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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Triac-Dimmer. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Beleuchtung Mit dem Dimmer, den wir den Lesern vorstellen, können Sie die Helligkeit der Innenbeleuchtung, die Leistung von Haushaltsheizelementen und die Drehzahl von Wechselstrommotoren anpassen. Es kann auch verwendet werden, um den Anlaufstrom von Glühlampen zu reduzieren und so deren Lebensdauer zu verlängern. Die Steuerung des Dimmers erfolgt über Tasten, was das Ein- und Ausschalten der Last in spürbarer Entfernung zum gesteuerten Objekt ermöglicht. Und damit der Knopf auch im Dunkeln leicht zu finden ist, ist daneben eine LED verbaut, die nur leuchtet, wenn das Licht ausgeschaltet ist. Dieser Regler basiert auf dem im Artikel von S. Biryukov „Triac-Leistungsregler“ (Radio, 1996, Nr. 1, S. 44 - 46) beschriebenen Gerät. Im Gegensatz dazu ist der in diesem Artikel vorgeschlagene Dimmer nicht vollständig vom Netzwerk getrennt, was eine Modifikation zur Reduzierung des Stromverbrauchs erforderte. Dadurch sank der Strom in allen Betriebsarten auf 1,5 mA. Nach der Modifikation wurde auch der Leistungsregelbereich erweitert. Bei einer Last von 99 Watt sind es etwa XNUMX %. Das schematische Diagramm des Dimmers ist in Abb. dargestellt. 1. Zur Steuerung des Triac VS1 benötigen Sie einen kurzen Impulsformer, dessen einer Ausgang mit dem Netzwerkkabel verbunden ist. Der Treiber wird von einer Quelle gespeist, die aus den Elementen C2, R2, VD1 - VD3, C4, C5 besteht. Die Dioden VD1, VD2 übernehmen die Funktionen eines Gleichrichters. Die gleichgerichtete Spannung wird durch eine Zenerdiode VD10 auf 3 V stabilisiert. Die Kondensatoren C4, C5 sind Teil des Glättungsfilters und C4 leitet hauptsächlich hochfrequentes Netzwerkrauschen um, das vom Oxidkondensator C5 aufgrund seiner erheblichen parasitären Induktivität nicht unterdrückt wird.
Bei einer positiven Spannung an der Anode können die meisten Triacs durch Impulse beliebiger Polarität (relativ zur Kathode) geöffnet werden, die an der Steuerelektrode ankommen, und bei einer negativen Spannung – durch Impulse nur negativer Polarität. Der Pluspol der Stromversorgung des beschriebenen Reglers ist mit der Kathode des Triacs verbunden. Dadurch entstehen an der Steuerelektrode für jede Polarität an der Anode negative Impulse. Bei der Phasen-Impuls-Methode wird die Leistung in der Last durch Änderung des Teils der Halbwelle der Netzspannung geregelt, in dem der Triac Strom durchlässt. Dazu ist es notwendig, den Beginn jeder Halbperiode der Netzspannung (entspricht einer Spannung gleich oder nahe Null) und dann innerhalb von 10 ms (die Dauer der halben Periode der Netzspannung) auszuwählen mit einer Frequenz von 50 Hz), um den Steuerimpuls selbst zu erzeugen. Je früher also der Triac öffnet, desto mehr Leistung wird an die Last abgegeben. Der Impulsformer mit einer Frequenz von 100 Hz ist auf den Elementen VT1, VT2, R4, R5, R8 aufgebaut. Während der positiven Halbwelle der Netzspannung ist der Transistor VT1 geöffnet und während der negativen Halbwelle ist der Transistor VT2 geöffnet. Der Widerstand R5 begrenzt den Basisstrom der Transistoren. Der Widerstand R8 fungiert als Kollektorlast für beide Transistoren. Wenn die Netzspannung nahe Null liegt, sind beide Transistoren geschlossen und die Spannung an ihren Kollektoren ist gleich der Spannung am Minuspol der Stromquelle. In diesem Fall entstehen am Eingang 1 des Elements DD1.1 kurze Impulse negativer Polarität, entsprechend dem Beginn jeder Halbwelle der Netzspannung. Wenn der Regler eingeschaltet ist, liegt am Eingang 2 des Elements DD1.1 eine Spannung an, die einem hohen logischen Pegel entspricht. Daher werden negative Impulse am Eingang 1 dieses Elements von ihm invertiert und an die Basis des entsprechend angeschlossenen Transistors VT5 gesendet zur Emitterfolgerschaltung. Der durch ihn fließende Strom lädt den Kondensator C8 nahezu auf die Spannung der Stromquelle auf. Der Kondensator wird über den Stromkreis R9, R10, R12, VT4 entladen. Beim Entladen auf eine dem Schwellenwert entsprechende Spannung werden die Elemente DD1.2 und DD1.3 geschaltet. Der am Ausgang 11 des Elements DD1.3 auftretende Spannungsabfall wird durch die Schaltung C9R13 differenziert und in Form eines Impulses mit einer Dauer von etwa 12 µs über den Inverter DD1.4 dem Stromverstärker am Transistor VT6 und dann zugeführt an die Steuerelektrode des Triac VS1. Der variable Widerstand R10 regelt die Entladedauer des Kondensators C8, die den Einschaltzeitpunkt des Triacs und damit die effektive Spannung an der Last bestimmt. Die Zenerdiode VD5 sorgt für einen zuverlässigen Start des Dimmgeräts. Wenn es nicht vorhanden ist, beginnt beim ersten Einschalten des Reglers nach einer Betriebsunterbrechung ein Strom durch die Steuerverbindung des Triacs und des Transistors VT6 zu fließen, der das Laden des Filterkondensators C5 verhindert und die Spannung der Stromquelle verhindert vom Anstieg auf den Nominalwert. Der Widerstand R15 begrenzt den Strom durch die Steuerverbindung des Triacs. Die Notwendigkeit einer solchen Begrenzung ergibt sich nicht aus der Gewährleistung des sicheren Betriebs der Zenerdiode und des Triacs (ein so kurzer Stromimpuls kann sie nicht außer Kraft setzen), sondern aus einer möglichen Verschlechterung der Effizienz des Dimmers. Der Wechselrichter DD2.1 und der Trigger DD3.1 enthalten ein Steuergerät zum Ein- und Ausschalten des Dimmers, der Transistor VT4 enthält eine Einheit zum sanften Einschalten der Last und die Elemente DD2.2, DD2.3, VT7, HL1 enthalten eine Hintergrundbeleuchtungseinheit für die SB1-Taste (SB2 - SBn). Beim ersten Einschalten des Reglers oder nach einem Ausfall der Netzspannung erzeugt die C3R3-Kette einen positiven Impuls am R-Eingang des DD3.1-Triggers und versetzt ihn in den Nullzustand, in dem die Last ausgeschaltet wird. Das Element DD3.1 reagiert auf einen positiven Spannungsabfall am Eingang C und ändert bei jedem Auftreten seinen Zustand in den entgegengesetzten Zustand. Die R1C1-Kette unterdrückt das Prellen der Kontakte der SB1-Taste. Über den Widerstand R1 wird auch die Spannung am Eingang des Wechselrichters DD2.1 eingestellt. Wenn Sie die Taste SB1 drücken, entsteht am Ausgang dieses Elements ein positiver Spannungsabfall, wodurch der DD3.1-Trigger in den Einzelzustand wechselt. Ein hoher logischer Pegel, der am direkten Ausgang des Triggers erscheint, ermöglicht den Betrieb des logischen Elements DD1.1. Gleichzeitig wird der Kondensator C6 über den Widerstand R6 auf fast 10 V aufgeladen. Wenn die Spannung an diesem Kondensator ansteigt, steigt die Spannung am Gate des Transistors VT4 und der Widerstand seines Kanals nimmt allmählich ab und erreicht ein Minimum von 5. ,7 s nach Beginn des Ladevorgangs des Kondensators C6. Und da der Kanal des Transistors VT4 in Reihe mit dem Widerstand R10 mit dem Entladekreis des Kondensators C8 verbunden ist, steigt die Leistung in der Last sanft auf den durch den Widerstand R10 eingestellten Pegel an. Der Widerstand R11 erzeugt eine minimale negative Vorspannung am Gate des Transistors VT4, die sicherstellt, dass der Dimmer vollständig ausgeschaltet ist, ohne dass der Widerstand R10 einen Widerstand aufweist. Dieser Offset ist auch notwendig, damit beim Einschalten des Dimmers sofort die Last eingeschaltet wird. Der Kondensator C7 überbrückt den Widerstand R11 mit Wechselspannung und schließt ihn so vom Entladekreis des Kondensators C8 aus. Ein niedriger Spannungspegel vom inversen Eingang des Triggers DD3.1 schließt den Transistor VT3 und verhindert das Schalten der Inverter DD2.2 und DD2.3. Dadurch bleibt der Transistor VT7 geschlossen, es fließt kein Strom durch ihn und die in seinem Emitterkreis enthaltene LED HL1 leuchtet nicht. Beim nächsten Drücken der Taste SB1 (SB2-SBn) wechselt der Trigger wieder in den Nullzustand. Eine logische Null an seinem Ausgang 13 verhindert das Schalten des Elements DD1.1, und dessen Ausgang wird auf einen hohen logischen Pegel gesetzt, der den offenen Zustand des Transistors VT5 aufrechterhält. Dadurch wird der Kondensator C8 auf die maximale Spannung aufgeladen und die Last wird stromlos. Der zu diesem Zeitpunkt am Ausgang 12 des Triggers vorhandene logische Nullpegel öffnet den Transistor VT3, wodurch sich der Kondensator C6 schnell entlädt und der Dimmer zum erneuten Einschalten bereit ist. Der hohe logische Spannungspegel vom Ausgang 12 des Triggers geht auch an die Eingänge 13 und 9 der Logikelemente DD2.2, DD2.3 und ermöglicht ihnen, negative Impulse von der Last der Transistoren VT1, VT2 durchzulassen. Diese Impulse öffnen den Transistor VT7 für kurze Zeit und die in seinem Emitterkreis enthaltene HL1-LED leuchtet auf. Der Widerstand R14 begrenzt den durchschnittlichen Strom durch die LED, um das Netzteil nicht zu überlasten, da sonst die Spannung abfällt. Alle Teile des Dimmers, bis auf den Triac VS1 und die LED HL1, sind auf einer Leiterplatte aus einseitiger Glasfaserfolie montiert. Die Platinenzeichnung ist in Abb. dargestellt. 2, a, und die Lage der Teile darauf ist in Abb. 2, geb.
Bei der Installation können Sie Festwiderstände C2 - ZZN oder MLT und jeden variablen Widerstand mit dem im Schaltplan angegebenen Widerstandswert verwenden. Kondensatoren C1, C2, C8 - K73-15, K77 - 3 und weitere aus der Serie K70 - K78, Kondensator C2 muss für eine Spannung von mindestens 250 V ausgelegt sein. Kondensator C3 - jedes Oxid, C4, C9 - Keramik KM - 5, K10 - 17, C5 - K50 - 24 oder K50 - 29, C6, C7 - K53 - 14. Anstelle der Dioden können KD510, KD509 mit jedem Buchstabenindex funktionieren . Zenerdiode VD3 – jede mit einer Stabilisierungsspannung von 10 V. Die Transistoren VT1, VT2 können beliebige Silizium-PNP-Strukturen mit geringer Leistung und einem Stromübertragungskoeffizienten von mehr als 100 sein. Transistoren VT3, VT6, VT7 – Silizium mit geringer Leistung, VT5 – KT201-Serie mit beliebigem Buchstabenindex. Silizium-Niedrigleistungstransistoren mit NPN-Struktur sind ebenfalls geeignet. In diesem Fall müssen Sie jedoch eine Diode VD4 in das Gerät einbauen, die im Diagramm mit einer gestrichelten Linie dargestellt ist. Die Diode schützt den Emitterübergang vor einem Durchbruch durch die Sperrspannung, die jedes Mal auftritt, wenn der Transistor VT5 ausgeschaltet wird. Feldeffekttransistor der Serie KP305 mit beliebigem Buchstabenindex. Die Sicherung FU1 muss für einen Strom ausgelegt sein, der nicht kleiner als der Laststrom ist. Beim Einrichten eines Dimmers kommt es auf die Auswahl des Widerstands R11 an. Zunächst unterbrechen sie den Stromkreis, der Pin 2 des DD1.1-Elements und Pin 13 des DD3.1-Triggers verbindet. Dann wird Pin 2 von DD1.1 mit seinem Pin 1 verbunden. Danach wird der Schieberegler des Widerstands R10 gemäß Diagramm auf die unterste Position gestellt. Anstelle des Widerstands R11 schließen Sie einen variablen Widerstand mit einem Widerstandswert von 100 kOhm an und stellen den Schieberegler so ein, dass der im Stromkreis enthaltene Widerstand Null ist. Als nächstes schalten Sie den Dimmer im Netzwerk ein und warten, bis sich am Ausgang der Stromquelle eine Nennspannung von 10 V einstellt. Erhöhen Sie dann mit einem Oszilloskop die Form der Stromimpulse in der Last und erhöhen Sie den Widerstand des variablen Widerstand (R11), bis der Triac VS1 nicht mehr öffnet. Danach wird die Last mehrmals ein- und ausgeschaltet, wobei jedes Mal überprüft wird, ob der Transistor VT4 den Triac VS1 zuverlässig schließt. Dann wird der variable Widerstand durch einen konstanten ersetzt und die Verbindung zwischen Pin 2 des DD1.1-Elements und Pin 13 des DD3.1-Triggers wird wiederhergestellt. Bei Bedarf können Sie durch Installation und Auswahl des Widerstands R12 sicherstellen, dass der maximale Widerstand des Widerstands R10, der als Rheostat arbeitet, einer Nullspannung an der Last entspricht. Damit bei vollständig eingeschalteter Last möglichst wenig Spannung am Triac abfällt, sollte dieser möglichst schnell nach Beginn der Halbwelle öffnen. Dazu muss der Impulsgeber für den Nulldurchgang der Netzspannung ausreichend kurze Impulse erzeugen. Ihre Minimierung wird durch die Wahl der Widerstände R4 und R8 erreicht. Es ist unerwünscht, den Widerstandswert des Widerstands R5 zu verringern, da dies den Stromverbrauch erhöht. Der Dimmer hat eine so gute Eigenschaft: Wenn die Last eingeschaltet war, schaltet er sich nach einem kurzzeitigen Spannungsverlust im Netzwerk (für einen Zeitraum von nicht mehr als 2 Minuten) wieder ein. Dies liegt daran, dass sich der Kondensator C5 im Netzteilfilter sehr langsam entlädt, sodass kein Logikgatter schaltet. Bei der Einrichtung und dem praktischen Einsatz eines Dimmers ist zu beachten, dass alle seine Elemente, einschließlich der variablen Widerstandsachse, unter Netzspannung stehen. Um den Strom durch die HL1-LED zu begrenzen, empfiehlt es sich, den Widerstand R14 vom Basiskreis des Transistors VT7 in dessen Emitterkreis zu verlegen und so den Widerstand R14 auf 0,5...1 kOhm zu reduzieren. Autor: A.Rudenko, Charkow, Ukraine
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