I carichi AC potenti sono spesso controllati da relè elettromagnetici. I gruppi di contatto di questi dispositivi sono un'ulteriore fonte di inaffidabilità a causa della loro tendenza a bruciare o saldare. Anche uno svantaggio sembra essere la possibilità di scintille durante la commutazione, che in alcuni casi richiede ulteriori misure di sicurezza. Per questo motivo, le chiavi elettroniche sembrano preferibili. Una variante di tale interruttore è fatta su triac.
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Cos'è un triac e perché è necessario
Uno dei seguenti è spesso usato come elemento di commutazione controllato nell'elettronica di potenza Tiristori - Tiristori. I loro vantaggi:
- gruppo senza contatto;
- Nessun elemento meccanico rotante o in movimento;
- Peso e dimensioni ridotti;
- Lunga vita, indipendente dal numero di cicli on/off;
- basso costo;
- Funzionamento ad alta velocità e a basso rumore.
Tuttavia, il problema dei trinistori nei circuiti AC è la loro conduttività unidirezionale. Affinché un trinistor possa trasportare corrente in entrambe le direzioni, i trinistor devono essere collegati in parallelo nella direzione opposta con due trinistor controllati simultaneamente. Sembra logico combinare questi due trinistori in un unico guscio per facilitare l'installazione e ridurre le dimensioni. E questo passo è stato fatto nel 1963, quando gli scienziati sovietici e gli specialisti di General Electric quasi contemporaneamente hanno chiesto la registrazione dell'invenzione di un trinistor simmetrico - simistor (in terminologia straniera, triac - triodo per corrente alternativa).
Infatti, il triac non è letteralmente due trinistori in un unico pacchetto.
L'intero sistema è implementato su un singolo cristallo con diverse zone di conduttori p e n, e questa struttura non è simmetrica (anche se la caratteristica volt-ampere di un triac è simmetrica rispetto all'origine ed è un'immagine speculare del triac). E questa è la differenza fondamentale tra un triac e due trinistori, ognuno dei quali deve essere controllato da una corrente positiva rispetto al catodo.
Un triac non ha anodo e catodo rispetto alla direzione del flusso di corrente, ma le uscite sono disuguali rispetto all'elettrodo di controllo. I termini "catodo condizionato" (MT1, A1) e "anodo condizionato" (MT2, A2) si trovano in letteratura. Sono convenientemente usati per descrivere il funzionamento di un triac.
Quando viene applicata una semionda di una delle due polarità, il dispositivo viene prima bloccato (sezione rossa di VAC). Allo stesso modo di un trinistor il triac può essere sbloccato quando la tensione supera una soglia in una delle due polarità della sinusoide (sezione blu). Negli interruttori elettronici questo fenomeno (effetto dynistor) è piuttosto dannoso. Deve essere evitato quando si seleziona la modalità di funzionamento. Il triac si apre applicando corrente all'elettrodo di controllo. Più alta è la corrente, prima si aprirà la chiave (area rossa tratteggiata). Questa corrente viene generata applicando una tensione tra l'elettrodo di controllo e il catodo condizionato. Questa tensione deve essere negativa o dello stesso segno della tensione applicata tra MT1 e MT2.
Ad un certo valore di corrente, il triac si apre immediatamente e si comporta come un normale diodo - finché non si chiude (aree verdi tratteggiate e solide). I miglioramenti nella tecnologia hanno portato a una riduzione della corrente necessaria per aprire completamente il triac. Le versioni moderne hanno un consumo di corrente fino a 60 mA e inferiore. Tuttavia, una riduzione della corrente non dovrebbe essere un vantaggio troppo grande in un circuito reale, poiché potrebbe portare all'apertura instabile del triac.
La chiusura, come per un trinistor convenzionale, avviene quando la corrente scende ad un certo limite (vicino a zero). Nei circuiti AC, questo avviene quando il triac passa di nuovo per lo zero, dopo di che un impulso di controllo dovrà essere applicato di nuovo. Nei circuiti in corrente continua, la chiusura controllata del triac richiede soluzioni tecniche ingombranti.
Caratteristiche e limitazioni
Limitazioni sull'uso dei triac quando si commutano carichi reattivi (induttivi o capacitivi). Quando questo carico è presente in un circuito CA, le fasi della tensione e della corrente sono spostate l'una rispetto all'altra. La direzione dello spostamento di fase dipende dalla natura della componente reattiva, e la grandezza dello spostamento di fase dipende dalla natura della componente reattiva. la grandezza della componente reattiva. Si è già detto che il triac si spegne quando la corrente passa per lo zero. E la tensione tra MT1 e MT2 in quel momento può essere abbastanza grande. Se il tasso di variazione della tensione dU/dt supera il valore di soglia, il triac può non chiudersi. Per evitare questo effetto, il triac è collegato in parallelo al percorso di alimentazione del triac. varistori. La loro resistenza dipende dalla tensione applicata e limitano il tasso di variazione della differenza di potenziale. Lo stesso effetto può essere ottenuto utilizzando una catena RC (snubber).
Il pericolo di superare il tasso di crescita della corrente quando si commuta il carico è legato al tempo di scatto di fine ciclo del triac. Nel momento in cui il triac non si è ancora chiuso, può essere che un'alta tensione sia applicata e allo stesso tempo una corrente passante sufficientemente alta stia scorrendo attraverso il percorso di alimentazione. Questo può portare a un'elevata potenza termica generata sul dispositivo e il cristallo può surriscaldarsi. Per eliminare questo difetto è necessario compensare la reattanza del consumatore, se possibile, incorporando nel circuito in serie una reattanza di circa la stessa grandezza ma di segno opposto.
Bisogna anche tenere presente che nello stato aperto il triac scende di circa 1-2V. Ma poiché l'applicazione è quella degli interruttori ad alta potenza e alta tensione, questa proprietà non influisce sull'applicazione pratica dei triac. Una perdita di 1-2 volt in un circuito di 220V è paragonabile a un errore di misurazione della tensione.
Esempi di applicazioni
L'uso principale dei triac è come interruttore nei circuiti AC. Non ci sono restrizioni di principio per usare un triac come interruttore DC, ma non ha nemmeno senso farlo. In questo caso, è più facile usare il più economico e comune trinistor.
Come ogni tasto, un triac è collegato in serie con il carico. Accendendo e spegnendo il triac, si controlla la tensione di alimentazione al consumatore.
Il triac può anche essere usato come regolatore di tensione su carichi che non si preoccupano della forma della tensione (come le lampade a incandescenza o i riscaldatori termoelettrici). In questo caso, il circuito di controllo si presenta così.
Qui, un circuito di sfasamento è disposto sulle resistenze R1, R2 e sul condensatore C1. Regolando la resistenza, l'inizio dell'impulso viene spostato rispetto al passaggio a zero della tensione di linea. Un dynistor con una tensione di apertura di circa 30 volt è responsabile della generazione dell'impulso. Quando questo livello viene raggiunto, si apre e permette alla corrente di fluire all'elettrodo di controllo del triac. È ovvio che questa corrente coincide in direzione della corrente attraverso il percorso di alimentazione del triac. Alcuni produttori producono dispositivi semiconduttori chiamati Quadrac. Questi hanno un triac e un diistore nel circuito dell'elettrodo di controllo nello stesso alloggiamento.
Questo circuito è semplice ma il consumo di corrente è nettamente non sinusoidale e si crea un'interferenza nella rete. I filtri - almeno la più semplice catena RC - dovrebbero essere usati per sopprimerli.
Vantaggi e svantaggi
I vantaggi del triac sono gli stessi dei trinistori descritti sopra. Possono anche essere utilizzati in circuiti AC e sono facili da controllare in modalità AC. Tuttavia, ci sono alcuni svantaggi. Questi riguardano principalmente l'area di applicazione, che è limitata dalla componente reattiva del carico. Le misure di protezione suggerite sopra non sono sempre possibili. Gli svantaggi sono anche i seguenti
- Maggiore sensibilità al rumore e alle interferenze nel circuito dell'elettrodo di controllo, che può causare falsi positivi;
- La necessità di dissipare il calore dal cristallo - la disposizione dei dissipatori compensa le piccole dimensioni del dispositivo, e per commutare carichi pesanti l'uso di contattori i relè sono preferibili ai contattori;
- Limitazione della frequenza di funzionamento - questo non ha importanza quando si opera a frequenze industriali di 50 o 100 Hz, ma limita l'uso nei convertitori di tensione.
Per utilizzare i triac con competenza, è necessario conoscere non solo i principi del dispositivo, ma anche le sue debolezze che definiscono i limiti dell'applicazione del triac. Solo allora il dispositivo progettato funzionerà a lungo e in modo affidabile.
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