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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik drossel für phasenanschnitt


Autor: Hulk (Gast)
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Hallo,

ich möchte für ein Halogenseilsystem einen µC gesteuerten Dimmer bauen. 
Das Halogenseilsystem wird mit einem herkömlichen Trafo gespeist. Das 
Systm hat um die 500 Watt. Ich habe im Internet diese sehr gute 
Bauanleitung gefunden: http://unmuth.de/pdf/doku_dimmer.pdf

So da ich mit dem Dimmer eine Induktive Last schalte mit hoher Leistung 
wird hier die Spule nach dem TRIAC vermutlich wichtig werden.

Ich habe daher mal etwas weiter gegoogelt, nach der Dimensionierung der 
Spule. Leider finde ich nirgends entsprechende Berechnungen. Da wird oft 
einfach gesagt "Ja 100µH werden langen" oder "nimm das größte was du 
kriegen kannst" oder so.

Darum frage ich hier mal ob es da nicht eine Formel gibt oder ob mir 
hier jemand eine Spule empfehlen kann die auch nicht gleich 10 cm groß. 
(Möchte die ganze Schaltung in eine Unterputzdose mit 60mm Durchmesser 
bekommen)

Bei Reichelt gibt es reichlich Typen. Ich hätte spontan diese Spule hier 
genommen: 
http://www.reichelt.de/Funkentstoerdrosseln-Ringkern/FED-100-/index.html?;ACTION=3;LA=5011;GROUP=B515;GROUPID=3182;ARTICLE=7637;OFFSET=1000;SORT=artnr

Was meint ihr?

Autor: Peter R. (pnu)
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Die Drossel dient zur Entstörung, ihr Wert ist nicht kritisch. Sie muss 
halt für den von der Last geführten Strom ausreichen. Nennstrom 5A ist 
doch die richtige Hausnummer bei 500W

Aber! in dem Schaltbild (Dimmer)ist die Drossel falsch an das Triac 
angeschlossen.

Das RC-Glied muss direkt parallel zum Triac liegen, da es ja 
Spannungspitzen abfangen soll und zu hohe du/dt Werte abfangen soll.
Da die Spannungsspitzen ja am Triac entstehen, ist im Moment die Drossel 
am falschen Ort.

Der eine Anschluss des RC-Gliedes (Snubber) mus an die andere Seite der 
Drossel, also zwischen Triac und Drossel angeschlossen sein.

: Bearbeitet durch User
Autor: Hulk (Gast)
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OK gut zu Wissen, dass die Drossel falsch sitzt.

Wirklich sicher, dass der Wert da unkritisch ist? Ich mein von EMV 
Störungen gehört zu haben, die durch solche Dimmer mit einer zu kleinen 
Drossel verursacht werden. Radioempfang etc. soll gestört werden. Und 
die Anschlussleitung ist bei mir zwischen Dimmer und Trafo halt auch 5 
Meter lang.

Ansonsten nehme ich meien schon vorgeschlagene Drossel.

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Braucht man nicht spezielle Dimmer für Transformatoren?

Autor: Werner (Gast)
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Hulk schrieb:
> OK gut zu Wissen, dass die Drossel falsch sitzt.

Und der Nulldurchgangsdetektor ist auch nicht das Gelbe vom Ei. Da gibt 
es bessere, die wesentlich weniger Energie im Vorwiderstand verheizen.
http://www.dextrel.net/diyzerocrosser.htm

Autor: Hulk (Gast)
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@Werner: Das wäre wohl das nächste was ich hier gefragt hätte. Habe 
diese AppNote von Atmel gefunden: 
http://www.atmel.com/Images/doc2508.pdf

Da ich die Schaltung mit einem Kondensatornetzteil betreibe und damit 
sowieso nicht galvanisch getrennt ist, kann ich auch gleich alles ohne 
galvanische Trennung machen.

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Da ist nochwas Faul.

Der Optokoppler 4N25 für die Null-Durchgangs-Erkennung ist über einen 
100k Ohm Widerstand angeschlossen. Bei der Spitzenspannung fließen etwa 
3mA. Der Optokoppler hat ein Übertragungsverhältnis von ca 20%, am 
Ausgang kann also ein Spitzenstrom von 0,6mA fließen. Der Ausgang hat 
einen 1k Ohm Pull-Up Widerstand. Somit bewegt sich die Ausgangsspannung 
im Bereich VCC und VCC-0,6 Volt. Das ist alles High. Kein gültiger Low 
Pegel.

Und selbst wenn der Strom größer wären, dann würde der Optokoppler 
keinesfalls den Nulldurchgang erfassen, sondern irgendeine Schwelle 
zwischen Null und Spitze.

Beim 78L05 fehlt Eingangsseitig ein 330nF Kondensator (siehe 
Datenblatt).

Der Transformator ist mit 6V zu knapp bemessen. Der Spannungsregler 
braucht 7V und am Gleichrichter gehen 1,5V verloren. Macht zusammen 
8,5V, die mindestens vorhanden sein müssen.

Bei dem zu erwartetenden Laststrom von rund 50mA kommt mir C4 zu niedrig 
vor. Ich würde aus dem Bauch heraus 220µF oder 470µF verwenden.

Der Spannungsregler wird warscheinlich thermisch überlastet. Er muss 
etwa 250mW in Wärme umsetzen, was für ein TO-92 Gehäuse arg viel ist. 
Nimm daher besser einen 7805 (ohne L). Auf dem Foto sieht man auch den 
größeren 7805 im TO220 Gehäuse. Ist besser so.

C1, C2 und C3 sind viel zu klein. Ich nehme da immer 100nF 630V. Im 
Handel werden oft Kondensatoren für 250V~/400V= angeboten, die werden 
nicht lange halten. Die Thyristoren sind korrekterweise für 700V 
ausgelegt. Alternativ eigent sich auch die M-Variante für 600V.

Weitere Sachen, die ich überdenken würde:

Wenn ein Triac im Leistungsteil kaputt geht, wird auch der Opto-Triac 
mit kaputt gehen. Daher würde ich diese wenigstens sockeln.

Der Schmitt-Trigger scheint mir unnötig, denn soweit ich weiß, wirken 
die Eingänge des Mikrocontrollers bereits wie Schmitt-Trigger.

Auf der Platine sehe ich zu wenig Sicherheitsabstand zwischen den 230V 
und der 5V, vor allem im Bereich um die Opto-Triacs herum. Da ist gar 
kein Sicherheitsabstand vorhanden. 5mm ohne Lötaugen sind Vorschrift! 
Das hat er im Text auch korrekt geschrieben, sich aber gar nicht dran 
gehalten.

: Bearbeitet durch User
Autor: Hulk (Gast)
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Hm du gibst mir ja viel zum Denken...

Könnte man den Nulldurchgang nicht einfach nach dem Transformator 
machen? Die Sinuswelle ist da ja die gleiche oder etwa nicht?

Autor: Marian  . (phiarc) Benutzerseite
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Stefan us schrieb:
> Der Schmitt-Trigger scheint mir unnötig, denn soweit ich weiß, wirken
> die Eingänge des Mikrocontrollers bereits wie Schmitt-Trigger.

Ne, normale AVR-Eingänge haben keinen Schmitt-Trigger am Eingang, 
sondern ne normale CMOS-Eingangsstufe.

Autor: Philip S. (psiefke)
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Beruflich habe ich eher mit der Oberliga der Veranstaltungstechnik zu 
tun, von daher verzeihe man mir die vielen Vergleiche mit den eben dort 
verwendeten Dimmern, das Beschriebene gilt aber für Deine Anwendung 
ebenso.

Zum ZC: Die Sinuswelle ist nach dem Trafo in etwa die Selbe, aber um 
einige xtel grad in der Phase verschoben, das sollte man beachten.

Ganz dicke Daumen Regel vorneweg: Je mehr Drossel-Spule, desto weniger 
Störungen.

Oder ganz platt:
- Je mehr Kilo der Dimmer auf die Waage bringt, desto weniger "brummen" 
hat man
später.


Es gibt kommerziell viele Hersteller, die nur die nötigste Entstörung in 
einen Dimmer bauen,
damit man diese legal in Europa verkaufen kann. Es gibt aber auch 
Hersteller,
die mit zusätzlichen Kosten größere Entstörungen einbauen.

Man muss sich dann natürlich immer für seine Eigenentwicklung fragen, 
wie wichtig ist
die Entstörung und wie kritisch ist der Preis, und wie groß sind die 
eventuellen
Folgekosten von "schlechter" Entstörung...


Ein bisschen technischer Hintergrund:

(Bei den folgenden Betrachtungen wird nur der Zeitliche Ausschnitt einer 
Netz-Halbwelle betrachtet, bzw. nur der Ausschnitt in dem der Thyristor 
zündet.)


Dimmer Anstiegszeiten:

Unter Dimmer-Anstiegszeit versteht man die Zeit, die die Spannung 
braucht um von dem Level vor der Zuendung der Thyristoren ( = 0V) auf 
den Maximalwert nach der Thyristor Zuendung anzusteigen (Momentane 
Netz-Spannung). Wenn man keine Spule im Dimmer hätte, währe die 
Anstiegszeit praktisch null und man hätte einen Sprung von 0 auf volle 
Ausgangsspannung. Ein Solcher "Dimmer" würde allerdings massivste 
Störungen Verursachen. Die Drosselspule im Dimmer verlangsamt (drosselt) 
diesen Anstieg, und die Zeit wird Größer.
Je höher die Anstiegszeit, desto flacher diese Kurve und desto weniger 
Störungen hat man.


-> Je höher der Wert für die Anstiegszeit, desto besser !


In guten Fernseh-Studios und Opern Häusern werden in der Regel 400 
Mikrosekunden Anstiegszeit Spezifiziert. In einigen sehr seltenen Fällen 
(Orchestergraben, extrem leise Opernhäuser) werden teilweise sogar bis 
zu 800 Mikrosekunden gefordert. Das kann man fast nur mit 
Festinstallations-Dimmern machen (Gewicht). Gute Profi Tour Dimmer haben 
in der Regel um die 100 - 200 Mikrosekunden. (Ok es gibt auch noch 
bessere). Da man diese ja auch noch Transportieren können muss. Und dann 
gibt es die gesamte low-cost und "Disco" Fraktion. Da es in diesem 
Marksegment leider fast nur auf den Preis und so gut wie gar nicht auf 
"Features" ankommt, müssen die Hersteller hier leider Kompromisse 
machen. Diese Dimmer haben in der Regel weniger als 100 bis hin zu <10 
Mikrosekunden Anstiegszeit. Wer hier seine Tonanlage bzw. Audiokabel in 
der Nähe aufbaut bzw. Dimmer und Audio Kabel nebeneinander legt, hat 
leider verloren...


Als Faustformel kann man gut die Formel von Hendrik Hölscher 
heranziehen.

L = (t*U)/(2.198*I)

t ist die risetime in [s], U die Spannung in Volt und  I ist der Strom 
in Ampere

Deine Drossel sollte also bei anzustrebenden 100µS Anstiegszeit mit rund 
5mH bei mind. 3A spezifiziert sein.

Wichtig ist natürlich, ab wann die Drossel in die Sättigung geht. Steile 
Anstiegszeiten trotz ausreichend viel mH kommen unter anderem eben durch 
magnetische Sättigung der Drosselspule zustande.

Das finden des "richtigen" Drosselpulenkerns mit dem richtigen Material, 
ist
eine Wissenschaft für sich...




Um dann seinen Dimmer nach der Konstruktion auch zu überprüfen, geht man 
bei den Messungen  folgendermaßen vor:

(Nur diese Messung ist international anerkannt und kann als 
Vergleichsmerkmal zu kommerziellen Dimmern herangezogen werden:)

- 50% Dimmer Ansteuerung

- Unter Nennlast des Dimmer Kanals: (Ein 0.5KW Dimmer muss auch mit 
0.5KW belastet werden. Bei niedrigerer Last werden die Zeiten kleiner = 
schlechter)

- Mit einem Oszilloskop muss die Zeit zwischen 10% und 90% der Dimmer 
Ausgangsspannung im Zeitpunkt der Thyristor Zündung gemessen werden 
(Vorsicht Netzspannung)

Grüße aus der Schweiz

Philip

Autor: Hulk (Gast)
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5mH? Das muss ja eine rießen Spule sein. Ich finde bei Reichelt 
jedenfalls nur diese hier: 1mH 8,3cm groß: 
http://www.reichelt.de/Funkentstoerdrosseln-Ringkern/TLC-5-0A-1000-/3/index.html?&ACTION=3&LA=2&ARTICLE=105595&GROUPID=3182&artnr=TLC+5%2C0A-1000%C2%B5

Also wie gesagt ich will die ganze Schaltung in eine Unterputzdose 
bekommen.

Audiokabel liegen nicht direkt neben der Leitung. Aber Radioempfang 
sollte schon noch möglich sein...

Autor: Philip S. (psiefke)
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Autor: Hulk (Gast)
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Das sind dann aber sogenannte Stromkompensierte Drosseln. Die gibt es 
bei Reichelt auch. Nur ist das dass richtige für mein vorhaben? Dann 
wpürde ich diese hier nehmen: 
http://www.reichelt.de/Stromkompensierte-Drosseln/CAF-4-0-3-3/3/index.html?&ACTION=3&LA=2&ARTICLE=32286&GROUPID=3183&artnr=CAF+4%2C0-3%2C3

Nur wie muss ich diese dann anschließen? Haben ja 4 Anschlüsse.

Autor: Philip S. (psiefke)
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Ich Trottel diese Drossel ist natürlich eher doof. Da Du sie ja 
unkompensiert betreiben würdest, ginge sie sehr schnell in Sättigung. 
Das funktioniert so nicht.

Autor: Philip S. (psiefke)
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Geldspartipp, der mir grad in den Sinn kam:

Phasenabschnitt, dann kann die Drossel komplett entfallen, ist auch 
besser für die Dimmung von induktiven Verbrauchern, wie Trafos.

Die Frage ist natürlich auch, wieviel Leistung du wirklich hast. Meine 
Betrachtungen schießen evtl. über das Ziel hinaus. ;)

Vielleicht baust du einfach eine "Angstdrossel" ein und schaust, was 
passiert...

: Bearbeitet durch User
Autor: Hulk (Gast)
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Also das "altbewährte" Trial und Error verfahren :D

Auf das wirds wohl hinauslaufen. Ich bestell die Teile einfach mal, baus 
zusammen und schau was passiert

Autor: Anja (Gast)
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Philip Siefke schrieb:
> Vielleicht baust du einfach eine "Angstdrossel" ein und schaust, was
> passiert...

Triacs sind relativ empfindlich gegen Spannungsanstiegs- und 
Stromanstiegsgeschwindigkeiten -> Drossel ist hier notwendig.

Ideal sind Eisenpulverkerndrosseln.

z.B. Conrad 534358 oder Conrad 534366. Bis 300W auch Conrad 534340.

Gruß Anja

Autor: MaWin (Gast)
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Philip Siefke schrieb:
> Phasenabschnitt, dann kann die Drossel komplett entfallen, ist auch
> besser für die Dimmung von induktiven Verbrauchern, wie Trafos.

Bist du des Wahnsinns, Phasenabschnitt ist das übelste was du einem 
richtigen Eisenkerntrafo antun kannst, der ist schliesslich eine 
Induktivität deren Strom weiterfliessen will also lieber einen 
Zündfunken erzeugt als klein beizugeben.

Phasenanschnitt ist schon ok, der Trafo wirkt sogar bereits als Drossel 
so dass die Anstiegszeit gebremst ist, richtige Drosseln braucht man nur 
bei ohmschen Lasten, also Glühbirnen.

Zur Berechnung der Drossel siehe auch

http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.25

Anja schrieb:
> Triacs sind relativ empfindlich gegen Spannungsanstiegs- und
> Stromanstiegsgeschwindigkeiten -> Drossel ist hier notwendig.

Der Trafo ist schon eine Drossel. Falls man natürlich eines Tages 
Hochvolt-Halogen anschliessen will...

Autor: Marian  . (phiarc) Benutzerseite
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Hulk schrieb:
> 5mH? Das muss ja eine rießen Spule sein. Ich finde bei Reichelt
> jedenfalls nur diese hier: 1mH 8,3cm groß:
> 
http://www.reichelt.de/Funkentstoerdrosseln-Ringkern/TLC-5-0A-1000-/3/index.html?&ACTION=3&LA=2&ARTICLE=105595&GROUPID=3182&artnr=TLC+5%2C0A-1000%C2%B5

Joar, in den großen Dimmern wird auch ein Großteil des Gehäuses von 
einer oder mehreren großen, vergossenen Drosseln eingenommen. Die sehen 
auf den ersten Blick wie Ringkerntrafos aus.

Sieht z.B. so aus: 
http://www.etcconnect.com/img/products/sensor3-modules-4.jpg (das müsste 
allerdings ein Modul für kleinere Leistungen sein, bei den größeren sind 
die Drosseln noch ein gutes Stück größer)

: Bearbeitet durch User
Autor: Anja (Gast)
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MaWin schrieb:
> Der Trafo ist schon eine Drossel.

Mhm,

im Leerlauf schon.

Aber wieviel effektive Induktivität/Anstiegsstrombegrenzung bleibt bei 
Belastung mit den ganzen Niedervoltlampen noch übrig?

Gruß Anja

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Philip Siefke schrieb:
> Das kann man fast nur mit
> Festinstallations-Dimmern machen (Gewicht). Gute Profi Tour Dimmer haben
> in der Regel um die 100 - 200 Mikrosekunden.

Bei Interesse kann ich gerne mal ein paar Fotos von alten 10kW Dimmern 
machen, die ich damals beim Umbau unseres Theaters auf neue Technik 
mitgenommen habe. (Umstellung von 0-10V auf DMX)

Die Drossel in den Teilen nimmt etwa die Hälfte des gesamten Raumes des 
Dimmers ein, also etwa 8cm*8cm*5cm. Ich schätze mal, das sie in der 
5-10mH Liga spielt.

Autor: Falk B. (falk)
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@ Anja (Gast)

>Aber wieviel effektive Induktivität/Anstiegsstrombegrenzung bleibt bei
>Belastung mit den ganzen Niedervoltlampen noch übrig?

Die Streuinduktivität. Ich würde mal auf 1-3% der Leerlaufinduktivität 
tippen. Und da die bei einem mittleren Trafo schon bei 1H und mehr 
liegt, sollte das reichen.

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