Œciemniacz z odstêpem fazowym DI 300 - PLC-home

Komentarze

Transkrypt

Œciemniacz z odstêpem fazowym DI 300 - PLC-home
Ściemniacz z opóźnionym odcięciem fazy
Typ DI 300
Nr zam. 19 02 31
INSTRUKCJA MONTAŻU I EKSPLOATACJI
Przy pomocy tych nowych ściemniaczy z opóźnionym odcięciem fazy możliwe jest ściemnianie
i przełączanie za naciśnięciem przycisku zarówno lamp halogenowych z podłączonym
wstępnie transformatorem elektronicznym jak również zwykłych żarówek oraz
wysokonapięciowych lamp halogenowych.
Ogólne informacje
Lampy halogenowe cieszą się wielką popularnością ze względu na swą dużą wydajność świetlną przy
niewielkiej mocy pobieranej oraz małych wymiarach i można je dzisiaj spotkać w niemal każdym
domu.
Jako, że zasilanie odbywa się przy pomocy napięcia przemiennego 12 V, konieczne jest tu obniżenie
napięcia sieci 230 V do poziomu 12 V przy pomocy odpowiedniego transformatora. W funkcji
transformatorów wstępnych stosowane są zarówno tradycyjne transformatory, tzn. transformatory z
rdzeniem pierścieniowym lub żelaznym, jak też w coraz większym stopniu transformatory
elektroniczne, które wyróżniają się elektronicznie regulowanym napięciem wyjściowych oraz
niewielkimi wymiarami. Dzięki swej płaskiej budowie transformatory elektroniczne wyśmienicie nadają
się do wmontowania w stropy podwieszane (np. w łazience czy w pokoju dziennym).
Jeżeli jasność podłączonych lamp ma być regulowana, generalnie pomiędzy napięciem sieciowym
230 V i transformatorem przyłączany jest ściemniacz, patrz rysunek 1.
Rysunek 1.
Do sterowania jasności oświetlenia podłączany jest wstępnie ściemniacz.
Rysunek 2.
Zasada działania ściemniacza z zerowym odcięciem fazy
Napięcie sieci
Napięcie w urządzeniu odbiorczym
Rysunek 4.
Zasada działania ściemniacza z opóźnionym odcięciem fazy
Napięcie sieci
Napięcie w urządzeniu odbiorczym
Rysunek 3.
Schemat ideowy ściemniacza z zerowym odcięciem fazy w układzie z triakiem
napięcie sieci
ściemniacz z zerowym odcięciem fazy
triak
układ logiczny sterujący
transformator standardowy
lampa halogenowa
Jednakże transformatory tradycyjne i elektroniczne stawiają – jak wyjaśniono poniżej – różne
wymagania wobec wstępnie podłączonych ściemniaczy.
Ściemniacze z zerowym odcięciem fazy
Przy użyciu transformatorów tradycyjnych ściemnianie odbywa się zgodnie z zasadą sterowania
odcinaniem fazy. Napięcie przełączane jest wtedy na odbiornik mocy jedynie na określony czas
każdego z okresów sieciowych, patrz rysunek 2. Moc przetwarzana połowicznie (tu 50%) całkowitego
obciążenia) wyznaczana jest długością przedziału czasu. Przy zerowym odcięciu fazy (tzn. odcięciu
fazy w punkcie 0) urządzenie odbiorcze pozostaje najpierw po przepływie przez punkt zerowy sieci nie
obciążone napięciem. Po upływie nastawionego czasu następuje zapłon (wyzwolenie) wbudowanego
w ściemniacz triaka, który powoduje włączenie napięcia sieciowego. Przy najbliższym przejściu przez
punkt zerowy uzyskuje się wartość prądu wstrzymującego triaka i odłączenie napięcia. Opisany
powyżej proces powtarza się po każdym przejściu punktu zerowego osi. Rysunek 3 przedstawia
zasadę konstrukcji ściemniacza z zerowym odcięciem fazy.
Tradycyjne transformatory stanowią dla ściemniacza obciążenie indukcyjne, w wyniku którego
powstaje przesunięcie fazowe pomiędzy napięciem a prądem. Podczas gdy nastąpił już przepływ
zerowy napięcia, prąd nie uzyskał jeszcze wartości 0. Zwykłe ściemniacze z zerowym odcięciem fazy
nie są dostosowane do takiego spadku obciążenia gdyż sterowanie triaka nie odbywa się odpowiednio
do wartości prądu. O ile ściemniacz wyśle impuls wyzwalający, zanim natężenie prądu uzyska wartość
zerową, będzie on nieskuteczny. W efekcie dojdzie do tzw. pracy półokresowej (półfalowej), która
szybko doprowadzi do nasycenia i generalnie do uszkodzenia transformatora.
Dlatego do przyciemniania lamp halogenowych z transformatorami tradycyjnymi konieczne są
specjalne ściemniacze z zerowym odcięciem fazy, które poprzez pomiar prądu i napięcia wzgl.
ustalenie przejść zerowych rozpoznają przesunięcie fazowe oraz automatycznie dostosują moment
impulsu wyzwalającego. Ściemniaczami spełniającymi te wymagania są np. ściemniacze pierwotne do
lamp halogenowych opisane w „ELVjournal” (nr 5/93 lub ściemniacze w systemie przełączania
radiowego ELV FS-10.
Ściemniacze z opóźnionym odcięciem fazy
Większość transformatorów elektronicznych wymaga do ściemniania tzw. ściemniacza z opóźnionym
odcięciem fazy. Na tabliczce znamionowej lub w instrukcji obsługi transformatora umieszcza się
wówczas wskazówkę „z możliwością przyciemniania” („dimmbar”) lub „z możliwością przyciemniania
ściemniaczem z opóźnionym odcięciem fazy” („dimmbar mit Phasenabschnittdimmer”). Ponadto przy
pomocy ściemniaczy z opóźnionym odcięciem fazy możliwe jest przyciemnianie bez problemów
standardowych żarówek oraz wysokonapięciowych lamp halogenowych.
W przeciwieństwie do ściemniacza z zerowym odcięciem fazy ściemniacz z opóźnionym odcięciem
fazy włącza napięcie zasilania bezpośrednio w punkcie przejścia przez zero (w momencie włączenia) i
wyłącza je ponownie po upływie nastawialnego czasu, patrz rysunek 4. Ze względu na to, że
wyłączenie napięcia w obrębie półfali nie jest możliwe przy pomocy zwykłego triaka, należy obrać
zupełnie inną drogę przy opracowaniu tego typu ściemniacza. Rysunek 5 przedstawia schemat ideowy
opracowanego przez firmę ELV ściemniacza z opóźnionym odcięciem fazy. W funkcji przełącznika
zastosowano tu wysokonapięciowy tranzystor polowy MOS. Jako, że tranzystory polowe MOS nadają
się jedynie do przełączania napięć stałych, napięcie sieci prostowane jest najpierw przy pomocy
mostka prostownikowego. Układ logiczny sterujący - w tym wypadku mikrosterownik - wyznacza
przejścia zerowe napięcia zasilania oraz włącza tranzystor polowy MOS w punkcie przejścia
zerowego. W takiej właśnie postaci napięcie z sieci doprowadzane jest do urządzenia odbiorczego, w
tym wypadku transformatora elektronicznego. Po upływie nastawionego czasu następuje wyłączenie
tranzystora MOS-FET i urządzenie odbiorcze znajduje się w stanie nie obciążonym napięciem. Proces
ten powtarza się po każdym przejściu punktu zerowego sieci, co w efekcie pozwala uzyskać dla
urządzenia odbiorczego przebieg napięcia
przedstawiony na rysunku 4. Przycisk włączony w rysunek 5 służy do sterowania, tzn. do włączania i
wyłączania oraz do przyciemniania.
Nowa technologia CoolMOS firmy Siemens
W nowym ściemniaczu ELV z opóźnionym odcięciem fazy zastosowano wysokonapięciowe
tranzystory MOS-FET najnowszej generacji, tzw. serię „CoolMOS” firmy Siemens.
Po tym, jak ogólnie znana struktura tranzystorów MOS natrafiła na barierę rozwojową, a oporność
włączenia RDS(on), wpływająca zasadniczo na moc straconą, pozwalała się zredukować jeszcze tylko
przez zwiększanie powierzchni struktury krzemowej, nowa technologia „CoolMOS” firmy Siemens
umożliwia teraz 5-, a nawet 10-krotną, redukcję oporności RDS(on), przy tej samej powierzchni chipu.
Powoduje to znaczne zmniejszenie straty mocy tranzystora w stanie włączonym. Ponadto technologia
„CoolMOS” wytycza kierunek rozwoju w odniesieniu do częstotliwości przełączania, mocy
wzbudzenia, strat dynamicznych i wielkości.
W opisywanym układzie ściemniacza zastosowano układ SPP 20N60S5 w obudowie TO 220.
Wytrzymałość napięciowa wynosi 600 V, prąd maksymalny 20 A, a RDS(on) - zaledwie 0,19 Ω. Ponadto
zintegrowano tu już diodę drgań swobodnych. Tranzystor o porównywalnych parametrach był
przedtem dostępny jedynie o obudowie TO 264 lub w obudowie izotopowej.
Rysunek 5.
Schemat ideowy ściemniacza z opóźnionym odcięciem fazy w kombinacji tranzystorem polowym MOS
sterowanie zewnętrzne
napięcie sieci
ściemniacz z opóźnionym odcięciem fazy
układ logiczny sterujący
transformator elektroniczny
lampa halogenowa
Ściemniacz z opóźnionym odcięciem fazy typu DI 300
Technika oprzewodowania ściemniacza z opóźnionym odcięciem fazy typu DI 300 została
opracowana do pracy dwuprzewodowej, dzięki czemu możliwa jest bezproblemowa wymiana na
przełącznik lub ściemniacz standardowy. Włączanie wzgl. wyłączanie oraz ściemnianie odbywa się
przy pomocy jednego lub kilku przycisków równoległych. Możliwość podłączenia kilku przycisków
zewnętrznych pozwala na przejęcie przez ściemniacz funkcji przekaźnika impulsującego. Dzięki temu
można zamontować po jednym przycisku w różnych miejscach, z których można będzie teraz
wyłączać i przyciemniać lampę.
Wymiary płytki obwodu drukowanego (średnica 55 mm, wysokość 16,5 mm) zostały dobrane w taki
sposób, by umożliwić montaż w dostępnej w ogólnej sprzedaży puszce podtynkowej. Ewentualnie
możliwy jest montaż nawet bezpośrednio za przyciskiem przełączania. W tego typu instalacji należy
jednak bezwzględnie zapewnić odpowiednią izolację i należyte odprowadzanie ciepła.
Kolejną zaletą tego ściemniacza jest w porównaniu z tradycyjnymi ściemniaczami z zerowym
odcięciem fazy niemal bezszmerowa praca, gdyż można tu było zrezygnować z zastosowania dławika
przeciwzakłóceniowego.
Jasność podłączonej lampy regulowana jest poprzez czas naciskania na przycisk. Poprzez krótkie
naciśnięcie przycisku (od 50 do 400 ms) uzyskuje się włączenie lub wyłączenie. Przytrzymywanie
wciśniętego przycisku dłużej 400 ms powoduje zmianę jasności świecenia lampy. Jeżeli np. lampa
została włączona przy pełnej jasności, po upływie 400 ms naciskania na przycisk rozpoczyna się
ściemnianie. Po osiągnięciu jasności minimalnej następuje zmiana „kierunku” regulacji światła itd.
Jeżeli zwolni się przycisk na krótko, a następnie ponownie naciśnie i przytrzyma wciśnięty przez
ponad 400 ms, spowoduje to również zmianę „kierunku” regulacji światła.
Bezpośrednio po włączeniu ściemniacz automatycznie rozpoczyna pracę, podtrzymując jasność na
poziomie ostatnio nastawionej wartości (przed włączeniem). Ściemniacz DI 300 dysponuje również
funkcją specjalną, która umożliwia włączenie oświetlenia z pełną jasnością, niezależnie od
aktywowanej ostatnio nastawy. W tym celu wystarczy tylko przy włączeniu przytrzymać wciśnięty
przycisk dłużej niż 400 ms.
Dane techniczne ściemniacza DI 300
Zasilanie:
230 V/ 50 Hz
Moc przyłączowa:
25 W do 300 W*
Urządzenia odbiorcze:
transformatory elektroniczne do lamp halogenowych,
żarówki, wysokonapięciowe lampy halogenowe
Funkcje:
włączanie, wyłączanie, ściemnianie
Sterowanie:
Czasy sterowania:
Wymiary (∅ x wys.):
jeden lub kilka przycisków
50 - 400 ms: włączanie/wyłączanie
> 400 ms: regulacja światła
55 x 16,5 mm
* w zależności od sposobu montażu, patrz tekst
Układ połączeń
Rysunek 6 (str. 5) przedstawia przejrzysty, złożony z niewielu podzespołów układ połączeń
ściemniacza ELV z opóźnionym odcięciem fazy. W stanie wyłączonym napięcie zasilania przyłożone
jest poprzez urządzenie odbiorcze do zacisku KL 1. Poprzez bezpiecznik SI jest ono doprowadzane
do złożonego z diod D1 do D4 mostka prostownikowego W odniesieniu do punktu masy prostownika
(anody D2 i D4) na katodach D 1 i D3 istnieje wyprostowane napięcie przemienne, doprowadzane do
wysokonapięciowego tranzystora MOS-FET T 1 oraz do rezystora R9. W momencie, gdy opisany
poniżej układ logiczny dokona przełączenia tranzystora polowego MOS T1 następuje zasilanie
napięciem urządzenia odbiorczego.
Sam ściemniacz wymaga dwóch napięć zasilania. Do sterowania tranzystora polowego MOS
wymagane jest napięcie 10 V, podczas gdy zasilanie procesora wymaga tylko 3,6 V. Oba te napięcia
generowane są w następujący sposób.
Łańcuch rezystorów R 9, R 10 i R 11 obniża wyprostowane napięcie z sieci, dioda Zenera D7
ogranicza je do maksymalnie 10 V. Kondensator elektrolityczny C 4 służy do filtrowania. Dioda D 1
zapobiega rozładowaniu kondensatora C 4 podczas włączenia tranzystora polowego MOS. Regulator
napięcia IC 1 (HT 1036) dostarcza na swym wyjściu (wyprowadzenie 3) napięcia ustabilizowanego o
wartości 3,6 V, przy pomocy którego zasilany jest procesor IC 2 na wyprowadzeniu 2. Kondensatory C
7 i C 8 służą tu do dalszej filtracji.
Szczególnie ważna jest dokładna i niezależna od nastawionego kąta fazowego identyfikacja przejścia
zerowego. W tym celu poprzez rezystor R4 przechwytywane jest przyłożone przed mostkiem
prostownikowym napięcie wejściowe oraz ograniczone – przy pomocy diody Zenera D 5 – do 3,9 V.
Jak można zorientować się ze schematu połączeń, jedynie zbocze ujemne krzywej napięcia
wyprowadzanego na diodę Zenera D 5 pozostaje okresowo niezmienione przy różnych kątach
fazowych. Poprzez rezystor R 5 sygnał ten doprowadzany jest do mikrosterownika IC 2. Jak łatwo
zauważyć, ujemne zbocze krzywej występuje tylko jednokrotnie w ciągu każdego z okresów,
natomiast wysterowanie tranzystora polowego MOS musi odbywać się dwukrotnie dla każdego z
okresów krzywej napięcia zasilania. W tym celu położenie drugiego przejścia przez zero wyliczane jest
przez sam mikrosterownik.
Mikrosterownik ELV 99113 typu PIC 12C508 połączony jest w ramach tej aplikacji z oscylatorem
ceramicznym Q 1, o częstotliwości drgań 455 kHz. Ta stosunkowo mała częstotliwość robocza jest na
tyle korzystna, że zużycie prądu sterownika ograniczone jest do jedynie 150 µA, co umożliwiło tym
samym odpowiednio energooszczędne wykonanie zasilacza sieciowego.
Tranzystory polowe MOS sterowane są ze sterownika poprzez tranzystor T 2. Napięcie zasilania 10 V
doprowadzane jest na bramkę tranzystora polowego MOS poprzez rezystory R 8 i R 7. W celu
wyłączenia tranzystora polowego MOS następuje przełączenie T 2 przez sterownik za pośrednictwem
rezystora R 6, wskutek czego bramka przełączana jest na potencjał masy. Dzięki kombinacji rezystora
R 7 z kondensatorem C3 oraz pojemności bramki tranzystora polowego MOS zbocze krzywej
wyłączania zostaje nastawione (tzn. sztucznie spowolnione) w taki sposób, że nie są już potrzebne
żadne inne środki przeciwzakłóceniowe w odniesieniu do wymogów tolerancji elektromagnetycznej.
Pozwala to wyeliminować dławik przeciwzakłóceniowy triaka, niezbędny w tradycyjnych
ściemniaczach z zerowym odcięciem fazy.
Na zakończenie omówienia układu należy jeszcze pokrótce wyjaśnić funkcjonowanie przycisku.
Przycisk lub przyciski, podłączone do zacisku KL 2, przełączają się przy uruchomieniu fazy na
rezystor R 1. Przebieg napięcia odpowiada przebiegowi napięcia na zacisku KL 1. Doprowadzane
impulsy napięciowe przejmowane są przez C 1 i doprowadzane do procesora poprzez rezystor R 3.
Sam procesor koncentruje napięcie na końcówce portu GP 2 (pin 5) poprzez wewnętrzne diody
zabezpieczające. W zależności od czasu przytrzymywania przycisku następuje zmiana stanu
przełączenia wzgl. regulacji światła.
Rysunek 6.
Schemat połączeń ściemniacza z opóźnionym odcięciem fazy typu DI 300
Ein = włączony
Aus = wyłączony
Montaż
Niezależnie od tego, że zestaw wyposażenia układu stanowi mieszaninę złożoną z układów do
montażu powierzchniowego oraz podzespołów okablowanych, montaż ściemniacza z opóźnionym
odcięciem fazy nie nastręcza problemów i może być wykonany szybko.
Uwaga
Ze względu na swobodne poprowadzenie w obrębie urządzenia napięcia zasilania, stanowiącego zagrożenie dla
życia, montaż, uruchomienie oraz instalacja mogą zostać przeprowadzone wyłącznie przez wykwalifikowanych
elektryków, posiadających odpowiednie uprawnienia zawodowe. Należy bezwzględnie przestrzegać odnośnych
przepisów bezpieczeństwa pracy oraz przepisów VDE.
Zgodnie z niniejszą instrukcją oraz w oparciu o schemat montażowy, zdjęcie płytki i listę części należy
najpierw zamontować po stronie lutowania na jednostronnie drukowanej płytce o średnicy 55 mm
układy do montażu powierzchniowego (= SMD).
W tym celu zaleca się stosować lutownicę z grotem o parametrach zbliżonych do ostrza ołówka.
Należy bezwzględnie zadbać o czystość lutowania.
Podczas montażu elementów do montażu powierzchniowego obowiązuje następujący tryb
postępowania:
W pierwszym rzędzie należy lekko ocynować wstępnie odpowiednie pole kontaktowe. Następnie,
posługując się pęsetą, należy odpowiednio umieścić element, przytrzymać i przylutować najpierw po
jednej stronie. Przed przylutowaniem po obu stronach skontrolować prawidłowe usytuowanie
elementu.
Dla montażu układów SMD należy przestrzegać następującej kolejności: rezystory i mostki 0Ω,
kondensatory, tranzystor, diody, regulator napięcia.
Podczas montażu na płytce półprzewodników należy identycznie, jak w przypadku omówionego
poniżej montażu mikrosterownika IC 2, koniecznie zachować prawidłową
pozycję montażową, tzn. oznaczenia na nadruku montażowym muszą być zgodne z oznaczeniami
umieszczonymi na elementach.
Po zakończeniu montażu układów SMD na płytce należy wmontować po stronie montażowej w
pierwszej kolejności rezystory i kondensatory, a następnie rezonator ceramiczny, połówki podstawy
bezpiecznika oraz diodę Zenera. Diody D 1 do D 4 należy zamontować w pozycji stojącej, tak jak to
widać na zdjęciu schematu montażowego. Podczas montażu listew zacisków śrubowych należy
uważać, by przylegały one płasko do płytki, a otwory skierowane były na zewnątrz.
Po odgięciu do tyłu pod kątem 90° nóżek tranzystora polowego MOS w odległości 3 mm od obudowy
można rozpocząć właściwy montaż urządzenia. Przez odpowiedni otwór w płytce należy wsunąć od
dołu śrubę z łbem walcowym. Od strony montażowej należy najpierw nasadzić radiator oraz tranzystor
polowy MOS, a następnie zamontować podkładkę zębatą i nakrętkę M3. Po dokręceniu śruby można
teraz zalutować tranzystor.
Po wstawieniu bezpiecznika w podstawę montaż jest zakończony. Należy teraz skontrolować
prawidłowość zamontowania elementów na płytce. Usunąć ewentualne mostki lutownicze.
Lista części ściemniacza z opóźnionym odcięciem fazy
Rezystory:
0Ω/SMD
10kΩ/SMD
22kΩ
47kΩ/SMD
560kΩ/SMD
100kΩ/SMD
1MΩ/SMD
BR1-BR6
R8
R9-R11
R6, R7
R1
R5
R2-R4
Kondensatory:
68pF/SMD
100pF/SMD
4,7nF/SMD
100nF
100nF/SMD
100µF/16V
C5, C6
C2
C3
C1
C8
C4, C7
Półprzewodniki:
HT1036/SMD
ELV99113/SMD
SPP20N60SS
BC848
1N5407
ZPD3,9V/SMD
LL4148
ZPD10V/1,3W
IC1
IC2
T1
T2
D1-D4
D5
D6
D7
Pozostałe:
Oscylator ceramiczny, 455 kHz Q1
Zaciski śrubowe, 2-biegunoweKL1, KL2
Bezpiecznik, 1,6 A, zwłoczny
SI1
1 podstawa bezpiecznika (2 połowy)
1 radiator, SK13
1 śruba z łbem walcowym, M3 x 8 mm
1 nakrętka, M3
1 podkładka podatna płatkowa, ząbkowana
Rysunek 7.
Instalacja ściemniacza DI 300
ściemniacz z opóźnionym odcięciem fazy
transformator elektroniczny
przycisk
lampy halogenowe
Instalacja
Rysunek 7 przedstawia schemat ideowy przyłączenia ściemniacza. Poprzez zacisk KL 1 ściemniacz
włączany jest do obwodu elektrycznego lamp. Do prawego bloku zacisku KL 1 podłączana jest faza
dochodząca L, podczas gdy do bloku lewego „L” należy podłączyć urządzenie odbiorcze. Przewód
zerowy N nie jest potrzebny ze względu na pracę dwuprzewodową samego ściemniacza.
Do zacisku KL 2 można podłączyć jeden lub kilka przycisków. Jak to pokazano na rysunku 6, faza L
przełączana jest wewnętrznie przez ściemniacz z KL 1 na KL 2. Przy naciśnięciu przycisku faza L
przełączana jest na wejście sterujące. Przełączania fazy ma tę zaletę, że konieczny jest tylko jeden
przewód sterowniczy, o ile dysponuje się fazą w miejscu zamontowania przycisku. Ważne jest jedynie,
by była to jedna i ta sama faza (!), a przycisk był dopuszczony do tego typu instalacji 230 V.
Wymiary ściemniacza zostały dobrane w taki sposób, by umożliwić montaż płytki obwodu
drukowanego (średnica 55 mm, wysokość 16,5 mm) w ogólnodostępnej puszce podtynkowej.
Ewentualnie możliwy jest montaż nawet bezpośrednio za przyciskiem przełączania. W tego typu
instalacji należy jednak bezwzględnie zapewnić odpowiednią izolację i należyte odprowadzanie ciepła.
Maksymalna moc przyłączowa 300 W może ulec znacznemu zmniejszeniu w zależności od miejsca
zamontowania.
Alternatywę stanowi montaż w odpowiedniej obudowie w dowolnym miejscu, np. w stropie
podwieszanym bezpośrednio przed transformatorem. Także w tym wypadku ważna jest dostateczna
izolacja i możliwość odprowadzania ciepła.

Podobne dokumenty