Was ist ein Nulldurchgang?
Eine Nulldurchgangsschaltung ist eine elektrische Schaltung, die den Moment erkennt, in dem eine Sinuswelle oder das natürliche Wechselstromformat (AC) eine Amplitude von Null Volt aufweist, und ein Signal an ihre gesteuerte Schaltung sendet. Es ist sehr nützlich, um hohe Stoßströme zum Schutz von ohmschen Lasten wie Glühlampen und Heizkörpern zu verhindern und um hohe Stoßströme zu verhindern, die elektromagnetische Interferenzen mit elektronischen Schaltkreisen erzeugen. Der Nulldurchgang erkennt die Netzspannung zweimal während des Zyklus und stellt sicher, dass die momentane Netzspannung Null ist, bevor der Netzschalter betätigt wird. Ohne die Nulldurchgangsschaltung könnte der Schalter bei einem Spitzenspannungspegel einschalten, der einen abrupten hohen Stoßstrom verursacht. Darüber hinaus kann die Nulldurchgangsschaltung auch sicherstellen, dass die Wechselstromlast im Spannungszyklus früh genug eingeschaltet wird, um die volle Leistung aus der Wechselstromversorgung zu erhalten.
Elektromechanische Relaiskreise profitieren nicht von Nulldurchgangskreisen, da der Relaiskontakt nicht schnell genug schließt, um einen niedrigen Widerstand zu erzielen, während die Wechselstromversorgung aus dem Netz Null ist, weshalb Relaistreiber keine Nullphase erkennen. Halbleiterschalter hingegen können sehr schnell schalten, sodass diese Geräte vom Signal eines Nulldurchgangs profitieren. Siliziumgesteuerte Gleichrichter (SCRs) sind elektronische Leistungsschalter, die sich ähnlich wie normale Dioden verhalten. Im Gegensatz zu normalen Dioden benötigen SCRs jedoch ein Triggersignal, bevor die Vorwärtsleitung stattfindet. Wenn das Auslöseereignis eintritt, schaltet der SCR ein, während der Strom über seinem Haltestrom liegt. Mit einer Leistungsdiodenbrücke kann ein SCR im bidirektionalen Modus arbeiten und in der Lage sein, die volle Wechselstromleistung in Wechselstromlasten umzuschalten.
Die Triode für Wechselstrom (TRIAC) ist ein Halbleiterschalter mit drei Anschlüssen für Wechselstromanwendungen, der einem elektromechanischen Relais sehr ähnlich ist, da er Ströme in beide Richtungen leitet. Sie unterscheidet sich von der SCR-Steuerung, da der TRIAC-Trigger auch bidirektional ist, wodurch der TRIAC jedes Mal ausgelöst wird, wenn die Spannung Null ist. Es gibt optische Trennvorrichtungen, die die Bereitstellung eines TRIAC-Triggers vereinfachen sollen. Optische Isolatoren fördern die Sicherheit, indem sie den Hauptstromkreis vom Steuerkreis trennen. Es gibt sogar optische Isolatoren mit Nulldurchgang, die sich um die Nulldurchgangserkennung kümmern.
Nulldurchgangskreise werden bei reaktiven Lasten etwas kompliziert. Ohmsche Lasten haben Spannungen und Ströme, die in Phase sind. Phasenwinkelschaltungen werden benötigt, um die Triggerspannungen für nicht ohmsche Lasten zu verarbeiten, die induktiv oder kapazitiv sein können. Beispielsweise sind Wechselstrommotoren aufgrund der Wicklungen, die für die Feld- und Rotorwicklungen dieser Vorrichtungen verwendet werden, induktiv.
Die Lastwechselspannung in induktiven Lasten führt den Strom. In einer Nulldurchgangsschaltung ist der interessierende Nulldurchgang der Strom, der in Bezug auf die Eingangsspannung verzögert werden muss. Die meisten induktiven Lastkompensationsschaltungen würden eine Steuerspannung an die Nulldurchgangsschaltung liefern, die um einen Winkel verzögert ist, der gleich der Stromverzögerung über der Last ist.