Τα ισχυρά φορτία εναλλασσόμενου ρεύματος συχνά ελέγχονται από ηλεκτρομαγνητικά ρελέ. Οι ομάδες επαφών αυτών των συσκευών αποτελούν πρόσθετη πηγή αναξιοπιστίας λόγω της τάσης τους να καίγονται ή να συγκολλούνται. Επίσης, μειονέκτημα φαίνεται να είναι η πιθανότητα σπινθήρων κατά την εναλλαγή, η οποία σε ορισμένες περιπτώσεις απαιτεί πρόσθετα μέτρα ασφαλείας. Για το λόγο αυτό, τα ηλεκτρονικά κλειδιά φαίνονται προτιμότερα. Μια παραλλαγή ενός τέτοιου διακόπτη γίνεται με triacs.
Περιεχόμενα
Τι είναι ένα triac και γιατί χρειάζεται
Ένα από τα ακόλουθα χρησιμοποιείται συχνά ως ελεγχόμενο διακοπτικό στοιχείο στα ηλεκτρονικά ισχύος Θυρίστορ - Θυρίστορ. Τα πλεονεκτήματά τους:
- ομάδα χωρίς επαφή,
- Χωρίς περιστρεφόμενα ή κινούμενα μηχανικά στοιχεία,
- Χαμηλό βάρος και διαστάσεις,
- Μεγάλη διάρκεια ζωής, ανεξάρτητα από τον αριθμό των κύκλων ενεργοποίησης/απενεργοποίησης,
- χαμηλό κόστος,
- Λειτουργία υψηλής ταχύτητας και χαμηλού θορύβου.
Όταν όμως τα τρινίστορ χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος, η μονόδρομη αγωγιμότητά τους γίνεται πρόβλημα. Προκειμένου ένα τρινίστορ να μεταφέρει ρεύμα και προς τις δύο κατευθύνσεις, τα τρινίστορ πρέπει να συνδεθούν παράλληλα προς την αντίθετη κατεύθυνση με δύο τρινίστορ να ελέγχονται ταυτόχρονα. Φαίνεται λογικό να συνδυάσουμε αυτά τα δύο τρινίστορ σε ένα ενιαίο κέλυφος για ευκολία στην εγκατάσταση και μείωση του μεγέθους. Και αυτό το βήμα έγινε το 1963, όταν οι σοβιετικοί επιστήμονες και οι ειδικοί της General Electric υπέβαλαν σχεδόν ταυτόχρονα αίτηση για την καταχώριση της εφεύρεσης ενός συμμετρικού τρινίστορ - σιμίστορ (στην ξένη ορολογία, triac - τρίοδος για εναλλακτικό ρεύμα).
Στην πραγματικότητα, το triac δεν είναι κυριολεκτικά δύο trinistors σε μία συσκευασία.
Το όλο σύστημα υλοποιείται σε έναν ενιαίο κρύσταλλο με διαφορετικές ζώνες αγωγών p και n, και η δομή αυτή δεν είναι συμμετρική (αν και η χαρακτηριστική τάση-αμπέρ ενός τριακ είναι συμμετρική ως προς την αρχή και αποτελεί κατοπτρική εικόνα του τριακ). Και αυτή είναι η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ ενός triac και δύο trinistors, καθένα από τα οποία πρέπει να ελέγχεται από ένα θετικό ρεύμα σε σχέση με την κάθοδο.
Ένα triac δεν έχει άνοδο και κάθοδο σε σχέση με την κατεύθυνση της ροής του ρεύματος, αλλά οι έξοδοι είναι άνισες σε σχέση με το ηλεκτρόδιο ελέγχου. Στη βιβλιογραφία συναντώνται οι όροι "κάθοδος υπό όρους" (ΜΤ1, Α1) και "άνοδος υπό όρους" (ΜΤ2, Α2). Χρησιμοποιούνται βολικά για την περιγραφή της λειτουργίας ενός triac.
Όταν εφαρμοστεί ένα ημιπερίοδο οποιασδήποτε πολικότητας, η συσκευή κλειδώνει πρώτα (κόκκινο τμήμα του VAC). Με τον ίδιο τρόπο όπως τα τρινίστορ, το triac μπορεί να ξεκλειδώσει όταν η τάση υπερβεί ένα κατώφλι σε οποιαδήποτε πολικότητα του ημιτονικού κύματος (μπλε τμήμα). Στους ηλεκτρονικούς διακόπτες το φαινόμενο αυτό (φαινόμενο dynistor) είναι μάλλον επιβλαβές. Πρέπει να αποφεύγεται κατά την επιλογή του τρόπου λειτουργίας. Το triac ανοίγει εφαρμόζοντας ρεύμα στο ηλεκτρόδιο ελέγχου. Όσο υψηλότερο είναι το ρεύμα, τόσο νωρίτερα θα ανοίξει το κλειδί (κόκκινη διακεκομμένη περιοχή). Το ρεύμα αυτό παράγεται με την εφαρμογή τάσης μεταξύ του ηλεκτροδίου ελέγχου και της καθόδου υπό συνθήκη. Η τάση αυτή πρέπει να είναι είτε αρνητική είτε να έχει το ίδιο πρόσημο με την τάση που εφαρμόζεται μεταξύ των ΜΤ1 και ΜΤ2.
Σε μια ορισμένη τιμή ρεύματος, το triac ανοίγει αμέσως και συμπεριφέρεται όπως μια κανονική δίοδος - μέχρι να κλείσει (πράσινες διακεκομμένες και συμπαγείς περιοχές). Οι βελτιώσεις στην τεχνολογία έχουν οδηγήσει σε μείωση του ρεύματος που απαιτείται για το πλήρες άνοιγμα του triac. Οι σύγχρονες εκδόσεις έχουν κατανάλωση ρεύματος έως 60 mA και κάτω. Ωστόσο, η μείωση του ρεύματος δεν θα πρέπει να αποτελεί πολύ μεγάλο πλεονέκτημα σε ένα πραγματικό κύκλωμα, καθώς μπορεί να οδηγήσει σε ασταθές άνοιγμα του triac.
Το κλείσιμο, όπως και στα συμβατικά τρινίστορ, συμβαίνει όταν το ρεύμα πέσει σε ένα ορισμένο όριο (κοντά στο μηδέν). Στα κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος, αυτό συμβαίνει όταν το τριακ περνά ξανά στο μηδέν, οπότε θα πρέπει να εφαρμοστεί ξανά ένας παλμός ελέγχου. Στα κυκλώματα συνεχούς ρεύματος, η ελεγχόμενη μανδάλωση του triac απαιτεί δύσκολες τεχνικές λύσεις.
Χαρακτηριστικά και περιορισμοί
Περιορισμοί στη χρήση των triacs κατά τη μεταγωγή αντιδραστικών (επαγωγικών ή χωρητικών) φορτίων. Όταν αυτό το φορτίο είναι παρόν σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος, οι φάσεις τάσης και ρεύματος μετατοπίζονται η μία σε σχέση με την άλλη. Η κατεύθυνση της μετατόπισης της φάσης εξαρτάται από τη φύση της αντιδραστικής συνιστώσας και το μέγεθος της μετατόπισης της φάσης εξαρτάται από τη φύση της αντιδραστικής συνιστώσας. το μέγεθος της αντιδραστικής συνιστώσας. Έχει ήδη ειπωθεί ότι το triac απενεργοποιείται όταν το ρεύμα περνά από το μηδέν. Και η τάση μεταξύ MT1 και MT2 εκείνη τη στιγμή μπορεί να είναι αρκετά μεγάλη. Εάν ο ρυθμός μεταβολής της τάσης dU/dt υπερβαίνει την τιμή κατωφλίου, το triac ενδέχεται να μην κλείσει. Για να αποφευχθεί αυτό το φαινόμενο, το τριακ συνδέεται παράλληλα με τη διαδρομή ισχύος του τριακ. varistors. Η αντίστασή τους εξαρτάται από την εφαρμοζόμενη τάση και περιορίζουν το ρυθμό μεταβολής της διαφοράς δυναμικού. Το ίδιο αποτέλεσμα μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση μιας αλυσίδας RC (snubber).
Ο κίνδυνος υπέρβασης του ρυθμού αύξησης του ρεύματος κατά την εναλλαγή του φορτίου σχετίζεται με το χρόνο ενεργοποίησης του triac στο τέλος του κύκλου. Τη στιγμή που το triac δεν έχει κλείσει ακόμη, μπορεί να εφαρμόζεται υψηλή τάση και ταυτόχρονα να ρέει ένα αρκετά υψηλό ρεύμα διέλευσης μέσω της διαδρομής ισχύος. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε υψηλή θερμική ισχύ που παράγεται στη συσκευή και ο κρύσταλλος μπορεί να υπερθερμανθεί. Για να εξαλειφθεί αυτό το ελάττωμα, είναι απαραίτητο να αντισταθμιστεί η αντίδραση του καταναλωτή, αν είναι δυνατόν, με την ενσωμάτωση στο κύκλωμα σε σειρά αντίδρασης περίπου του ίδιου μεγέθους αλλά αντίθετου πρόσημου.
Θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη ότι στην ανοικτή κατάσταση το triac πέφτει περίπου 1-2V. Δεδομένου όμως ότι η εφαρμογή είναι διακόπτες υψηλής ισχύος και υψηλής τάσης, η ιδιότητα αυτή δεν επηρεάζει την πρακτική εφαρμογή των triacs. Μια απώλεια 1-2 βολτ σε ένα κύκλωμα 220V είναι συγκρίσιμη με ένα σφάλμα μέτρησης τάσης.
Παραδείγματα εφαρμογών
Η κύρια χρήση των triacs είναι ως διακόπτες σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος. Δεν υπάρχουν καταρχήν περιορισμοί για τη χρήση ενός triac ως διακόπτη συνεχούς ρεύματος, αλλά δεν υπάρχει και λόγος να το κάνετε. Σε αυτή την περίπτωση, είναι ευκολότερο να χρησιμοποιήσετε το φθηνότερο και πιο συνηθισμένο τρινίστορ.
Όπως κάθε πλήκτρο, ένα triac συνδέεται σε σειρά με το φορτίο. Η ενεργοποίηση και απενεργοποίηση του triac ελέγχει την τάση τροφοδοσίας στον καταναλωτή.
Το triac μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως ρυθμιστής τάσης σε φορτία που δεν ενδιαφέρονται για τη μορφή της τάσης (όπως λαμπτήρες πυράκτωσης ή θερμοηλεκτρικά θερμαντικά σώματα). Στην περίπτωση αυτή, το κύκλωμα ελέγχου έχει την εξής μορφή.
Εδώ, ένα κύκλωμα μετατόπισης φάσης είναι τοποθετημένο στους αντιστάτες R1, R2 και στον πυκνωτή C1. Ρυθμίζοντας την αντίσταση, η έναρξη του παλμού μετατοπίζεται σε σχέση με το μηδενικό πέρασμα της τάσης γραμμής. Για τη δημιουργία του παλμού είναι υπεύθυνο ένα δυνανίστορ με τάση ανοίγματος περίπου 30 βολτ. Όταν επιτευχθεί αυτή η στάθμη, ανοίγει και επιτρέπει τη ροή ρεύματος στο ηλεκτρόδιο ελέγχου του triac. Είναι προφανές ότι το ρεύμα αυτό συμπίπτει ως προς την κατεύθυνση με το ρεύμα που διαρρέει τη διαδρομή ισχύος του triac. Ορισμένοι κατασκευαστές παράγουν συσκευές ημιαγωγών που ονομάζονται Quadrac. Αυτά έχουν ένα triac και ένα διίστορ στο κύκλωμα του ηλεκτροδίου ελέγχου στο ίδιο περίβλημα.
Αυτό το κύκλωμα είναι απλό, αλλά η κατανάλωση ρεύματος είναι έντονα μη ημιτονοειδής και δημιουργούνται παρεμβολές στο δίκτυο. Θα πρέπει να χρησιμοποιούνται φίλτρα - τουλάχιστον η απλούστερη αλυσίδα RC - για την καταστολή τους.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
Τα πλεονεκτήματα του triac είναι τα ίδια με εκείνα των trinistors που περιγράφονται παραπάνω. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος και είναι εύκολο να ελεγχθούν σε λειτουργία εναλλασσόμενου ρεύματος. Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένα μειονεκτήματα. Αυτές αφορούν κυρίως την περιοχή εφαρμογής, η οποία περιορίζεται από την άεργο συνιστώσα του φορτίου. Τα μέτρα προστασίας που προτείνονται παραπάνω δεν είναι πάντα δυνατά. Άλλα μειονεκτήματα είναι
- Αυξημένη ευαισθησία σε θόρυβο και παρεμβολές στο κύκλωμα του ηλεκτροδίου ελέγχου, οι οποίες μπορεί να προκαλέσουν ψευδώς θετικά αποτελέσματα,
- Η ανάγκη απαγωγής θερμότητας από τον κρύσταλλο - η διάταξη των ψυκτρών αντισταθμίζει το μικρό μέγεθος της διάταξης, ενώ για τη μεταγωγή βαρέων φορτίων η χρήση επαφείς οι ηλεκτρονόμοι είναι προτιμότεροι από τους επαφείς,
- Περιορισμός στη συχνότητα λειτουργίας - αυτό δεν έχει σημασία όταν λειτουργεί σε βιομηχανικές συχνότητες 50 ή 100 Hz, αλλά περιορίζει τη χρήση σε μετατροπείς τάσης.
Για να χρησιμοποιήσετε τα triacs με επάρκεια, είναι απαραίτητο να γνωρίζετε όχι μόνο τις αρχές της συσκευής, αλλά και τις αδυναμίες της που καθορίζουν τα όρια της εφαρμογής των triacs. Μόνο τότε η σχεδιασμένη συσκευή θα λειτουργεί για μεγάλο χρονικό διάστημα και αξιόπιστα.
Σχετικά άρθρα:
