Do sterowania dużymi obciążeniami w obwodach prądu przemiennego często stosuje się przekaźniki elektromagnetyczne. Grupy stykowe tych urządzeń służą jako dodatkowe źródło zawodności ze względu na skłonność do palenia, zgrzewania. Wadą jest również możliwość iskrzenia podczas przełączania, co w niektórych przypadkach wymaga dodatkowych zabezpieczeń. Dlatego najlepiej wyglądają klucze elektroniczne. Jedna z opcji takiego klucza jest wykonywana na triakach.
Zawartość
Co to jest triak i dlaczego jest potrzebny
W energoelektronice jeden z typów jest często używany jako sterowany element przełączający. tyrystory - trinistorów. Ich zalety:
- brak grupy kontaktowej;
- brak obracających się i ruchomych elementów mechanicznych;
- niewielka waga i wymiary;
- długi zasób, niezależny od liczby cykli włącz-wyłącz;
- niska cena;
- wysoka prędkość i cicha praca.
Ale kiedy używa się trinistorów w obwodach prądu przemiennego, ich jednokierunkowe przewodzenie staje się problemem. Aby trinistor mógł przepuszczać prąd w dwóch kierunkach, należy uciec się do sztuczek w postaci połączenia równoległego w przeciwnych kierunkach dwóch sterowanych jednocześnie trinistorów. Wydaje się logiczne połączenie tych dwóch tyrystorów w jednej obudowie w celu ułatwienia instalacji i zmniejszenia rozmiaru. I ten krok został podjęty w 1963 roku, kiedy radzieccy naukowcy i specjaliści General Electric prawie jednocześnie złożyli wnioski o rejestrację wynalazku symetrycznego trinistora - triaka (w terminologii zagranicznej triak, triak - trioda dla prądu przemiennego).
W rzeczywistości triak nie jest dosłownie dwoma trinistorami umieszczonymi w jednym przypadku.
Cały układ jest zaimplementowany na pojedynczym krysztale o różnych pasmach przewodnictwa p i n, a struktura ta nie jest symetryczna (chociaż charakterystyka prądowo-napięciowa triaka jest symetryczna względem pochodzenia i jest zwierciadlaną charakterystyką I–V trinistora). I to jest podstawowa różnica między triakiem a dwoma trinistorami, z których każdy musi być sterowany dodatnim, w stosunku do katody, prądem.
Triak nie ma anody i katody w stosunku do kierunku przepływającego prądu, ale w stosunku do elektrody sterującej wnioski te nie są równoważne. W literaturze można znaleźć terminy „warunkowa katoda” (MT1, A1) i „warunkowa anoda” (MT2, A2). Są wygodne w użyciu do opisu działania triaka.
Po przyłożeniu półfali o dowolnej polaryzacji urządzenie jest najpierw blokowane (czerwona część CVC).Podobnie jak w przypadku trinistora, wyzwolenie triaka może nastąpić, gdy przekroczony zostanie poziom napięcia progowego dla dowolnej polaryzacji przebiegu sinusoidalnego (sekcja niebieska). W kluczach elektronicznych to zjawisko (efekt dynistora) jest dość szkodliwe. Należy tego unikać przy wyborze trybu działania. Otwarcie triaka następuje przez doprowadzenie prądu do elektrody sterującej. Im większy prąd, tym wcześniej klucz się otworzy (obszar z czerwoną linią przerywaną). Prąd ten jest wytwarzany przez przyłożenie napięcia między elektrodą sterującą a katodą warunkową. To napięcie musi być ujemne lub mieć taki sam znak jak napięcie przyłożone między MT1 i MT2.
Przy określonej wartości prądu triak otwiera się natychmiast i zachowuje się jak normalna dioda - aż do zablokowania (obszary zielone przerywane i stałe). Ulepszenie technologii prowadzi do zmniejszenia pobieranego prądu, aby całkowicie odblokować triak. W przypadku nowoczesnych modyfikacji wynosi do 60 mA i mniej. Ale nie należy dać się ponieść zmniejszeniu prądu w rzeczywistym obwodzie - może to prowadzić do niestabilnego otwarcia triaka.
Zamykanie, podobnie jak w przypadku konwencjonalnego trinistora, następuje, gdy prąd spada do pewnej granicy (prawie do zera). W obwodzie prądu przemiennego ma to miejsce przy następnym przejściu przez zero, po którym konieczne będzie ponowne przyłożenie impulsu sterującego. W obwodach prądu stałego kontrolowane wyłączenie triaka wymaga kłopotliwych rozwiązań technicznych.
Funkcje i ograniczenia
Istnieją ograniczenia dotyczące używania triaka podczas przełączania obciążenia reaktywnego (indukcyjnego lub pojemnościowego). W obecności takiego odbiornika w obwodzie prądu przemiennego fazy napięcia i prądu są przesunięte względem siebie. Kierunek przesunięcia zależy od charakteru reaktywności i wielkości - od wartości składnika reaktywnego. Powiedziano już, że triak wyłącza się w momencie, gdy prąd przechodzi przez zero. A napięcie między MT1 i MT2 w tym momencie może być dość duże. Jeżeli szybkość zmian napięcia dU/dt w tym samym czasie przekroczy wartość progową, to triak może się nie zamknąć. Aby uniknąć tego efektu, równolegle do ścieżki zasilania triaka obejmują warystory. Ich rezystancja zależy od przyłożonego napięcia i ograniczają szybkość zmian różnicy potencjałów. Ten sam efekt można osiągnąć stosując łańcuch RC (snubber).
Niebezpieczeństwo przekroczenia szybkości narastania prądu podczas przełączania obciążenia związane jest ze skończonym czasem wyzwalania triaka. W momencie, gdy triak jeszcze się nie zamknął, może się okazać, że przykładane jest do niego duże napięcie, a jednocześnie przez tor zasilania płynie odpowiednio duży prąd skrośny. Może to doprowadzić do uwolnienia dużej mocy cieplnej z urządzenia, a kryształ może się przegrzać. Aby wyeliminować tę wadę, konieczne jest, jeśli to możliwe, skompensowanie reaktywności konsumenta poprzez sekwencyjne włączanie w obwód reaktywności o w przybliżeniu tej samej wartości, ale o przeciwnym znaku.
Należy również pamiętać, że w stanie otwartym na triaku spada około 1-2 V. Ponieważ jednak oscyloskop to potężne przełączniki wysokiego napięcia, właściwość ta nie wpływa na praktyczne zastosowanie triaków. Utrata 1-2 woltów w obwodzie 220 woltów jest porównywalna z błędem pomiaru napięcia.
Przykłady użycia
Głównym obszarem zastosowania triaka jest klucz w obwodach prądu przemiennego.Nie ma fundamentalnych ograniczeń dotyczących używania triaka jako klucza DC, ale to też nie ma sensu. W takim przypadku łatwiej jest zastosować tańszy i bardziej powszechny trinistor.
Jak każdy klucz, triak jest podłączony do obwodu szeregowo z obciążeniem. Włączanie i wyłączanie triaka steruje doprowadzeniem napięcia do odbiornika.
Ponadto triak może być używany jako regulator napięcia w obciążeniach, które nie dbają o kształt napięcia (na przykład żarówki lub grzejniki termiczne). W tym przypadku schemat sterowania wygląda tak.
Tutaj obwód przesunięcia fazowego jest zorganizowany na rezystorach R1, R2 i kondensatorze C1. Regulując rezystancję, uzyskuje się przesunięcie początku impulsu w stosunku do przejścia napięcia sieciowego przez zero. Za powstawanie impulsu odpowiada dinstor o napięciu otwarcia około 30 woltów. Po osiągnięciu tego poziomu otwiera się i przekazuje prąd do elektrody sterującej triaka. Jest oczywiste, że prąd ten zbiega się w kierunku z prądem płynącym przez ścieżkę mocy triaka. Niektórzy producenci produkują urządzenia półprzewodnikowe o nazwie Quadrac. Posiadają triak i dinistor w obwodzie elektrody sterującej w jednej obudowie.
Taki obwód jest prosty, ale jego pobór prądu ma ostro niesinusoidalny kształt, podczas gdy w sieci zasilającej powstają zakłócenia. Aby je stłumić, konieczne jest użycie filtrów - przynajmniej najprostszych łańcuchów RC.
Zalety i wady
Zalety triaka pokrywają się z zaletami opisanego powyżej trinistora. Do nich wystarczy dodać możliwość pracy w obwodach prądu przemiennego i proste sterowanie w tym trybie. Ale są też wady.Dotyczą one głównie obszaru aplikacji, który jest ograniczony przez reaktywny składnik obciążenia. Nie zawsze jest możliwe zastosowanie sugerowanych powyżej środków ochronnych. Wady obejmują również:
- zwiększona wrażliwość na hałas i zakłócenia w obwodzie elektrody sterującej, co może powodować fałszywe alarmy;
- konieczność odprowadzania ciepła z kryształu – rozmieszczenie promienników kompensuje małe gabaryty urządzenia, a do przełączania dużych obciążeń zastosowanie styczniki preferowana staje się sztafeta;
- ograniczenie częstotliwości pracy - nie ma to znaczenia przy pracy na częstotliwościach przemysłowych 50 lub 100 Hz, ale ogranicza zastosowanie w przetwornikach napięcia.
Do właściwego wykorzystania triaków konieczne jest poznanie nie tylko zasad działania urządzenia, ale także jego wad, które określają granice zastosowania triaków. Tylko w tym przypadku opracowane urządzenie będzie działać długo i niezawodnie.
Podobne artykuły:
