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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Triac-Leistungsregler mit geringem Rauschen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Regler für Strom, Spannung, Leistung Auf den Seiten unseres Magazins wurden mehrfach Trinistor-Leistungsregler mit Phasenanschnitt beschrieben. Doch leider sind viele von ihnen starke elektromagnetische Störquellen, was den Einsatzbereich der Geräte einschränkt. Ausländische Haushaltsregler sind zwingend mit einem eingebauten Rauschunterdrückungsfilter ausgestattet. Darüber hinaus muss das Ausmaß der von ihnen verursachten Störungen den strengen Standards eines bestimmten Landes entsprechen. Der Autor des Artikels spricht über einen dieser Regulatoren. Die Schaltung eines Leistungsreglers mit Phasenimpulssteuerung ist in Abb. dargestellt. 1. Der Aufbau erfolgt nach der klassischen Schaltung mit einem symmetrischen 32V-Dinistor (VD3) und einem TIC226M-Triac (VS1). Bei jeder Halbwelle der Netzspannung wird der Kondensator C1 durch den durch die Widerstände R2, R3 fließenden Strom aufgeladen. Wenn die Spannung an ihm 32 V erreicht, öffnet der Dinistor und der Kondensator C1 wird schnell über den Widerstand R4, den Dinistor VD3 und die Steuerelektrode des Triacs entladen. Somit erfolgt die Steuerung des Triacs in den Quadranten I und III: Wenn die Spannung an der konventionellen Anode des Triacs (der obere Anschluss VS1 im Diagramm) positiv ist, ist auch der Steuerimpuls positiv, und wenn die Spannung negativ ist, es hat negative Polarität.
Der Leistungswert der an Anschluss X1 angeschlossenen Last hängt davon ab, wie lange der Triac während jeder Halbwelle der Netzspannung eingeschaltet bleibt. Der Zeitpunkt, zu dem der Triac eingeschaltet wird, wird durch die Schwellenspannung des Dinistors und die Zeitkonstante (R2 + R3)C1 bestimmt. Je größer der Widerstand des eingeführten Teils des variablen Widerstands R2 ist, desto länger ist der Zeitraum, in dem sich der Triac im geschlossenen Zustand befindet, desto weniger Leistung befindet sich in der Last. Die im Diagramm angegebenen Werte der Zeitkonstantenelemente bieten einen nahezu vollständigen Bereich der Ausgangsleistungsregelung – von 0 bis 99 %. Um eine einigermaßen sanfte Steuerung der Ausgangsleistung zu erreichen, muss der variable Widerstand R2 die Charakteristik der Gruppe B haben. Ein Widerstand der Gruppe B reicht auch aus, muss dann aber so eingeschaltet werden, dass eine Leistungssteigerung erfolgt Leistung (d. h. mit einer Verringerung des Widerstands des variablen Widerstands) tritt auf, wenn seine Griffe gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden. Die aus den Dioden VD1, VD2 und dem Widerstand R1 gebildete Schaltung gewährleistet eine reibungslose Anpassung bei minimaler Ausgangsleistung. Ohne sie weist die Regler-Regelkennlinie eine Hysterese auf. Beispielsweise ändert sich die Helligkeit einer als Last verwendeten Glühlampe mit zunehmender Ausgangsleistung sprunghaft von Null auf 3...5 % der maximalen Helligkeit. Der Kern dieses Phänomens ist wie folgt. Wenn bei einem hohen Widerstandswert des Widerstands R2 die Spannung am Kondensator C1 30 V nicht überschreitet, öffnet der Dynistor nicht während der gesamten Halbwelle der Netzspannung und die Ausgangsleistung ist Null. In diesem Fall hat die Spannung am Kondensator zu dem Zeitpunkt, an dem die Netzspannung „Null“ durchläuft, einen Nullwert und in der nächsten Halbwelle ist der Kondensator für einen erheblichen Teil der Zeit entladen. Wenn der Widerstandswert des Widerstands R2 verringert wird, wird der Kondensator am Ende des Halbzyklus entladen und beginnt sofort mit dem Laden im nächsten Halbzyklus, nachdem die Spannung am Kondensator beginnt, die Ansprechschwelle des Dinistors zu überschreiten. Daher öffnet sich der Dinistor im neuen Halbzyklus früher. Die