand R6 und die Steuerelektrode des Triacs. Der Wert dieses Stroms (ca. 0,15 A) bestimmt den Widerstandswert des Widerstands R6. Sobald der Triac öffnet, sinkt die Spannung an ihm auf 1 ... 1,5 V, was zum Schließen aller Transistoren und zum Abbruch des den Triac öffnenden Stroms führt. Erreicht der Strom durch den Triac nicht die Haltestromgrenze, was bei einer induktiven oder kleinen aktiven Last der Fall sein kann, dann schließt der Triac und der Vorgang wiederholt sich, bis der Triac zuverlässig öffnet. Bei einer aktiven Last reicht in der Regel ein Öffnungsimpuls aus, bei einer aktiv-induktiven Last können jedoch mehrere erforderlich sein. Darüber hinaus verbraucht das Gerät bei aktiver Last einen Strom von ca. 0,3 mA und bei Vorhandensein einer induktiven Komponente bis zu 3 mA. Daraus folgt, dass sich das Steuergerät an die Art der Last anpasst und einen Strom erzeugt, der unbedingt ausreicht, um den Triac zu öffnen. In Abb. Abbildung 2 zeigt ein praktisches Diagramm einer Triac-Steuereinheit. Der Knoten wird genau wie die RH-Last direkt über das Wechselstromnetz mit Strom versorgt. Die Netzspannung richtet den Einweggleichrichter an den Dioden VD5, VD6 gleich und stabilisiert die Zenerdiode VD15 auf 4 V. Überschüssige Netzspannung wird durch Kondensator C3 gelöscht.
Der Widerstand R12 begrenzt den Impulsstrom durch die Gleichrichterdioden beim Einschalten des Geräts und der Widerstand R11 entlädt den Kondensator C3 nach dem Ausschalten des Geräts. Der Kondensator C1 glättet die Welligkeit der gleichgerichteten Spannung. Eine stabilisierte Spannung von 15 V, abgenommen von den Klemmen A und D, versorgt auch die Funktionseinheit mit Strom, die den Zweck des gesamten Geräts bestimmt. Die Funktionseinheit darf bei aktiver Last einen Strom von maximal 7 mA und bei aktiv-induktiver Last mit cosφ > 5 maximal 0,7 mA aufnehmen. Der Steuerkreis für Triac VS1 besteht aus Kondensator C2, Widerstand R10 und Transistor VT5. Die an diesem Kondensator akkumulierte Spannung wird über den Widerstand R1 und den Transistor VT10 an die Steuerelektrode des Triac VS5 angelegt. Der Widerstand begrenzt den Öffnungsstrom auf 0,15 A. In den Pausen zwischen den Öffnungsimpulsen wird der Kondensator C2 über den Widerstand R9 aus einer stabilisierten Spannung aufgeladen. Gleichzeitig bildet dieser Widerstand zusammen mit dem Kondensator C1 einen RC-Filter, der verhindert, dass Impulsstörungen vom Triac-Steuerkreis in den Leistungskreis der Funktions- und Steuereinheiten gelangen. Der Transistor VT5 wird durch ein logisches Element ZILI - NOT gesteuert, das auf dem Transistor VT2 und den Dioden VD1 - VD3 aufgebaut ist. Der steuerungsaktivierte hohe Pegel am Ausgang des Logikelements wird erreicht, wenn erstens ein niedriger Pegel vom Funktionsknoten an Pin B des Steuerknotens ankommt, zweitens die Spannung am Triac VS1 12 V erreicht und drittens am Kondensator C2 wird auf eine Spannung von 10 V aufgeladen, die ausreicht, um den Triac zu öffnen. Die Spannung am Triac wird von seinem Zustandssensor überwacht, der aus den Transistoren VT3, VT4, VT6 und den Widerständen R6, R8, R13 und R14 besteht, deren Funktionsweise oben beschrieben ist. Vom Ausgang des Funktionsknotens wird ein aktives Low-Level-Signal an Pin B und dann an den Eingang des unten beschriebenen Phasensteuerknotens und an einen der Eingänge des ZILI-NOT-Logikelements geliefert. Die Spannung am Kondensator C2 wird von einer Einheit überwacht, die aus dem Transistor VT1 und den Widerständen R3 - R5 besteht. Wenn der Kondensator C2 auf eine Spannung von 10 V aufgeladen wird, wird der niedrige aktive Pegel vom Kollektor des Transistors VT1 einem der Eingänge des ZILI-NOT-Elements zugeführt. Um ein komplettes Gerät (Wärmestabilisator, Dimmer usw.) an die beschriebene Triac-Steuereinheit zu erhalten, ist es notwendig, die eine oder andere Funktionseinheit anzuschließen, die die spezifizierte Funktion des Geräts bestimmt. In Abb. Abbildung 3 zeigt ein Diagramm einer Funktionseinheit, die es ermöglicht, auf Basis der beschriebenen Triac-Steuervorrichtung einen zweistufigen Thermostabilisator für einen Inkubator aufzubauen. Der Temperatursensor ist ein Unijunction-Transistor VT1. Langjährige Erfahrungen mit dem Betrieb dieses Transistors in diesem Modus haben gezeigt, dass er eine gute Empfindlichkeit und zeitliche Stabilität aufweist und für diese Rolle perfekt geeignet ist.
Der Basis-zu-Basis-Widerstand des Transistors VT1 ist im Arm der Messbrücke enthalten, bestehend aus den Widerständen R1 - R3 und einem Abstimmwiderstand R4 oder R5, je nach Stellung des Schalters SA1. Die Ausgangsspannung der Brücke wird dem Eingang des am Operationsverstärker DA1 montierten Komparators zugeführt. Widerstand R6 sorgt für eine Temperatur-„Hysterese“ von etwa ±0,25 °C. Wenn Sie einen KT117-Transistor mit einem anderen Buchstabenindex verwenden, müssen Sie die Brücke zunächst grob ausgleichen, indem Sie den Widerstand R3 wählen, und dann genau mit dem Widerstand R4 bei einer Temperatur von +40 °C und mit dem Widerstand R5 bei +38 °C. Die Messbrücke und der Operationsverstärker werden von einem parametrischen Stabilisator VD1R7 gespeist. Das Schema des Funktionsknotens, mit dem die Phasensteuerung des Triacs implementiert werden kann, ist in Abb. 4 dargestellt. vier.
Das Funktionsprinzip des Geräts basiert darauf, ein Synchronisationssignal vom Steuerknoten (von Pin B) zu entfernen und es mit einer einstellbaren Verzögerung an einen der Eingänge des logischen Elements 3OR - NOT-Knoten (an Pin B) zu übertragen. Die einstellbare Verzögerung wird durch ein auf vier Wechselrichtern aufgebautes Gerät gebildet. Der Wechselrichter DD1.1 hält den Kondensator C1 über eine Reihenschaltung aus Diode VD1 und Widerstand R1 im entladenen Zustand, während am Triac keine Spannung anliegt (d. h. der Triac ist offen). In dem Moment, in dem am Triac eine Spannung von 12 V auftritt, schließt der hohe negative Pegel des Elements DD1.1 die Diode VD1 und das Laden des Kondensators C1 beginnt über die Widerstände R2, R3. Sobald die Spannung am Kondensator C1 die Auslöseschwelle des Schmitt-Triggers erreicht, der auf den Wechselrichtern DD1.3, DD1.4 und den Widerständen R4, R5 aufgebaut ist, schaltet dieser um. Der hohe Ausgangspegel des Triggers invertiert das Element DD1.2, woraufhin der niedrige Pegel an den Eingang der Triac-Steuereinheit (an Pin B) geht. Der Widerstand R1 verlangsamt die Entladung des Kondensators C1, was bei einer aktiv-induktiven Last die Bildung einer Reihe von Öffnungsimpulsen ermöglicht. Das Steuergerät wurde mit den Triacs TS2 – 10, TS2 – 16, TS2 – 25, TS112 – 10, TS112 – 16, TS122 – 25 getestet. Ohne Vorauswahl funktionierten alle stabil. Bei Verwendung anderer Triacs wird empfohlen, den Widerstand R10 zu wählen, um den in der Referenzliteratur empfohlenen erforderlichen Öffnungssteuerstrom zu erhalten. Eine Zeichnung der Leiterplatte der Steuereinheit ist in Abb. 5 dargestellt. XNUMX.
Es besteht aus einseitigem Folien-Glasfaserlaminat mit einer Dicke von 1,5 mm. Literatur
Autor: V. Volodin, Odessa, Ukraine
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