Výkonné střídavé zátěže jsou často řízeny elektromagnetická relé. Dalším zdrojem nespolehlivosti jsou kontaktní skupiny těchto zařízení, které mají tendenci se propalovat nebo svařovat. Nevýhodou se jeví také možnost vzniku jisker při spínání, což v některých případech vyžaduje další bezpečnostní opatření. Z tohoto důvodu se elektronické klíče jeví jako vhodnější. Jednou z variant takového spínače je triak.
Co je to triak a proč je potřeba
Jako řízený spínací prvek se ve výkonové elektronice často používá jeden z následujících prvků Tyristory - Tyristory. Jejich výhody:
- žádná kontaktní skupina;
- Žádné rotující nebo pohyblivé mechanické prvky;
- Nízká hmotnost a rozměry;
- Dlouhá životnost nezávislá na počtu cyklů zapnutí/vypnutí;
- nízké náklady;
- Vysokorychlostní a tichý provoz.
Při použití trinistorů ve střídavých obvodech se však jejich jednosměrná vodivost stává problémem. Aby mohl trinistor vést proud oběma směry, musí být trinistory zapojeny paralelně v opačném směru, přičemž dva trinistory jsou ovládány současně. Zdá se logické spojit tyto dva trinistory do jednoho pouzdra pro snadnější instalaci a zmenšení velikosti. A tento krok byl učiněn v roce 1963, kdy sovětští vědci a specialisté General Electric téměř současně požádali o registraci vynálezu symetrického trinistoru - simistoru (v zahraniční terminologii triak - trioda pro alternativní proud).
Triak ve skutečnosti nejsou doslova dva trinistory v jednom balení.
Celý systém je realizován na jednom krystalu s různými p- a n-vodičovými zónami a tato struktura není symetrická (ačkoli voltampérová charakteristika triaku je symetrická kolem počátku a je zrcadlovým obrazem triaku). A to je základní rozdíl mezi triakem a dvěma trinistory, z nichž každý musí být ovládán kladným proudem vůči katodě.
Triak nemá anodu a katodu ve vztahu ke směru toku proudu, ale výstupy jsou nestejné ve vztahu k řídicí elektrodě. V literatuře se vyskytují termíny "podmíněná katoda" (MT1, A1) a "podmíněná anoda" (MT2, A2). Vhodně se používají k popisu činnosti triaku.
Po přivedení půlvlny kterékoli polarity se zařízení nejprve zablokuje (červená část VAC). Stejným způsobem jako trinistory lze triak odblokovat, když napětí překročí prahovou hodnotu v obou polaritách sinusovky (modrá část). U elektronických spínačů je tento jev (dynistorický efekt) spíše škodlivý. Při volbě provozního režimu je třeba se mu vyhnout. Triak se otevírá přivedením proudu na řídicí elektrodu. Čím vyšší je proud, tím dříve se klíč otevře (červená čárkovaná oblast). Tento proud je generován přivedením napětí mezi řídicí elektrodu a podmíněnou katodu. Toto napětí musí být buď záporné, nebo stejného znaménka jako napětí přiložené mezi MT1 a MT2.
Při určité hodnotě proudu se triak okamžitě otevře a chová se jako normální dioda - dokud se neuzavře (zelené čárkované a plné plochy). Zdokonalení technologie vedlo ke snížení proudu potřebného k úplnému otevření triaku. Moderní verze mají spotřebu proudu do 60 mA a méně. Snížení proudu v reálném obvodu by však nemělo být příliš velké, protože by mohlo vést k nestabilnímu otevření triaku.
K uzavření, stejně jako u běžných trinistorů, dochází při poklesu proudu na určitou mez (blízkou nule). V obvodech střídavého proudu k tomu dojde, když triak opět projde nulou, po které je třeba znovu aplikovat řídicí impuls. Ve stejnosměrných obvodech vyžaduje řízené zapínání triaku těžkopádná technická řešení.
