Regle ich den Zündzeitpunkt direkt von 0° bis 180°, dann kommt der Trafo z.B. beim Einschalten und im Leerlauf in die Sättigung und dann fliegt mir erstmal der Triac mit einem lauten Knall um die Ohren.

In den Netzteilen die ich habe, sitzt zwischen Triac und Trafo noch ein LC Filter aus einem 10cm Ringkern (nicht gerade billig...).
Kann ich mir den sparen, oder ist der doch ganz sinnvoll ?

Nun mal der Reihe nach.

Zitat :

Im Leerlaul stellt der Trafo eine reine Induktivität dar, d.h. Phasenverschiebung ist 90°.

Das ist ziemlich richtig. Ohm'scher Widerstand der Primärwicklung und Eisenverluste sorgen dafür, daß es etwas weniger als 90° sind.

Der Blindwiderstand ist aber groß, sodaß, sobald der Trafo belastet wird, die Stromkurve hauptsächlich durch die Last bestimmt wird.

Wenn du den Trafo mit einem parallelgeschalteten Kondensator auf 50Hz abstimmst, stellt er auch im Leerlauf einen ohm'schen Widerstand dar.

Die benötigte Kapazität ist bescheiden, da die Induktivität des Trafos hoch ist.

Resonanz herrscht, wenn kapazitiver und Induktiver Widerstand gleich sind.

Der Kondensator muß einen Serienwiderstand erhalten, hauptsächlich, damit beim Einschalten dI/dt am SCR nicht zu hoch wird.

Zitat :

dann fliegt mir erstmal der Triac mit einem lauten Knall um die Ohren

Mehreres:
Ich erwähnte gelegentlich, daß man solche Schaltungen besser mit zwei SCRs baut anstelle eines Triacs.
Die zur Verfügung stehende Freiwerdezeit erhöht sich dadurch um mindestens eine Größenordnung.

Wenn der Trafo in die Sättigung kommt, dann kann das an der Remanenz des Eisenkerns liegen, oder daran, daß dein Triac während einer Halbwelle nicht leitet.
In der zweiten Hinsicht sind Triacs auch benachteiligt, da sie kein symmetrisches Verhalten zeigen.

Besonders bei Induktivitäten reicht der nach der Zündung fließende Strom u.U. nicht aus, daß der SCS eingeschaltet bleibt.
Als Abhilfe kommen eine ohm'sche Vorlast, oder Zündung mit langen DC-artigen Impulsen oder einer Impulsgruppe in Betracht.

Wenn die Remanenz des Eisenkerns eine Rolle spielt, so könnte man an einen Weichanlauf beim ersten Einschalten denken.
Betriebsmäßig sollte dein µC danach wissen, in welcher Halbwelle er abgeschaltet hat, und dementsprechend in der entgegengesetzten Halbwelle einschalten.

Eine sehr praktikable Lösung ist es auch, den Trafo stets in der negativen Halbwelle abzuschalten und stets in der positiven Halbwelle einzuschalten.
Das geht nur dann schief, wenn jemand gegen Ende der positiven Halbwelle den Stecker gezogen hat.

Bei einem weiteren, wahrscheinlich aber noch patentbelasteten Verfahren, wird der Trafo mittels einer relativ kleinen Diode plus Vorwiderstand über einige Zeit DC-vormagnetisiert bis er in die Sättigung kommt. Danach kann man mit entgegengerichteter Polarität einfach einschalten.

Zitat :

In den Netzteilen die ich habe, sitzt zwischen Triac und Trafo noch ein LC Filter aus einem 10cm Ringkern (nicht gerade billig...).

Möglicherweise ist das eine Sättigungsdrossel, um dI/dt zu begrenzen, oder sie macht zusammen mit dem Kondensator die ohmsche Anpassung.
Wenn der SCS erstmal vorschriftsmäßig gezündet hat, gerät sie durch den Trafostrom schnell in die Sättigung und spielt dann im weiteren Verlauf keine Rolle mehr.

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Ich habe nochmals alles gemessen und herausgefunden, dass der Nulldurchgangsdetektor nicht ganz symmetrisch ist, deshalb kommt der Trafo bei kleinen Werten und hohen Werten in die Sättigung.
Dieses Problem habe ich mit zwei Optokopplern gelöst, die nun bessere Triggerpegel liefern.
Allerdings kommt der Trafo bei fast voller Leistung immer noch in die Sättigung, da der Triac auch nicht ganz symmetrisch zündet, und so bei der negativen Halbwelle schneller zündet als bei der positiven. Dadurch verpasst der Triac jeden zweiten Impuls, so dass Gleichspannung am Trafo anliegt.
Ich verwende zwar eine Überprüfung ob der Triac richtig triggert (Messung der Spannung über dem Triac), aber diese funktioniert erst ab etwa 50V.

Zitat :

kommt der Trafo bei fast voller Leistung immer noch in die Sättigung, da der Triac auch nicht ganz symmetrisch zündet, und so bei der negativen Halbwelle schneller zündet als bei der positiven. Dadurch verpasst der Triac jeden zweiten Impuls, so dass Gleichspannung am Trafo anliegt.

Das kannst du alles oben schon nachlesen.
Impulsgruppenzündung verwenden...

Und am besten zwei Thyristoren verwenden. Bei einem Netzteil dieser Größenordnung wirds doch wohl nicht am Zündtrafo scheitern ?

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Den Zündtrafo wollte ich mir eigentlich sparen, im Moment zünde ich über einen Optotriac. Der Zündimpuls ist jetzt etwas länger (einige ms), und es funktioniert besser, da der Triac am Anfang der Halbwelle, wenn der Haltetstrom noch nicht erreicht ist, eben als Transistor arbeitet.

Ich habe aber immer noch das Problem, dass beim Einschalten der Trafo in die Sättigung kommt.
Warscheinlich muss ich da noch einen Software Delay einbauen, der dafür sorgt, dass der Triggerpegel erstmal sauber erkannt wird, ehe die Leistung langsam hochgefahren wird.

Das ganze wird eine Universelle Leistungsregelung für größere Trafos und vor allem für Mikrowellen.
Mich stört es, dass es fast keine gibt (außer bei wenigen extrem teuren), die die Leistung regeln. Die meisten schalten ein paar Sekunden ein, ein paar Sekunden aus usw.
Ich wollte z.B. einen Feritkern erhitzen, so dass sich dessen Kleber löst. Dazu habe etwa im 5s Takt ein und ausgeschaltet, aber der Kern hat sich zu ungleichmäßig erhitzt und ist an mehreren Stellen zerbrochen...

Zitat :

und vor allem für Mikrowellen. Mich stört es, dass es fast keine gibt (außer bei wenigen extrem teuren), die die Leistung regeln. Die meisten schalten ein paar Sekunden ein, ein paar Sekunden aus usw.

Die Ein- Aus-Regelung ist für Mikrowellenherde tatsächlich die ökonomischte Lösung.
Diese Netzteile sehen simpel aus, sind in Wirklichkeit aber ziemlich fein abgestimmt, um Netzschwankungen auszugleichen.
Außerdem sind sie optimiert einen möglichst rechteckigen Stromverlauf zu liefern.

Das Magnetron hat nämlich eine ähnliche Charactreistik wie eine 4kV Zenerdiode und möchte mit konstantem Strom gespeist werden.
Wenn man mit dem Anodenstrom allzusehr nach unten abweicht, kann die Schwingung abreißen und/oder es treten unzulässige Frequenzsprünge auf.
Außerdem sitzt bekanntlich auf dem Trafo auch die Heizwicklung für das Magnetron.
Unterheizung schädigt angeblich die Kathode.
Für Oxidkathoden ist das bekannt, die werden aber in Magnetrons für Mirkowellenherde nicht eingesetzt.
Bei einer Kathode aus thorierten Wolfram bin ich hinsichtlich dieser Aussage allerdings skeptisch. Möglicherweise wird durch zu niedrige Temperaturen aber tatsächlich die Diffusion des Thoriums behindert, sodaß die Emission allmählich absinkt.


Die Speiseleistung hat auch Einfluß auf die benötigte Heizleistung, da im Normalfall die Kathode durch zurückkehrende Elektronen kräftig geheizt wird. Bei einigen Magnetrons kann man den Heizstrom sogar ganz abschalten.

Bleibt unterm Strich: Regelbare Magnetrons sind mir nur für relativ kleine Leistungen der Größenordnung 50..100W bekannt und dort geschieht die Regelung nicht über die Hochspannung, sondern übers Magnetfeld.





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Zitat : perl hat am 15 Sep 2004 11:46 geschrieben :

Die Ein- Aus-Regelung ist für Mikrowellenherde tatsächlich die ökonomischte Lösung. Diese Netzteile sehen simpel aus, sind in Wirklichkeit aber ziemlich fein abgestimmt, um Netzschwankungen auszugleichen. Außerdem sind sie optimiert einen möglichst rechteckigen Stromverlauf zu liefern.

Der wichtigste Punkt: Möglichst billig zu produzieren...
Ich habe mal eine etwas bessere Mikrowelle zerlegt, die hatte 1kW Ausgangsleistung und zwei Kondensatoren. Einer war immer eingeschaltet, der zweite wurde per Hochspannungschalter geschaltet um die Leistung umzuschalten.
Die Kerne sind so klein, dass diese im Leerlauf bereits in die Sättigung kommen !
Die Primätwicklung ist für 1-2A auslegt und hält ohne Kühlung die 1kW nicht länger als ein paar Minuten aus.

Zitat :

Das Magnetron hat nämlich eine ähnliche Charactreistik wie eine 4kV Zenerdiode und möchte mit konstantem Strom gespeist werden. Wenn man mit dem Anodenstrom allzusehr nach unten abweicht, kann die Schwingung abreißen und/oder es treten unzulässige Frequenzsprünge auf.

Ich weiß, unterhalb von 3kV fließt fast kein Strom und dann plötzlich setzen die Schwingungen und der Stromfluss gleichzeitig ein (man hört dabei sogar ein Geräusch !)

Zitat :

Außerdem sitzt bekanntlich auf dem Trafo auch die Heizwicklung für das Magnetron. Unterheizung schädigt angeblich die Kathode. Für Oxidkathoden ist das bekannt, die werden aber in Magnetrons für Mirkowellenherde nicht eingesetzt. Bei einer Kathode aus thorierten Wolfram bin ich hinsichtlich dieser Aussage allerdings skeptisch. Möglicherweise wird durch zu niedrige Temperaturen aber tatsächlich die Diffusion des Thoriums behindert, sodaß die Emission allmählich absinkt.

Eine 10% Unterheizung reduziert bei Wolframkathoden den zulässigen Strom auf einen Bruchteil des Nennstroms bei normaler Heizung.
Aber das ist auch kein Problem, dafür habe ich einen zusätzlichen Heiztrafo vorgesehen.
Und ja, ich weiß dass die Heizung auf -4kV liegt und gut isoliert sein muss...

Zitat :

Die Speiseleistung hat auch Einfluß auf die benötigte Heizleistung, da im Normalfall die Kathode durch zurückkehrende Elektronen kräftig geheizt wird. Bei einigen Magnetrons kann man den Heizstrom sogar ganz abschalten. Bleibt unterm Strich: Regelbare Magnetrons sind mir nur für relativ kleine Leistungen der Größenordnung 50..100W bekannt und dort geschieht die Regelung nicht über die Hochspannung, sondern übers Magnetfeld.

Die Heizspannung liegt bei 3,2-3,4V bei 10-20A, ist also kein Problem für einen umgewickelten Trafo.
Im Bereich 3-5kV ist der Strom weitesgehend proportional der Spannung.
Selbst wenn dadurch die Lebensdauer des Magnetrons sinkt, ich habe noch eine ganze Kiste rumstehen.
Außerdem haben die bei mir sowiso eine Lebensdauer von <1 Jahr (bei insgesamt wenigen Betriebsstunden), denn durch die vielen Plasmabälle usw. brennt schnell die Antenne des Magnetrons ab.

Zitat :

Aber das ist auch kein Problem, dafür habe ich einen zusätzlichen Heiztrafo vorgesehen. Und ja, ich weiß dass die Heizung auf -4kV liegt und gut isoliert sein muss...

Aber möglicherweise mußt du die Temperatur des Heizfadens mit einer Brückenschaltung regeln, und das ist bei diesen Strömen und auf diesem Potential nicht so lustig.


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Wiso Regelung ?
Ein 3,4V Trafo reicht. In einer Mikrowelle gibt es ja auch keine Regelung. Und wie ich schon schrieb:
Ersatzteile habe ich genügend, falls das eine oder andere durchbrennt.
Ist immerhin nicht das erste mal, dass ich ein Magnetron nicht an einem normalen Mikrowellentrafo betreibe: Heizung mit einem umgewickelten Trafo aus einem Commodore Floppy LW, -4kV über Schaltnetzteil + Kaskade, ein Metallabfalleimer als Resonanzraum für das Magnetron.
Ging einwandfrei bei 200W leuchtete ein Glühbirne und eine Leuchtstofflampe schön auf.

Aber ich möchte jetzt nicht weiter auf das Thema eingehen, sondern wieder zurück zum Ursprünglichen Thema gehen:
Wie vermeide ich es, dass der Trafo
a) beim Einschalten
b) im Leerlauf
in die Sättigung kommt, und so den Triac/Thyristor sprengt ?
Und brauche ich unbedingt ein LC Filter oder erledigt das die Induktivität des Trafos schon selbst ?

Du wirst wohl mit einem Speicheroszi mit dem du auch den Stromverlauf beobachtest, feststellen müssen, warum der Trafo in die Sättigung kommt.
Letzlich liegts am falschen Triggerzeitpunkt. Fragt sich nur warum das passiert.
Das kann durchaus auch etwas mit der Last zu tun haben.

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Zitat : perl hat am 15 Sep 2004 14:20 geschrieben :

Du wirst wohl mit einem Speicheroszi mit dem du auch den Stromverlauf beobachtest, feststellen müssen, warum der Trafo in die Sättigung kommt. Letzlich liegts am falschen Triggerzeitpunkt. Fragt sich nur warum das passiert. Das kann durchaus auch etwas mit der Last zu tun haben.

Hab leider kein Speicheroszi, sondern nur ein normales, aber egal.

Das Problem hatte ich ja ganz am Anfang schon beschrieben:
Im Leerlauf stellt der Trafo eine fast reine Induktivität dar, die man möglichst bei 90° einschaltet.
Ich hab eine App Note von ST zu dem Thema:
Mikrowellen mit Triacs schalten (nicht regeln).
Einschaltzeitpunkt 0°: >100A
Einschaltzeitpunkt 90°: 22A
Spitzenstrom im normalen Betrieb: ca. 15A
Alle Werte ohne Last (wie es ja üblich ist, da das Magnetron noch ungeheizt ist und so nur 50W für die Heizung zieht)
Der Strom im Leerlauf ist nicht Sinusförmig sondern sieht sehr nach einem gesättigten Kern aus. Wird der Trafo belastet, kommt er nicht in die Sättigung.
Die Phasenverschiebung bei Vollast liegt bei cos phi 94%.

Dasselbe gilt auch für manche Halogentrafos (z.B in Schreibtischlampen) die bei einer defekten Lampe in die Sättigung kommen und durchbrennen !

Zitat :

Im Leerlauf stellt der Trafo eine fast reine Induktivität dar, die man möglichst bei 90° einschaltet.

Hast du schon versucht mittels eines Kondensators die Induktivität zu Kompensieren ?
Desweiteren solltest du vieleicht mal eine 60W Glühlampe als Vorlast dranhängen, damit der SCR nicht wieder ausgeht, wenn der Haltestrom aufgrund der induktiven Last zunächst nicht erreicht wird.

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[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 15 Sep 2004 18:26 ]

Die 60W Glühlampe ist keine ordentliche Lösung, da muss es doch auch was besseres geben ?

Das ganze soll zwar v.a. für Mikrowellen verwenden werden, aber auch mit allen anderen Lasten funktionieren. Der Kondensator müsste ja für jeden Trafo und jede Lastsituation geändert werden.