Las cargas potentes de CA suelen estar controladas por relés electromagnéticos. Los grupos de contacto de estos dispositivos son una fuente adicional de falta de fiabilidad debido a su tendencia a quemarse o soldarse. También parece ser una desventaja la posibilidad de que se produzcan chispas al conmutar, lo que en algunos casos requiere medidas de seguridad adicionales. Por esta razón, las llaves electrónicas parecen preferibles. Una variante de este tipo de interruptor se realiza con triacs.
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Qué es un triac y por qué es necesario
Uno de los siguientes se utiliza a menudo como elemento de conmutación controlado en la electrónica de potencia Tiristores - Tiristores. Sus ventajas:
- grupo de no contacto;
- No hay elementos mecánicos giratorios o móviles;
- Bajo peso y dimensiones;
- Larga vida útil, independiente del número de ciclos de encendido y apagado;
- bajo coste;
- Funcionamiento de alta velocidad y bajo nivel de ruido.
Pero cuando los trinistores se utilizan en circuitos de CA, su conductividad unidireccional se convierte en un problema. Para que un trinistor transporte corriente en ambas direcciones, los trinistores deben estar conectados en paralelo en la dirección opuesta con dos trinistores controlados simultáneamente. Parece lógico combinar estos dos trinistores en una sola carcasa para facilitar la instalación y reducir el tamaño. Y este paso se ha dado en 1963, cuando los científicos soviéticos y los especialistas de General Electric solicitaron casi simultáneamente el registro de la invención de un trinistor simétrico - simistor (en terminología extranjera, triac - triodo de corriente alterna).
De hecho, el triac no es literalmente dos trinistores en un solo paquete.
Todo el sistema está implementado en un solo cristal con diferentes zonas de conductores p y n, y esta estructura no es simétrica (aunque la característica voltio-amperio de un triac es simétrica respecto al origen y es una imagen especular del triac). Y esta es la diferencia fundamental entre un triac y dos trinistores, cada uno de los cuales debe ser controlado por una corriente positiva en relación con el cátodo.
Un triac no tiene ánodo y cátodo en relación con la dirección del flujo de corriente, pero las salidas son desiguales en relación con el electrodo de control. Los términos "cátodo condicional" (MT1, A1) y "ánodo condicional" (MT2, A2) se encuentran en la literatura. Se utilizan convenientemente para describir el funcionamiento de un triac.
Cuando se aplica una media onda de cualquiera de las dos polaridades, el dispositivo se bloquea inicialmente (sección roja de VAC). Al igual que un trinistor, el triac puede desbloquearse cuando la tensión supera un umbral en cualquiera de las dos polaridades de la onda sinusoidal (sección azul). En los interruptores electrónicos, este fenómeno (efecto dinistor) es bastante perjudicial. Debe evitarse al seleccionar el modo de funcionamiento. El triac se abre aplicando corriente al electrodo de control. Cuanto más alta sea la corriente, antes se abrirá la llave (zona de puntos rojos). Esta corriente se genera aplicando una tensión entre el electrodo de control y el cátodo condicional. Esta tensión debe ser negativa o del mismo signo que la tensión aplicada entre MT1 y MT2.
A partir de un determinado valor de corriente, el triac se abre inmediatamente y se comporta como un diodo normal, hasta que se cierra (zonas verdes discontinuas y sólidas). Las mejoras tecnológicas han permitido reducir la corriente necesaria para la apertura total del triac. Las versiones modernas tienen un consumo de corriente de hasta 60 mA y menos. Sin embargo, una reducción de la corriente no debería ser una ventaja demasiado grande en un circuito real, ya que puede provocar una apertura inestable del triac.
El cierre, como en el caso de los trinistores convencionales, se produce cuando la corriente cae hasta un determinado límite (cercano a cero). En los circuitos de CA, esto ocurre cuando el triac pasa de nuevo por el cero, tras lo cual habrá que aplicar de nuevo un impulso de control. En los circuitos de CC, el enclavamiento controlado del triac requiere soluciones técnicas engorrosas.
Características y limitaciones
Limitaciones en el uso de triacs al conmutar cargas reactivas (inductivas o capacitivas). Cuando esta carga está presente en un circuito de CA, las fases de tensión y de corriente están desfasadas entre sí. La dirección del desplazamiento de fase depende de la naturaleza del componente reactivo, y la magnitud del desplazamiento de fase depende de la naturaleza del componente reactivo. la magnitud del componente reactivo. Ya se ha dicho que el triac se desconecta cuando la corriente pasa por cero. Y la tensión entre MT1 y MT2 en ese momento puede ser bastante grande. Si la tasa de variación de la tensión dU/dt supera el valor umbral, el triac puede no cerrarse. Para evitar este efecto, el triac se conecta en paralelo con la ruta de alimentación del triac. varistores. Su resistencia depende de la tensión aplicada y limita la velocidad de cambio de la diferencia de potencial. El mismo efecto se puede conseguir utilizando una cadena RC (snubber).
El peligro de sobrepasar la tasa de aumento de la corriente al conmutar la carga está relacionado con el tiempo de disparo de fin de ciclo del triac. En el momento en que el triac aún no se ha cerrado, puede ser que se aplique una alta tensión y que al mismo tiempo fluya una corriente de paso suficientemente alta por la vía de alimentación. Esto puede hacer que se genere una gran potencia térmica en el dispositivo y que el cristal se sobrecaliente. Para eliminar este defecto es necesario compensar la reactancia del consumidor, si es posible, incorporando al circuito en serie una reactancia de aproximadamente la misma magnitud pero de signo contrario.
También hay que tener en cuenta que en el estado abierto el triac cae unos 1-2V. Pero como la aplicación es de interruptores de alta potencia y alto voltaje, esta propiedad no afecta a la aplicación práctica de los triacs. Una pérdida de 1-2 voltios en un circuito de 220V es comparable con un error de medición de la tensión.
Ejemplos de aplicaciones
El uso principal de los triacs es como interruptor en circuitos de CA. En principio, no hay restricciones para utilizar un triac como interruptor de CC, pero tampoco tiene sentido hacerlo. En este caso, es más fácil utilizar el trinistor, más barato y común.
Como cualquier llave, un triac se conecta en serie con la carga. El encendido y apagado del triac controla la tensión de alimentación del consumidor.
El triac también puede utilizarse como regulador de tensión en cargas que no se preocupan por la forma de la tensión (como las lámparas incandescentes o los calentadores termoeléctricos). En este caso, el circuito de control tiene el siguiente aspecto.
Aquí, un circuito de cambio de fase está dispuesto en las resistencias R1, R2 y el condensador C1. Ajustando la resistencia, el inicio del impulso se desplaza con respecto al paso por cero de la tensión de red. Un dinistor con una tensión de apertura de unos 30 voltios se encarga de generar el impulso. Cuando se alcanza este nivel, se abre y deja pasar la corriente al electrodo de control del triac. Es obvio que esta corriente coincide en su dirección con la corriente que atraviesa el camino de potencia del triac. Algunos fabricantes producen dispositivos semiconductores llamados Quadrac. Estos tienen un triac y un diistor en el circuito del electrodo de control en la misma carcasa.
Este circuito es sencillo, pero el consumo de corriente es marcadamente no sinusoidal y se crean interferencias en la red. Para suprimirlos se deben utilizar filtros, al menos la cadena RC más sencilla.
Ventajas y desventajas
Las ventajas del triac son las mismas que las de los trinistores descritos anteriormente. También pueden utilizarse en circuitos de corriente alterna y son fáciles de controlar en modo de corriente alterna. Sin embargo, hay algunas desventajas. Éstas se refieren principalmente al área de aplicación, que está limitada por la componente reactiva de la carga. Las medidas de protección sugeridas anteriormente no siempre son posibles. Las desventajas son también las siguientes
- Mayor sensibilidad al ruido y a las interferencias en el circuito del electrodo de control, que pueden causar falsos positivos;
- La necesidad de disipar el calor del cristal - la disposición de los disipadores de calor compensa el pequeño tamaño del dispositivo, y para la conmutación de cargas pesadas el uso de contactores Los relés son preferibles a los contactores;
- Limitación de la frecuencia de funcionamiento: esto no importa cuando se trabaja con frecuencias industriales de 50 o 100 Hz, pero limita el uso en convertidores de tensión.
Para utilizar los triacs de forma competente, es necesario conocer no sólo los principios del dispositivo, sino también sus puntos débiles que definen los límites de la aplicación del triac. Sólo así el dispositivo diseñado funcionará durante mucho tiempo y de forma fiable.
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