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ESG 8.47
Nullspannungsschalter
Im Normalfall wird mit AC-SSRs mit Nullspannungs-
einschalten (oder dem Nulldurchgang) gearbeitet
(Abb. 4), um während des anfänglichen Einschaltens
sowohl die elektromagnetische Beeinflussung als auch
die hohen Einschaltstossströme zu verringern. Ohne
den Nulldurchgang wird die Lastspannung zufällig an
jedem beliebigen Punkt im Netzspannungszyklus an
der Last angelegt.
Mit dem Nulldurchgang wird die Netzspannung nur
dann auf die Last geschaltet, wenn diese annähernd
gleich Null ist, was im typischen Fall mit einem Höchst-
wert von ±15 V Spitze angegeben wird. Folglich ergibt
sich nur eine sehr geringe Änderung in der Leistung und
es werden proportional niedrigere Pegel der elektroma-
gnetischen Beeinflussung erzeugt. Nach dem Null-
durchgang kann die «Null»-Schaltspannung, welche die
Grenzen des Schaltfensters definiert, auch in Begriffen
des Phasenwinkels oder, entsprechend umgewandelt,
der Zeit ausgedrückt werden:
Spannung zu Phasenwinkel (15 V) oder Phasenwinkel
zur Zeit (5 °):
Die Nullstrom-Ausschaltung ist ein besonderes Merkmal
der Thyristoren, die in AC-SSRs eingesetzt werden,
unabhängig davon, ob mit einer Nullspannung gearbei-
tet wird. Sobald der Thyristor getriggert ist, bleibt er für
den Abgleich der Halbperiode eingeschaltet. Bei einer
ohmschen Last liegt dieser Punkt nahe der Nullspan-
nung (Abb. 4). Bei einer induktiven Last ist die Menge
der in der Last gespeicherten Energie eine Funktion des
durch diese fliessenden Stromes. Da dieser im Aus-
schaltmoment nahe Null ist, ist ein induktiver «Rück-
prall» faktisch ausgeschlossen. Dies ist wahrscheinlich
das vorteilhafteste Merkmal des SSRs, angesichts der
zerstörerischen Wirkungen von «Abreisskontakten», die
beim Schalten von induktiven Lasten mit einem EMR
auftreten.
φ = sin
-1
15
120
x
1,41
φ = 5°
φ = sin
-1
U schalt. max.
Netz V
eff
( 2 )
T =
½ Periode ms
½ Periode Grad
T =
8,3
180
T = 0,23 ms
x
φ
x
5
AC-SSR-
Klemmen
Ausgang
Sperrzustand,
Ausschaltzustand
DC-
Steuer-
spannung
Einschaltsignal
Tatsächliches
Einschalten
Durchlasszustand,
Einschaltzustand
Ausschaltsignal
Tatsächliches
Ausschalten
Aus
Ein
Abb. 4: Nullspannungseinschalten
auf diese Weise charakterisiert. Die Schaltung in Abb. 3B
müsste mit einem ähnlichen DC-Regelbereich wie die
AC-Quelle (Effektivwert) arbeiten. Andererseits könnten
bei der Schaltung von Abb. 3A Probleme mit der Ver-
lustleistung bei den Eingangswiderständen auftreten, da
diese bei 50 % Auslastungsgrad nicht mehr arbeiten
würden. In beiden Fällen zeichnet sich das SSR dadurch
aus, dass es mit einem DC-Signal jeder Polarität arbeitet.
Gut konstruierte AC-Eingangs-Ausgangs-SSRs können
mit getrennten Energiequellen unterschiedlicher
Frequenzen arbeiten, solange sich beide innerhalb der
festgelegten Grenzen von Spannung, Frequenz und
Isolierung bewegen. Die Netzfrequenz für den Eingang
wie auch für den Ausgang ist im typischen Fall auf 47 bis
63 Hz festgelegt, wobei die Obergrenze nicht von
kritischer Bedeutung für die Eingangssteuerleistung ist,
da der Eingang gleichgerichtet und gefiltert wird. Dage-
gen ist die Obergrenze der Frequenz für einen Ausgang
weniger flexibel, besonders bei einem Triac, das definiti-
ve Frequenzgrenzen aufweist, die mit dessen Kommuta-
tionsfähigkeit im Zusammenhang stehen. Ein SCR-
Ausgangspaar kann mit wesentlich höheren Frequenzen
arbeiten. In diesem Fall werden jedoch auf Grund der
Beschränkungen der Schaltungszeit in der Treiberschal-
tung andere SSR-Parameter zu begrenzenden Faktoren
(z.B. kann durch jede Halbperiode das Null-Schaltfen-
ster erweitert und/oder das Einschalten verzögert
werden, was letztlich zum Aufschalten oder zur Sper-
rung führt).