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Phasenanschnittsteuerung

Definition: eine Methode zur Steuerung der Leistung elektrischer Verbraucher, die mit Wechselstrom arbeiten

Englisch: phase-controlled modulation

Kategorie: elektrische Energie

Autor:

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 07.12.2012; letzte Änderung: 14.03.2020

Die Phasenanschnittsteuerung ist eine Methode, um die von einem Wechselstrom-Verbraucher bezogene Leistung zu steuern. Das Grundprinzip ist, dass der Verbraucher innerhalb jeder Halbwelle der oszillierenden Netzspannung mit einer einstellbaren Verzögerungszeit (gemessen von der Zeit des Nulldurchgangs der Spannung) angeschaltet wird. Dies wird von Abbildung 1 und 2 illustriert.

Phasenanschnittsteuerung
Abbildung 1: Prinzip der Phasenanschnittsteuerung. In diesem Fall erfolgt das Einschalten der Spannung für den Verbraucher erst nach 75 % des Verstreichens jeder Halbwelle. Die Leistung ist stark reduziert.
Phasenanschnittsteuerung
Abbildung 2: Hier erfolgt das Einschalten der Spannung schon viel früher; die Leistung wird höher.

Realisierung der Phasenanschnittsteuerung

Die typische Realisierung dieser Methode stützt sich auf einen Triac, d. h. auf eine Kombination zweier Thyristoren. Ein Thyristor ist ein Halbleiterbauelement ähnlich einem Transistor, welches jedoch nach dem “Zünden” durch eine Steuerspannung leitend bleibt, so lange bis die Durchlassspannung weitgehend verschwindet – auch wenn die Steuerspannung schon längst nicht mehr anliegt. Die benötigte elektronische Schaltung ist ziemlich einfach und kostengünstig. Sie kann sehr kompakt gebaut werden, da alle benötigten Teile recht klein sind. Es sind auch integrierte Schaltungen (ICs) hierfür verfügbar.

Anwendungen und Grenzen der Phasenanschnittsteuerung

Eine typische Anwendung dieses Verfahrens erfolgt in Dimmern für Glühlampen. Durch Variation der Einschaltzeitpunkte (z. B. über ein Potentiometer) kann die Leistungsaufnahme verändert werden, damit auch die Temperatur des Glühfadens und die erzeugte Lichtintensität. Obwohl die Energieverluste in der Dimmer-Elektronik recht gering sind, leidet die Energieeffizienz der gedimmten Glühlampe unter der reduzierten Glühfadentemperatur: Die Helligkeit nimmt beim Herunterdimmen wesentlich rascher ab als die benötigte elektrische Leistung.

Bei kleinen Elektromotoren mit geeigneter Bauart (z. B. Universalmotoren) kann eine Phasenanschnittsteuerung oft für die Regelung von Drehzahl oder Drehmoment verwendet werden.

Im Prinzip wäre das Verfahren auch für Verbraucher höherer Leistung wie z. B. Elektroheizgeräte möglich. Jedoch ist es nachteilig, dass die zeitliche Form des Stromflusses stark von der Sinusform abweicht. Dies führt zu unerwünschten Oberwellen im Stromnetz (auch mit sehr hohen Harmonischen), die andere Geräte stören können (beispielsweise Radioempfänger). (Solche Störwirkungen können durch eine mehr oder weniger aufwendige Entstörung vermindert werden.) Ebenfalls entsteht eine Verzerrungsblindleistung (→ Blindstrom), weil der Stromfluss im Mittel gegenüber der Spannung etwas verzögert wird. Aus diesen Gründen wendet man für hohe Leistungen andere Verfahren an, beispielsweise den Taktbetrieb.

Die genannte Verzerrungsblindleistung findet allerdings auch praktische Anwendungen bei der steuerbaren Blindleistungskompensation.

Für diverse andere Geräte ist die Phasenanschnittsteuerung ebenfalls nicht geeignet:

  • Zur Helligkeitsregelung von Leuchtstofflampen einschließlich der Energiesparlampen (Kompaktleuchtstofflampen) sind Phasenanschnittsteuerung in der Regel nicht geeignet, außer wenn die Elektronik der Leuchte speziell hierfür entwickelt wurde. Gleiches gilt für Leuchtdioden (LED-Lampen).
  • Kapazitive Lasten (z. B. Schaltnetzteile) können zur Zerstörung einer Phasenanschnittsteuerung führen, da beim Einschalten hohe Stromspitzen entstehen. Dagegen sind viele (aber nicht alle) Phasenanschnittsteuerungen für induktive Lasten (z. B. Transformatoren) geeignet.
  • Diverse elektronische Geräte funktionieren nicht ordnungsgemäß mit einer nicht sinusförmigen Versorgungsspannung.

Modifizierte Technik: Phasenabschnittsteuerung

Das Prinzip der Phasenabschnittsteuerung ist sehr ähnlich, jedoch wird die Spannung bei jeder Halbwelle sofort eingeschaltet und vor Ende der Halbwelle wieder abgeschaltet. Der technische Aufwand hierfür ist etwas höher, aber solche Steuerungen sind für kapazitive (nicht für induktive) Lasten geeignet, beispielsweise für viele Schaltnetzteile. Ansonsten gelten ähnliche Einschränkungen wie bei der Phasenanschnittsteuerung.

Es gibt auch Universaldimmer, die je nach Verbraucher automatisch eine Phasenanschnitt- oder -abschnittsteuerung realisieren können.

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Siehe auch: Leistung, Dimmer, Taktbetrieb
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