Qu'est-ce qu'un triac et comment contrôler des charges avec lui ?

Les charges CA puissantes sont souvent contrôlées par relais électromagnétiques. Les groupes de contact de ces dispositifs sont une source supplémentaire de non-fiabilité en raison de leur tendance à brûler ou à se souder. Un autre inconvénient semble être la possibilité d'étincelles lors de la commutation, ce qui nécessite dans certains cas des mesures de sécurité supplémentaires. C'est pourquoi les clés électroniques semblent préférables. Une variante de ce type d'interrupteur est réalisée sur des triacs.

Qu'est-ce qu'un triac et pourquoi il est nécessaire ?

L'un des éléments suivants est souvent utilisé comme élément de commutation contrôlé dans l'électronique de puissance Thyristors - Thyristors. Leurs avantages :

• groupe sans contact ;
• Aucun élément mécanique rotatif ou mobile ;
• Poids et dimensions réduits ;
• Longue durée de vie, indépendante du nombre de cycles marche/arrêt ;
• faible coût ;
• Fonctionnement à grande vitesse et à faible bruit.

Mais lorsque les trinistors sont utilisés dans des circuits alternatifs, leur conductivité unidirectionnelle devient un problème. Pour qu'un trinistor puisse transporter du courant dans les deux sens, les trinistors doivent être connectés en parallèle dans le sens opposé, deux trinistors étant commandés simultanément. Il semble logique de combiner ces deux trinistors dans une seule coquille pour faciliter l'installation et réduire la taille. Et cette étape a été franchie en 1963, lorsque les scientifiques soviétiques et les spécialistes de General Electric ont demandé presque simultanément l'enregistrement de l'invention d'un trinistor - simistor symétrique (en terminologie étrangère, triac - triode pour courant alternatif).

En fait, le triac n'est pas littéralement deux trinistors dans un seul boîtier.

L'ensemble du système est mis en œuvre sur un monocristal avec différentes zones de conducteurs p et n, et cette structure n'est pas symétrique (bien que la caractéristique volt-ampère d'un triac soit symétrique par rapport à l'origine et soit une image miroir du triac). C'est la différence fondamentale entre un triac et deux trinistors, dont chacun doit être contrôlé par un courant positif par rapport à la cathode.

Un triac n'a pas d'anode ni de cathode par rapport au sens de circulation du courant, mais les sorties sont inégales par rapport à l'électrode de commande. On trouve dans la littérature les termes "cathode conditionnelle" (MT1, A1) et "anode conditionnelle" (MT2, A2). Ils sont utilisés de manière pratique pour décrire le fonctionnement d'un triac.

Lorsqu'une demi-onde de l'une ou l'autre polarité est appliquée, le dispositif est d'abord verrouillé (section rouge de VAC). De la même manière qu'un trinistor, le triac peut être déverrouillé lorsque la tension dépasse un seuil dans l'une ou l'autre polarité de l'onde sinusoïdale (section bleue). Dans les commutateurs électroniques, ce phénomène (effet dynistor) est plutôt nuisible. Il faut l'éviter lors de la sélection du mode de fonctionnement. Le triac s'ouvre en appliquant un courant à l'électrode de contrôle. Plus le courant est élevé, plus la clé s'ouvre tôt (zone en pointillés rouges). Ce courant est généré par l'application d'une tension entre l'électrode de contrôle et la cathode conditionnelle. Cette tension doit être soit négative, soit de même signe que la tension appliquée entre MT1 et MT2.

À partir d'une certaine valeur de courant, le triac s'ouvre immédiatement et se comporte comme une diode normale - jusqu'à ce qu'il se ferme (zones vertes en pointillés et pleines). Les améliorations technologiques ont permis de réduire le courant nécessaire pour ouvrir complètement le triac. Les versions modernes ont une consommation de courant de 60 mA et moins. Cependant, la réduction du courant dans un circuit réel ne doit pas être trop importante car elle peut entraîner une ouverture instable du triac.

La fermeture, comme pour les trinistors classiques, se produit lorsque le courant tombe à une certaine limite (proche de zéro). Dans les circuits alternatifs, cela se produit lorsque le triac repasse par zéro, après quoi une impulsion de commande devra à nouveau être appliquée. Dans les circuits à courant continu, le verrouillage contrôlé du triac nécessite des solutions techniques lourdes.

Caractéristiques et limites

Limitations de l'utilisation des triacs lors de la commutation de charges réactives (inductives ou capacitives). Lorsque cette charge est présente dans un circuit alternatif, les phases de la tension et du courant sont décalées l'une par rapport à l'autre. La direction du déphasage dépend de la nature de la composante réactive, et l'ampleur du déphasage dépend de la nature de la composante réactive. la magnitude de la composante réactive. Il a déjà été dit que le triac est désactivé lorsque le courant passe par zéro. Et la tension entre MT1 et MT2 à ce moment-là peut être assez importante. Si le taux de variation de la tension dU/dt dépasse la valeur seuil, le triac peut ne pas se fermer. Pour éviter cet effet, le triac est connecté en parallèle avec le chemin d'alimentation du triac. varistances. Leur résistance dépend de la tension appliquée et ils limitent la vitesse de variation de la différence de potentiel. Le même effet peut être obtenu en utilisant une chaîne RC (snubber).

Le risque de dépasser la vitesse de montée du courant lors de la commutation de la charge est lié au temps de déclenchement de fin de cycle du triac. Au moment où le triac ne s'est pas encore fermé, il se peut qu'une tension élevée soit appliquée et qu'en même temps un courant traversant suffisamment élevé circule dans le chemin d'alimentation. Cela peut entraîner une puissance thermique élevée sur le dispositif et le cristal peut surchauffer. Afin d'éliminer ce défaut, il est nécessaire de compenser la réactance du consommateur, si possible, en incorporant une réactance d'approximativement la même magnitude mais de signe opposé dans le circuit en série.

Il faut également garder à l'esprit qu'à l'état ouvert, le triac perd environ 1-2V. Mais comme l'application concerne les commutateurs haute puissance et haute tension, cette propriété n'affecte pas l'application pratique des triacs. Une perte de 1 à 2 volts dans un circuit de 220 V est comparable à une erreur de mesure de la tension.

Exemples d'applications

La principale utilisation des triacs est celle d'un interrupteur dans les circuits alternatifs. En principe, il n'y a aucune restriction à l'utilisation d'un triac comme interrupteur à courant continu, mais il n'y a aucun intérêt à le faire non plus. Dans ce cas, il est plus facile d'utiliser le trinistor, moins cher et plus courant.

Comme toute clé, un triac est connecté en série avec la charge. En allumant et en éteignant le triac, on contrôle la tension d'alimentation du consommateur.

Le triac peut également être utilisé comme régulateur de tension sur des charges qui ne se soucient pas de la forme de la tension (comme les lampes à incandescence ou les chauffages thermoélectriques). Dans ce cas, le circuit de commande ressemble à ceci.

Ici, un circuit déphaseur est disposé sur les résistances R1, R2 et le condensateur C1. En ajustant la résistance, le début de l'impulsion est décalé par rapport au passage par zéro de la tension du réseau. Un dynistor avec une tension d'ouverture d'environ 30 volts est chargé de générer l'impulsion. Lorsque ce niveau est atteint, il s'ouvre et permet au courant de circuler vers l'électrode de commande du triac. Ce courant est évidemment dans la même direction que le courant traversant le chemin de puissance du triac. Certains fabricants produisent des dispositifs semi-conducteurs appelés Quadrac. Ceux-ci ont un triac et une diistance dans le circuit de l'électrode de commande dans le même boîtier.

Ce circuit est simple mais la consommation de courant est fortement non sinusoïdale et des interférences sont créées dans le réseau. Des filtres - au moins la chaîne RC la plus simple - doivent être utilisés pour les supprimer.

Avantages et inconvénients

Les avantages du triac sont les mêmes que ceux des trinistors décrits ci-dessus. Ils peuvent également être utilisés dans des circuits en courant alternatif et sont faciles à contrôler en mode CA. Cependant, il existe certains inconvénients. Elles concernent principalement le domaine d'application, qui est limité par la composante réactive de la charge. Les mesures de protection suggérées ci-dessus ne sont pas toujours possibles. Les inconvénients sont également les suivants

• Sensibilité accrue au bruit et aux interférences dans le circuit de l'électrode de contrôle, qui peuvent provoquer des faux positifs ;
• La nécessité de dissiper la chaleur du cristal - la disposition des dissipateurs thermiques compense la petite taille du dispositif, et pour la commutation de charges lourdes, l'utilisation de contacteurs Les relais sont préférables aux contacteurs ;
• Limitation de la fréquence de fonctionnement - cela n'a pas d'importance lorsqu'on travaille à des fréquences industrielles de 50 ou 100 Hz, mais cela limite l'utilisation dans les convertisseurs de tension.

Pour utiliser les triacs de manière compétente, il est nécessaire de connaître non seulement les principes du dispositif, mais aussi ses faiblesses qui définissent les limites de l'application des triacs. Ce n'est qu'à cette condition que le dispositif conçu fonctionnera longtemps et de manière fiable.

 

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