Diese Seite beschreibt die Funktionsweise eines Wechselstromstellers, oder
eines Dimmers, wie er allgemein bezeichnet wird. Die Schaltung ist mit
dem auf der Stromrichterseite beschriebenen Steuersatz
aufgebaut. Die Thyristoren (BT 152R 800V/20A) befinden sich in dem schwarzen
Kästchen. Als Last dient hier vorerst einmal eine Glühbirne,
die in ihrer Helligkeit gesteuert wird. Versorgt wird die Schaltung aus
dem Regeltrafo, der im Hintergrund zu sehen ist.
Wer keinen so aufwendigen Versuchsaufbau machen will, kann dazu auch
einen einfachen Lichtdimmer benutzen. Alle die schon einmal einen Licht
Dimmer eingebaut haben, wissen, dass er nicht so groß ist wie
dieser Versuchsaufbau. Das liegt daran, dass ein normaler Lichtdimmer
einen Triac verwendet und die Steuerimpulse auf sehr einfache und daher
ungenaue Art erzeugt. Ein Triac kann bei jeder Halbwelle durch einen positiven
oder negativen Steuerimpuls gezündet werden.
Der Triac ist in dieser Schaltung durch zwei antiparallel geschaltete Thyristoren
ersetzt. Die Ansteuerung hat nun so zu erfolgen, dass in der positiven
Halbwelle der obere und in der negativen Halbwelle der untere Thyristor
gezündet wird. Dadurch ist sichergestellt, dass die Ausgangsspannung
wieder eine Wechselspannung ist. Da beide Halbwellen ihre Polarität
nicht ändern (keine Gleichrichtung), ist der Arithmetische Mittelwert
der Ausgangsspannung immer Null. Das setzt allerdings voraus, dass
beide Thyristoren immer zum selben Zeitpunkt angesteuert werden. Wird der
obere im Spannungsmaximum (Steuerwinkel 90°) gezündet, dann muss
das auch für den untere gelten. Bei einem Triac-Dimmer können
die Zündzeitpunkte bei positiver und negativer Halbwelle etwas unterschiedlich
sein. In dieser aufwendigen Schaltung wird das aber sehr genau eingehalten.
Das zugehörige Oszillogramm zeigt den Spannungs- und Stromverlauf
an der ohmschen Last (100 W Glühbirne). Es ist ein etwas kleinerer
Steuerwinkel als 90° eingestellt. Eine Halbwelle beginnt deshalb erst
kurz vor ihren Spannungsmaximum. An einer Ohmschen Last, wie es die Glühbirne
ist, sieht der Stromverlauf genauso aus wie die Spannung. Durch ändern
des Steuerwinkels kann somit leicht der Effektivwert der Spannung und somit
auch die Leistung eingestellt werden. Das ist das Prinzip, das alle einfachen
Licht Dimmer oder Drehzahlregler in vielen Elektrogeräten anwenden.
Doch das führt schon zum nächsten Anwendungsfall des Wechselstromstellers.
Wird nämlich die ohmsche Last durch eine induktive Last ersetzt, so
ändert sich die Stromform ganz entscheidend. Um das deutlich zu zeigen
wurde für dieses Oszillogramm eine reine Induktivität (ca.0,8H
= Vorschaltgerät einer Leuchtstofflampe) verwendet. Die Induktivität
lässt jetzt keinen raschen Stromanstieg mehr zu. Der Strom steigt
langsam bis zum Nulldurchgang der Spannung an. Die in dieser Zeit von der
Induktivität aufgenommene Energie muss in der darauffolgenden
Zeit abgegeben werden. Die Spannung an der Induktivität wird deshalb
nicht Null, sondern folgt der Netzspannung weiter in ihrem Verlauf, bis
der Strom Null wird. Erst dann löscht der Thyristor, und die Spannung
springt auf Null zurück.
Wird der Steuerwinkel langsam erhöht, dann sieht es so aus, als
würden die Spitzen des sinusförmigen Stromes langsam aus der
Nulllinie "herauswachsen". Der Strom ist deshalb sinusförmig, weil
er nach der Theorie durch integrieren der Spannung errechnet werden kann.
Da aber immer nur ein Teil der Sinusfunktion integriert wird, ergibt sich
für den Strom keine volle Sinusschwingung. Der Dimmer mit induktiver
Last ist also ein Integrator mit einstellbarer Integrationszeit.
Das Praktische Problem, dass sich daraus ergibt, ist eine Verkürzung
des Steuerbereiches. Die Induktivität verlängert ja die Einschaltzeit
eines Thyristors auf das Doppelte. Es können daher nur Steuerwinkel
von 0 bis 90° verwendet werden. Bei 90° sind Strom und Spannung
bereits vollkommen sinusförmig. Das ist der Grund, warum viele einfache
Lichtdimmer nicht unbedingt auch für Induktive Lasten verwendbar sind.