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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Sinus-Dimmer


Autor: Stoneman (Gast)
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Hallo,

ich bin im Internet auf die "neuen" Dimmer gestoßen, die 230V Lasten
nicht wie bisher durch an/abschnitt dimmen, sondern durch regeln der
Sinusspannungsamplitude. Nur leider habe ich nichts gefunden, wie die
Dinger funktionieren könnten.
Deshalb wollte ich nur mal fragen, ob ihr wisst wie so ein Ding
funktionieren kann.

MfG

Stoneman

Autor: Marko B. (Gast)
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Stelltrafo?

Autor: SuperUser (Gast)
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wenn es elektronisch ist (kein Stelltrafo :-)

a) Netzspannung gleichrichten
b) Gleichspannung wieder in Wechselspannung wandeln. Dabei deutlich
höhere Frequenz als Netzfrequenz nehmen und Amplitude entsprechend
modulieren, dass ein 50Hz Sinus Signal entsteht.
c) Oberwellen rausfiltern

Autor: Stoneman (Gast)
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so ähnlich habe ich mir das auch versucht zu erklären, nur stellt sich
mir dann noch die Frage, ob das mit vertretbarem Aufwand auch für
größere Lasten so um 2kW@230V~ möglich ist.
Denn 2kW gleichrichten und dann wieder Wechselrichten braucht doch
sicher einen riesigen Aufwand, oder?

Autor: micro1 (Gast)
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Eigentlich nicht.
Du brauchst halt 2 Halbbrücken,4 Dioden und nen µC.
Durch Raumzeigermodulation kannst du dann alles steuern

Autor: Jochen Steinmann (stoneman)
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Wenn man nur so ein paar Baugruppen benötigt, dann müsste es doch mit
vertretbarem Aufwand möglich sein soetwas selber aufzubauen, oder?
Ich habe von den Sinusdimmern gehört, und würde so einen gerne selber
einsetzen, wenn sie nicht ganz so teuer wären. Also ist mal wieder
Selbstbau angesagt:

Halbbrücken und Dioden gibt es doch schon für wenig Geld, dazu ein µC
und fertig ist der Dimmer. Gut der muss ja fürs erste nicht mit 2kW
Last laufen, sondern 100W reichen auch.

Also habe ich richtig verstanden:
Ich denke mal mit den Dioden die Wechselspannung in + und -
Sinushalbwelle aufspalten und dann mit den Halbbrücken wieder zusammen
basteln, aber wie genau??

Autor: Stefan Kleinwort (_sk_)
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Auf electronicnet.de in Ausgabe 15/2005 kannst Du einen Artikel über
Sinusdimmer runterladen.
Bei Strand lighting habe ich auch mal einen Artikel gefunden.

Einen Sinusdimmer zu bauen ist eine andere Aufgabe als bei dem Phasen
An/Abschnitt Kram, da musst Du richtig Zeit mitbringen. Und einen
Patentanwalt wohl auch, wenn Du den jemals verkaufen willst.

Gruß, Stefan

Autor: TOM (Gast)
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Muß man denn wirklich gleichrichten und zwei Halbrücken haben? Wenn ich
die Frequenz nicht ändern will, brauche ich doch nur eine PWM.

Eine Gleichrichterbrücke in Reihe zur Last und nen FET in dessen
"Gleichstromseite" solten es doch tun. Und natürlich Filter.

Oder sehe ich das falsch?

Gruß

Thomas

Autor: SuperUser (Gast)
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@TOM:
Die Idee ist gar nicht so schlecht. Ohne mich näher damit beschäftig zu
haben befürchte ich mind. zwei Probleme:
a) Das Netz wird erheblich gestört
b) Wie wird der Freilauf-Pfad für nicht ohmsche Lasten realisiert

Im Anhang mal ein Beispiel Bildchen für die dc/ac Wandlung. Ein
heutzutage wichtiger Punkt ist PFC (power factor correction), d.h.
möglichst auch sinusförmiger Strom - phasengleich zur Spannung. Für die
aktive PFC ist der Ausgleichpfad unten vorgesehen.

Literatur z.B:
T.F.Wu, Y.J.Wu and Y.C.Liu, “Development of Converters for Improving
Efficiency and Achieving Both Power Factor Correction and Fast Output
Regulation,” Proc. IEEE APEC’99, 1999, pp. 958-964.

A.Ikriannikov and S.Cuk, "Direct AC/DC Conversion without Input
Rectification," IEEE PESC’99 Conf. Rec., 1999, pp. 181-186

Y.Jiang, G.C.Hua, W.Tang and F.C.Lee, “A Novel Single-Phase Power
Factor Correction Scheme, “ Proc. IEEE APEC’93, 1993, pp. 287-292.

R:Redl, L.Balogh and N.O. Sokal, “ A New Family of Single-Stage
Isolated Power-Factor Correctors with Fast Regulation of the Output
Voltage, ” IEEE PESC’94 Conf. Rec., 1994, pp. 1137-1144.

Autor: Jochen Steinmann (stoneman)
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ich habe mich auch schon gefragt, wie man so eine Spannung regeln kann,
am einfachsten wäre wohl ein OP mit +325V und -325V und an den Eingang
dann die Sinusspannung mit einem DAC bereitstellen, nur gibt es so
große OPs?? Ich befürchte nein.
Oder ein Differenzenverstärker aus Transistoren der dann mit dem Sinus
gespeist wird.

Und verkaufen will ich das Zeug nicht

Autor: TOM (Gast)
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@Jochen:
Deine "OP-Lösung" wäre aber im Prinzip ein Längsregler und wenig
effektiv. Mal abgesehen von der existenz solcher OPs.

Um einen rein schaltenden-Betrieb wird man bei diesen Strömen nicht
rumkommen um die Verlußte gering zu halten. Das vernünftige Filtern und
Phasenkorrigieren wird eine der Hauptdiziplinen werden.

@Superuser:
Das habe ich auf die Schnelle nicht bedacht, aber da dürftest du recht
haben.

Gruß

Thomas

Autor: Danny P. (Gast)
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@all:

gibt es eine vernünftige Anwendung eines solchen Sinusdimmers, die den
Aufwand rechtfertigt?
Der Aufwand ist fast so hoch als würde man einen kompletten
Frequenzumrichter bauen...

per An-/Abschnitt kann doch auch alles bewerkstelligt werden, oder?
Na ausser des nicht sinusförmigen Stromes... aber dies stellt ja kein
Problem dar


greetz
Danny

Autor: Jochen Steinmann (stoneman)
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Ein Sinus-Dimmer reduziert z.B. das "Singen" der Lampen, bzw. lässt es
erst gar nicht auftreten. Ebenfalls ist er gleichermaßen für induktive
und ohmsche Lasten geeignet.

Mich interessiert die Technologie dahinter

Autor: Andreas Lang (Gast)
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Soweit ich weiß macht ein "Sinusdimmer" nichts anderes, als die
Netzspannung mit einer PWM (Frequenz von mehreren 10kHz) zu
"multiplizieren". Durch die hohe Frequenz kommt man mit recht kleinen
Drosseln aus.

Autor: Jochen Steinmann (stoneman)
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was sind das denn für "komische" Drosseln, ich denke mal, das es sich
um solche Stromkompensierende Drosseln handelt. Und wie berechnet man
soetwas, oder gibt es da nur Try and Error im Simulationsprogramm??
Ich habe zwar eine Formel gefunden:
L = (t*U)/(2.198*I)
und die Symbole erklären sich mir auch,
t ist die Zeit, die der Strom braucht um von 10% auf 90% anzuwachsen, U
und I sind Spannung und Strom, die 2,198 stehen warscheinlich für die
Permiabilitätszahl.
So damit müsste ich das berechnen können.
Wie simuliert man eigentlich solche Sachen, SwitcherCAD und PSpice
stehen zur Verfügung, nur habe ich da keine Stromkompensieren Drosseln.

Autor: Andreas Lang (andreas) (Gast)
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Man kann die Stromkompensierenden Drosseln auch durch einfache Spulen
ersetzen. Das einzige, worum es hier geht ist die Tiefpasswirkung in
Verbindung mit den Kondensatoren, sonst hat man nämlich je nach
PWM-Frequenz einen hübschen 3,6kW Langwellensender (bei 77kHz liegt
z.B. der DCF-77, und den sollte man besser nicht stören, weil sonst der
Peilwagen nicht lange auf sich warten lässt).
Die Stromkompesierenden Drosseln kann man in PSpice vermutlich durch
Trafos mit 1:1 Wicklungsverhältnis, oder in erster Näherung durch 2
Spulen ersetzen. Die Formel, die du da nennst kommt mir irgendwoher
bekannt vor... die stammt wohl von irgendeiner Dimmer/DMX Seite. Die
gibt an, wie lange es dauert bis der Strom von 10% auf 90% angestiegen
ist (sog. risetime). Die 2,198 haben mit der Permeabilitätszahl nichts
zu tun, die steckt in deinem L mit drin, was ja die Selbstinduktivität
der Spule ist. Die Formel ergibt sich, wenn man die entsprechende
Differentialgleichung entsprechend umformt. Näheres dazu findet sich in
jedem Physikbuch ab Oberstufe. Die Formel findet sich auch auf
http://www.hoelscher-hi.de/hendrik/light/analogdimmer.htm.
Interessanter für einen Sinusdimmer ist da schon die Eckfrequenz der
Tiefpässe (=>Wikipedia: Tiefpass), die so liegen sollte, dass die PWM
einige Oktaven drüber liegt.
Ich könnte jetzt hier auch Formeln herleiten, aber dazu bin ich grad
etwas zu müde.
Nochmal zu den Drosseln: die sollten halt auf beiden Leiter
hochfrequente Anteile beseitigen. Außerdem sind die beiden Wicklungen
so auf dem Kern, dass sich die beiden Magnetfelder bei entsprechender
Beschaltung gegenseitig auslöschen. Dieser Effekt macht sich bei 50Hz
noch nicht all zu stark bemerkbar, bei 50kHz aber sehr wohl. Man
versucht also, eine höhere Dämpfung hinzubekommen (praktischerweise
gleich auf beiden Leitern).
Was Power factor und Co. angeht, braucht man sich beim Sinusdimmer
keine größeren Gedanken zu machen, da er sich (nach dem man den ganzen
hochfrequenten Kram rausgefiltert hat) nach außen hin wie ein
veränderbarer Widerstand gibt. D.h. der Stromverbrauch verteilt sich
schön brav auf die gesamte Vollwelle. Wenn man jetzt eine 1kW
Pressglashalogenglühbirne  (z.B. PAR64) jetzt hinter einem solchen
Dimmer hängen hat und den Transistor/FET/IGBT mit einer PWM mit 10%
Dutyfactor ansteuert sieht es an der Steckdose so aus, als ob es eine
100W-Birne wäre. Das Bild zeigt den Stromverlauf, wie er bei einer
ohmschen Last und 1000 Hz PWM mit 50% Dutyfactor aussehen würde.

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