Dioden-Widerstandskette entlädt den Kondensator beim Übergang der Netzspannung von einer negativen in eine positive Halbwelle und eliminiert so den Effekt eines abrupten anfänglichen Leistungsanstiegs in der Last. Der Widerstand R4 begrenzt den maximalen Strom durch den Dinistor auf etwa 0,1 A und verlangsamt den Entladevorgang des Kondensators C1. Dies gewährleistet eine relativ lange Impulsdauer, die ausreicht, um den Triac VS1 auch bei einem erheblichen induktiven Anteil der Last zuverlässig auszulösen. Bei den im Diagramm angegebenen Werten von Widerstand R4 und Kondensator C1 beträgt die Dauer des Steuerimpulses 130 μs. Während eines erheblichen Teils dieser Zeit fließt ein Strom durch die Steuerelektrode des Triacs, der ausreicht, um den Triac in jedem Quadranten zu öffnen – bei einem 32-V-Triac entspricht dies 50 mA. Ein symmetrischer 32V-Dinistor (VD3) sorgt dafür, dass der Öffnungswinkel des Triacs in beiden Halbwellen der Netzspannung identisch ist. Folglich führt der beschriebene Regler keine Gleichrichtung der Netzspannung durch, so dass er in vielen Fällen sogar zur Steuerung einer über einen Transformator angeschlossenen Last verwendet werden kann. Der 32-V-Dinistor kann durch einen Analogon ersetzt werden, der aus Transistoren unterschiedlicher Struktur besteht, wie in Abb. 2. Die Diodenbrücke VD4-VD7 sorgt für die Symmetrie der Triac-Steuerung und die stromsparende Zenerdiode VD8 legt die Betriebsschwelle des Analogs fest. Die Transistoren VT1 und VT2 müssen einem erheblichen Impulsbasisstrom (mindestens 0,1 A) standhalten. Der statische Stromübertragungskoeffizient der Basis des Transistors VT2 beträgt mindestens 50. Die Brückendioden müssen außerdem einem Gleichimpulsstrom von mindestens 0,15 A standhalten. Geeignet sind beispielsweise Dioden der Serie KD103 mit beliebigem Buchstabenindex.
Die maximal zulässige Spannung der Dioden und Transistoren des Dinistor-Analogs muss mindestens 30 % größer sein als die Stabilisierungsspannung der VD8-Zenerdiode, also mindestens 50 V. Sie können zwei Zenerdioden mit geringer Leistung verwenden und diese miteinander verbinden in Reihe geschaltet, so dass ihre gesamte Stabilisierungsspannung 25...30 V beträgt. Die Widerstände R7 und R8 verleihen dem Analogon eine hohe Temperaturstabilität. Mit dem Triac TIC226M, dessen zulässiger Strom 8 A beträgt, können Sie eine Last mit einer Leistung von bis zu 1 kW steuern. Für Lasten mit einer Leistung bis 2 kW können Sie Triacs mit einem zulässigen Strom von 15...16 A verwenden. Anstelle des TIC226M-Triacs können Sie den heimischen KU208G-Thyristor verwenden. Allerdings weist es eine deutlich schlechtere Empfindlichkeit auf. Für einen zuverlässigen Betrieb muss ein Strom von mindestens 208 mA durch die Steuerelektrode des KU250G-Thyristors bei einer Umgebungstemperatur von -60 °C bzw. 170 mA bei Raumtemperatur fließen. Daher sollte bei Verwendung des SCR KU208G der Widerstandswert des Widerstands R4 auf 100 Ohm und die Induktivität der Induktivität L1 auf 100 μH reduziert werden. Dementsprechend müssen Transistoren und Dioden in einem Analogon eines Dinistors (Abb. 2) Strömen von bis zu 0,3 A standhalten. Der Grad der durch einen solchen Regler verursachten Störungen wird deutlich höher sein. Darüber hinaus weist es eine geringere Stabilität auf, wenn es an einer Last mit einer induktiven Komponente betrieben wird. Der Spannungsabfall am Triac VS1 beträgt ca. 2 V, daher muss der Triac bei einer Belastung von mehr als 100 W auf einem entsprechenden Kühlkörper montiert werden. Bei geringerer Belastung kann die Leiterplatte des Reglers selbst als Kühlkörper dienen. Dazu sollte der Triac im TO220-Gehäuse auf der Folienseite der Leiterplatte platziert, mit einer MZ-Schraube und Mutter verschraubt werden und ein Folienabschnitt mit einer Fläche von 3...5 cm2 angebracht werden unter dem Einbauort des Triacs belassen. In Amateurkonstruktionen werden anstelle eines Triacs häufig eine Diodenbrücke und ein Thyristor verwendet, was die Kosten der Komponenten und die Größe der Struktur erhöht. Diese Lösung verdoppelt etwa die Verlustleistung im Regler und schränkt den Bereich der zulässigen Lasten ein. Darüber hinaus erfolgt die Aufladung des Speicherkondensators mit einer unipolaren Spannung, die, wie im Artikel von A. Maslov „Noch einmal über den Thyristor-Leistungsregler“ (siehe „Radio“, 1994, Nr. 5, S. 37), führt bei geringer installierter Leistung zu Störungen des Reglers. Wenn man über den Artikel von A. Maslov spricht, muss man unbedingt erwähnen, dass die von ihm vorgeschlagene Methode zur Reduzierung der Spannungsanstiegsgeschwindigkeit am Thyristor (dV/dt) aufgrund seiner Überlastung mit einem Impulsstrom zu Schäden am Thyristor führen kann im Moment des Einschaltens, da der Entladestrom des Kondensators, der den Thyristor überbrückt, in keiner Weise begrenzt ist. Wenn Sie einen hochwertigen Kondensator mit niedrigem Innenwiderstand verwenden, wird der SCR mit ziemlicher Sicherheit durch Überschreiten des Stromwerts oder der Stromanstiegsgeschwindigkeit (dV/dt) zerstört. Um diesen Nachteil zu beseitigen, müssen Sie einen drahtgewickelten oder volumetrischen Kohlewiderstand mit einem Widerstand von mindestens 10 Ohm in Reihe mit dem Speicherkondensator schalten. Metallschicht- und Kohleschichtwiderstände sind für diesen Zweck ungeeignet, da sie aufgrund der hohen Momentanverlustleistung im Moment des Einschaltens des Thyristors ausfallen können. Im beschriebenen Leistungsregler (siehe Abb. 1) wird die Spannungsänderungsrate im Triac VS1 durch die Kondensatoren C2, C3 begrenzt, und ihr Entladestrom beim Öffnen des Triacs wird durch die Induktivität L1 begrenzt. Moderne Triacs können einer Spannungsanstiegsgeschwindigkeit von 50...200 V/µs standhalten, einige sogar bis zu 750 V/µs, sodass die relativ kleine Kapazität der Kondensatoren C2, C3 eine Fehlauslösung des Triacs auch bei niederohmigen Lasten verhindert . Wir müssen leider feststellen, dass veraltete Haushaltsthyristoren der Serie KU208 nur 10 V/μs haben. Gleichzeitig bilden die Induktivität L1 und die Kondensatoren C2, C3 einen Tiefpass-Rauschfilter. Der Induktor muss dem Laststrom standhalten, ohne den Magnetkreis zu sättigen. Als Magnetkreis verwendete der Autor einen Ring mit einem Außendurchmesser von 26,5, einem Innendurchmesser von 14,5 und einer Dicke von 7,5 mm aus Eisenpulver mit einer magnetischen Permeabilität von 75. Die Wicklung enthält 58 Windungen PEV-2-Draht mit einen Durchmesser von 1 mm. Diese Drossel ist für den Betrieb mit Lasten bis 1 kW geeignet. Bei Verwendung des KU208G SCR sollte die Anzahl der Induktorwindungen auf 40 reduziert werden. Die Kondensatoren C2 und C3 müssen vom Typ X1 oder X2 sein (dies ist die internationale Bezeichnung für Kondensatoren) und speziell für die Verbindung zwischen Netzwerkkabeln vorgesehen. Sie befinden sich in Gehäusen aus selbstverlöschendem Kunststoff, was Brände verhindert, die durch den Ausfall von Kondensatoren entstehen können. Auf dem Gehäuse eines solchen Kondensators sollte seine Nennspannung von 250VAC angegeben sein, was der Verwendung in einem Wechselstromnetz (AC = alternierter Strom, also Wechselstrom) entspricht. Darüber hinaus müssen auf den Gehäusen Symbole von Prüflaboren angebracht sein, die diesen Kondensatortyp getestet und für den Einsatz in Wechselstromnetzen als geeignet befunden haben. Gute Kondensatorgehäuse sind normalerweise mit diesen Markierungen übersät, da sie in vielen Labors getestet wurden. Als letzten Ausweg können Sie anstelle eines Kondensators vom Typ X1 oder X2 einen Metallfolien- oder Papierkondensator mit einer Nennspannung von mindestens 400 V verwenden. Autor: A. Kuznetsov, Moskau
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