Funkce a omezení
Omezení použití triaků při spínání jalových (induktivních nebo kapacitních) zátěží. Pokud je tato zátěž přítomna ve střídavém obvodu, fáze napětí a proudu jsou vůči sobě posunuty. Směr fázového posunu závisí na charakteru jalové složky a velikost fázového posunu závisí na charakteru jalové složky. velikost reaktivní složky. Již bylo řečeno, že triak se vypne, když proud projde nulou. A napětí mezi MT1 a MT2 může být v tu chvíli poměrně velké. Pokud rychlost změny napětí dU/dt překročí prahovou hodnotu, triak se nemusí zavřít. Aby se tomuto efektu zabránilo, je triak zapojen paralelně s napájecí cestou triaku. varistory. Jejich odpor závisí na přiloženém napětí a omezují rychlost změny rozdílu potenciálů. Stejného efektu lze dosáhnout použitím RC-řetězce (snubberu).
Nebezpečí překročení rychlosti nárůstu proudu při spínání zátěže souvisí s dobou vypnutí triaku na konci cyklu. V okamžiku, kdy triak ještě nezavřel, může být přiloženo vysoké napětí a zároveň silovou cestou protéká dostatečně vysoký průchozí proud. To může vést k vysokému tepelnému výkonu zařízení a k přehřátí krystalu. Pro odstranění této vady je nutné kompenzovat reaktanci spotřebiče, pokud je to možné, zařazením reaktance přibližně stejné velikosti, ale opačného znaménka do obvodu v sérii.
Je také třeba mít na paměti, že v rozepnutém stavu klesne napětí triaku přibližně o 1-2 V. Protože se však jedná o výkonné vysokonapěťové spínače, nemá tato vlastnost na praktické použití triaků vliv. Ztráta 1-2 volty v obvodu 220 V je srovnatelná s chybou měření napětí.
Příklady aplikací
Triaky se používají především jako spínače v obvodech střídavého proudu. Použití triaku jako stejnosměrného spínače není v zásadě nijak omezeno, ale ani to nemá smysl. V tomto případě je jednodušší použít levnější a běžnější trinistor.
Stejně jako každý klíč je i triak zapojen do série se zátěží. Zapínáním a vypínáním triaku se řídí napájecí napětí spotřebiče.
Triak lze také použít jako regulátor napětí u zátěží, u kterých nezáleží na tvaru napětí (např. žárovky nebo termoelektrické ohřívače). V tomto případě vypadá řídicí obvod takto.
Zde je na rezistorech R1, R2 a kondenzátoru C1 uspořádán obvod s fázovým posunem. Nastavením odporu se posunuje začátek impulzu vzhledem k průchodu nulou síťového napětí. Impuls generuje dynamo s rozpínacím napětím přibližně 30 V. Po dosažení této úrovně se otevře a umožní průtok proudu do řídicí elektrody triaku. Je zřejmé, že směr tohoto proudu se shoduje s proudem procházejícím výkonovou cestou triaku. Někteří výrobci vyrábějí polovodičová zařízení zvaná Quadrac. Ty mají triak a diistor v obvodu řídicí elektrody ve stejném pouzdře.
Toto zapojení je jednoduché, ale odběr proudu je prudce nesinusový a v síti vzniká rušení. K jejich potlačení by měly být použity filtry - alespoň nejjednodušší RC-řetězec.
Výhody a nevýhody
Výhody triaku jsou stejné jako u výše popsaných trinistorů. Lze je použít i v obvodech střídavého proudu a lze je snadno ovládat v režimu střídavého proudu. Existují však i některé nevýhody. Ty se týkají především oblasti použití, která je omezena jalovou složkou zátěže. Výše navržená ochranná opatření nejsou vždy možná. Nevýhody jsou také následující
- Zvýšená citlivost na šum a rušení v obvodu řídicí elektrody, které mohou způsobit falešně pozitivní výsledky;
- Potřeba odvádět teplo z krystalu - rozmístění chladičů kompenzuje malé rozměry zařízení a pro spínání těžkých zátěží se používá stykače relé jsou vhodnější než stykače;
- Omezení pracovní frekvence - to nevadí při provozu na průmyslových frekvencích 50 nebo 100 Hz, ale omezuje to použití v měničích napětí.
Pro kvalifikované použití triaků je nutné znát nejen principy zařízení, ale také jeho slabiny, které vymezují hranice použití triaků. Jen tak bude navržené zařízení fungovat dlouho a spolehlivě.
Související články:
