A nagy teljesítményű váltakozó áramú terheléseket gyakran elektromágneses relék. Ezen eszközök érintkező csoportjai további megbízhatatlansági forrást jelentenek, mivel hajlamosak az égésre vagy hegesztésre. Szintén hátrányosnak tűnik, hogy a kapcsoláskor szikrák keletkezhetnek, ami bizonyos esetekben további biztonsági intézkedéseket igényel. Emiatt az elektronikus kulcsok előnyösebbnek tűnnek. Az ilyen kapcsoló egyik változata triacokon készül.
Tartalomjegyzék
Mi a triac és miért van rá szükség
A teljesítményelektronikában gyakran használják az alábbiak valamelyikét vezérelt kapcsolóelemként Tirisztorok - Tirisztorok. Előnyeik:
- nincs kapcsolattartó csoport;
- Nincsenek forgó vagy mozgó mechanikus elemek;
- Alacsony súly és méretek;
- Hosszú élettartam, függetlenül a be- és kikapcsolási ciklusok számától;
- alacsony költség;
- Nagy sebességű és alacsony zajszintű működés.
Amikor azonban a trinisztorokat váltakozó áramú áramkörökben használják, az egyirányú vezetőképességük problémává válik. Ahhoz, hogy egy trinisztor mindkét irányban áramot vezessen, a trinisztorokat párhuzamosan kell kapcsolni az ellenkező irányban, két trinisztor egyidejű vezérlésével. Logikusnak tűnik e két trinisztor egyetlen héjban történő egyesítése a könnyebb beépíthetőség és a méretcsökkentés érdekében. És ez a lépés 1963-ban történt, amikor a szovjet tudósok és a General Electric szakemberei szinte egyidejűleg kérelmezték egy szimmetrikus trinisztor - szimisztor (külföldi terminológiában triac - trióda alternatív áramra) találmányának bejegyzését.
A triac valójában nem szó szerint két trinisztor egy csomagban.
Az egész rendszert egy kristályon valósítják meg, különböző p- és n-vezető zónákkal, és ez a struktúra nem szimmetrikus (bár a triac feszültség-ampere karakterisztikája az origó körül szimmetrikus, és a triac tükörképe). És ez az alapvető különbség a triac és két trinisztor között, amelyek mindegyikét a katódhoz képest pozitív árammal kell vezérelni.
A triacnak nincs anódja és katódja az áramáramlás irányához képest, de a kimenetek egyenlőtlenek a vezérlőelektródhoz képest. A szakirodalomban megtalálható a "feltételes katód" (MT1, A1) és a "feltételes anód" (MT2, A2) kifejezés. Kényelmesen használják a triac működésének leírására.
Ha bármelyik polaritású félhullámot alkalmazzuk, a készülék először zárolódik (a VAC piros szakasza). A trinisztorokhoz hasonlóan a triac is feloldható, ha a feszültség meghaladja a küszöbértéket a szinuszhullám bármelyik polaritásában (kék szakasz). Az elektronikus kapcsolókban ez a jelenség (dynistor-effektus) meglehetősen káros. Ezt el kell kerülni az üzemmód kiválasztásakor. A triac a vezérlőelektróda áram alá helyezésével nyílik meg. Minél nagyobb az áram, annál hamarabb nyílik a kulcs (piros szaggatott terület). Ezt az áramot a vezérlőelektród és a feltételes katód közötti feszültség alkalmazásával hozzák létre. Ennek a feszültségnek vagy negatívnak kell lennie, vagy ugyanolyan előjelűnek, mint az MT1 és MT2 között alkalmazott feszültség.
Egy bizonyos áramértéknél a triac azonnal kinyílik, és úgy viselkedik, mint egy normál dióda - amíg be nem zárul (zöld szaggatott és folytonos területek). A technológia fejlődése a triac teljes kinyitásához szükséges áram csökkentéséhez vezetett. A modern változatok áramfelvétele legfeljebb 60 mA és az alatti. A valós áramkörben az áram csökkentése azonban nem lehet túl nagy, mivel ez instabil triac-nyitást eredményezhet.
A zárás a hagyományos trinisztorokhoz hasonlóan akkor következik be, amikor az áram egy bizonyos határértékre (közel nullára) csökken. Váltakozó áramkörökben ez akkor következik be, amikor a triac ismét átmegy a nullán, ami után ismét vezérlőimpulzust kell alkalmazni. Az egyenáramú áramkörökben a triac vezérelt reteszelése nehézkes műszaki megoldásokat igényel.
Jellemzők és korlátozások
A triacok használatának korlátai reaktív (induktív vagy kapacitív) terhelések kapcsolásakor. Ha ez a terhelés jelen van egy váltakozó áramú áramkörben, a feszültség és az áram fázisai egymáshoz képest eltolódnak. A fáziseltolódás iránya a reaktív komponens jellegétől, a fáziseltolódás nagysága pedig a reaktív komponens jellegétől függ. a reaktív komponens nagysága. Azt már említettük, hogy a triac akkor kapcsol ki, amikor az áram a nullán áthalad. És az MT1 és MT2 közötti feszültség abban a pillanatban elég nagy lehet. Ha a dU/dt feszültségváltozási sebesség meghaladja a küszöbértéket, a triac nem zárhat. Ennek a hatásnak az elkerülése érdekében a triacot párhuzamosan kell csatlakoztatni a triac teljesítményútjával. varisztorok. Ellenállásuk az alkalmazott feszültségtől függ, és korlátozzák a potenciálkülönbség változásának sebességét. Ugyanez a hatás érhető el egy RC-lánc (snubber) használatával.
A terhelés kapcsolásakor az áramemelkedési sebesség túllépésének veszélye a triac ciklus végi kioldási idejével kapcsolatos. Abban a pillanatban, amikor a triac még nem zárt, előfordulhat, hogy magas feszültséget alkalmaznak, és ezzel egyidejűleg kellően magas átmenő áram folyik a tápútvonalon. Ez ahhoz vezethet, hogy az eszközön nagy hőteljesítmény keletkezik, és a kristály túlmelegedhet. E hiba kiküszöbölése érdekében a fogyasztói reaktanciát lehetőleg úgy kell kompenzálni, hogy az áramkörbe közel azonos nagyságú, de ellentétes előjelű reaktanciát építenek be sorba.
Azt is szem előtt kell tartani, hogy nyitott állapotban a triac körülbelül 1-2V-ot veszít. Mivel azonban az alkalmazás nagy teljesítményű, nagyfeszültségű kapcsolók, ez a tulajdonság nem befolyásolja a triacok gyakorlati alkalmazását. Egy 220 V-os áramkörben 1-2 voltos veszteség összehasonlítható a feszültségmérés hibájával.
Alkalmazási példák
A triacok fő felhasználási területe a váltakozó áramú áramkörökben való kapcsolás. A triac egyenáramú kapcsolóként való használatának elvileg nincsenek korlátai, de nincs is értelme. Ebben az esetben egyszerűbb az olcsóbb és elterjedtebb trinisztort használni.
Mint minden kulcs, a triac is sorba van kapcsolva a terheléssel. A triac be- és kikapcsolásával szabályozható a fogyasztó tápfeszültsége.
A triac feszültségszabályozóként is használható olyan fogyasztóknál, amelyek nem törődnek a feszültség alakjával (például izzólámpák vagy termoelektromos fűtőtestek). Ebben az esetben a vezérlőáramkör így néz ki.
Itt egy fáziseltolásos áramkör van kialakítva az R1, R2 ellenállásokon és a C1 kondenzátoron. Az ellenállás beállításával az impulzus kezdete eltolódik a hálózati feszültség nulla átmenetéhez képest. Az impulzus előállításáért egy kb. 30 voltos nyitófeszültségű dinisztor felel. Amikor ezt a szintet eléri, kinyílik, és áramot enged a triac vezérlőelektródájához. Nyilvánvaló, hogy ez az áram iránya megegyezik a triac teljesítményútján áthaladó árammal. Egyes gyártók Quadrac nevű félvezető eszközöket gyártanak. Ezekben egy triac és egy diisztor van a vezérlőelektróda áramkörben, ugyanabban a házban.
Ez az áramkör egyszerű, de az áramfelvétel élesen nem szinuszos, és a hálózatban interferencia keletkezik. Ezek elnyomására szűrőket - legalább a legegyszerűbb RC-láncot - kell használni.
Előnyök és hátrányok
A triac előnyei megegyeznek a fent leírt trinisztorok előnyeivel. Váltakozó áramú áramkörökben is használhatók, és váltakozó áramú üzemmódban könnyen vezérelhetők. Vannak azonban hátrányai is. Ezek elsősorban az alkalmazási területhez kapcsolódnak, amelyet a terhelés reaktív összetevője korlátoz. A fent javasolt védelmi intézkedések nem mindig lehetségesek. A hátrányok a következők
- Fokozott érzékenység a zajra és zavarokra a vezérlőelektróda áramkörében, ami hamis pozitív eredményt okozhat;
- A kristály hőelvezetésének szükségessége - a hűtőbordák elrendezése kompenzálja az eszköz kis méretét, és a nagy terhelések kapcsolásához a hőelvezető elemek alkalmazása kontaktorok a relék előnyösebbek a kontaktoroknál;
- A működési frekvencia korlátozása - ez nem számít, ha 50 vagy 100 Hz-es ipari frekvencián működik, de korlátozza a feszültségátalakítókban való felhasználást.
A triacok szakszerű használatához nemcsak az eszköz alapelveit kell ismerni, hanem a gyenge pontjait is, amelyek meghatározzák a triac-alkalmazás korlátait. Csak akkor fog a tervezett eszköz hosszú ideig és megbízhatóan működni.
Kapcsolódó cikkek:
