Krachtige AC-belastingen worden vaak geregeld door elektromagnetische relais. De contactgroepen van deze toestellen vormen een bijkomende bron van onbetrouwbaarheid, omdat zij de neiging hebben te verbranden of te lassen. Een nadeel lijkt ook de mogelijkheid van vonken bij het schakelen te zijn, hetgeen in sommige gevallen extra veiligheidsmaatregelen vereist. Om die reden verdienen elektronische sleutels de voorkeur. Eén variant van zo'n schakelaar is gemaakt op triacs.
Inhoud
Wat een triac is en waarom hij nodig is
Een van de volgende wordt vaak gebruikt als een gestuurd schakelelement in vermogenselektronica Thyristoren - Thyristors. Hun voordelen:
- geen contact groep;
- Geen roterende of bewegende mechanische elementen;
- Gering gewicht en geringe afmetingen;
- Lange levensduur, onafhankelijk van het aantal aan/uit cycli;
- lage kosten;
- Werkt met hoge snelheid en weinig ruis.
Maar wanneer trinistors in wisselstroomcircuits worden gebruikt, wordt hun eenrichtingsgeleidingsvermogen een probleem. Om een trinistor in beide richtingen stroom te laten geleiden, moeten trinistors in de tegenovergestelde richting parallel worden geschakeld, waarbij twee trinistors gelijktijdig worden aangestuurd. Het lijkt logisch om deze twee trinistors in één behuizing te combineren om de installatie te vergemakkelijken en de afmetingen te beperken. En deze stap werd gezet in 1963, toen de Sovjet-wetenschappers en specialisten van General Electric bijna gelijktijdig een aanvraag indienden voor de registratie van de uitvinding van een symmetrische trinistor - simistor (in buitenlandse terminologie, triac - triode voor alternatieve stroom).
In feite is de triac niet letterlijk twee trinistors in één verpakking.
Het gehele systeem is geïmplementeerd op een enkel kristal met verschillende p- en n-geleiderzones, en deze structuur is niet symmetrisch (hoewel de volt-ampere-karakteristiek van een triac symmetrisch is om de oorsprong en een spiegelbeeld is van de triac). Dit is het fundamentele verschil tussen een triac en twee trinistors, die elk moeten worden aangestuurd door een positieve stroom ten opzichte van de kathode.
Een triac heeft geen anode en kathode ten opzichte van de stroomrichting, maar de uitgangen zijn ongelijk ten opzichte van de stuurelektrode. De termen "voorwaardelijke kathode" (MT1, A1) en "voorwaardelijke anode" (MT2, A2) komen voor in de literatuur. Ze worden handig gebruikt om de werking van een triac te beschrijven.
Wanneer een halve golf van een van beide polariteit wordt toegepast, wordt het apparaat eerst vergrendeld (rode gedeelte van VAC). Op dezelfde manier als een trinistors kan de triac worden ontgrendeld wanneer de spanning een drempel overschrijdt in een van beide polariteiten van de sinusgolf (blauwe gedeelte). In elektronische schakelaars is dit verschijnsel (dynistor effect) tamelijk schadelijk. Dit moet worden vermeden bij de keuze van de bedrijfsmodus. De triac opent door stroom toe te voeren naar de controle-elektrode. Hoe hoger de stroom, hoe eerder de sleutel opengaat (rood gestippeld gebied). Deze stroom wordt opgewekt door een spanning aan te leggen tussen de controle-elektrode en de conditionele kathode. Deze spanning moet negatief zijn of hetzelfde teken hebben als de spanning die tussen MT1 en MT2 wordt aangelegd.
Bij een bepaalde waarde van de stroom opent de triac onmiddellijk en gedraagt zich als een normale diode - totdat hij sluit (groene gestippelde en ononderbroken gebieden). Technologische verbeteringen hebben geleid tot een vermindering van de stroom die nodig is om de triac volledig te openen. Moderne versies hebben een stroomverbruik van maximaal 60 mA en minder. Een verlaging van de stroom mag in een echte schakeling echter geen al te groot voordeel zijn, omdat dit kan leiden tot onstabiele triac-openingen.
Het sluiten, zoals bij een conventionele trinistors, vindt plaats wanneer de stroom tot een bepaalde limiet daalt (dicht bij nul). In wisselstroomschakelingen gebeurt dit wanneer de triac weer door nul gaat, waarna opnieuw een stuurpuls moet worden gegeven. In gelijkstroomcircuits vereist de gecontroleerde vergrendeling van de triac omslachtige technische oplossingen.
Kenmerken en beperkingen
Beperkingen op het gebruik van triacs bij het schakelen van reactieve (inductieve of capacitieve) belastingen. Wanneer deze belasting in een wisselstroomcircuit aanwezig is, worden de spannings- en stroomfasen ten opzichte van elkaar verschoven. De richting van de faseverschuiving hangt af van de aard van de reactieve component, en de grootte van de faseverschuiving hangt af van de aard van de reactieve component. de grootte van de reactieve component. Er is reeds gezegd dat de triac wordt uitgeschakeld wanneer de stroom door nul gaat. En de spanning tussen MT1 en MT2 kan op dat moment behoorlijk groot zijn. Als de veranderingssnelheid van de spanning dU/dt de drempelwaarde overschrijdt, kan de triac niet sluiten. Om dit effect te voorkomen wordt de triac parallel geschakeld met het stroompad van de triac. varistoren. Hun weerstand is afhankelijk van de aangelegde spanning en zij beperken de snelheid waarmee het potentiaalverschil verandert. Hetzelfde effect kan worden bereikt met een RC-ketting (snubber).
Het gevaar van overschrijding van de stijgsnelheid van de stroom bij het schakelen van de belasting houdt verband met de uitschakeltijd aan het einde van de cyclus van de triac. Op het moment dat de triac nog niet is gesloten, kan het zijn dat er een hoge spanning wordt aangelegd en dat er tegelijkertijd een voldoende hoge doorgaande stroom door het stroompad loopt. Dit kan leiden tot een hoog thermisch vermogen op het toestel en het kristal kan oververhit raken. Om dit defect op te heffen, moet de verbruikersreactantie, indien mogelijk, worden gecompenseerd door in de schakeling in serie een reactantie op te nemen van ongeveer dezelfde grootte, maar van het tegengestelde teken.
Ook mag niet uit het oog worden verloren dat de triac in geopende toestand ongeveer 1-2V daalt. Maar aangezien de toepassing schakelaars met een hoog vermogen en een hoge spanning zijn, heeft deze eigenschap geen invloed op de praktische toepassing van triacs. Een verlies van 1-2 volt in een 220V circuit is vergelijkbaar met een fout in de spanningsmeting.
Voorbeelden van toepassingen
Het belangrijkste gebruik van triacs is als schakelaar in wisselstroomcircuits. Er zijn in principe geen beperkingen om een triac als gelijkstroomschakelaar te gebruiken, maar het heeft ook geen zin om dat te doen. In dit geval is het gemakkelijker om de goedkopere en meer gebruikelijke trinistor te gebruiken.
Zoals elke sleutel wordt een triac in serie met de belasting geschakeld. Door de triac in en uit te schakelen wordt de voedingsspanning naar de verbruiker geregeld.
De triac kan ook worden gebruikt als spanningsregelaar voor belastingen die zich niets aantrekken van de vorm van de spanning (zoals gloeilampen of thermo-elektrische verwarmingstoestellen). In dit geval ziet het controlecircuit er als volgt uit.
Hier is een faseverschuivingsschakeling aangebracht op de weerstanden R1, R2 en de condensator C1. Door de weerstand aan te passen, wordt het begin van de puls verschoven ten opzichte van de nuldoorgang van de lijnspanning. Een dynistor met een openingsspanning van ongeveer 30 volt is verantwoordelijk voor het opwekken van de puls. Wanneer dit niveau wordt bereikt, gaat hij open en laat stroom toe naar de controle-elektrode van de triac. Het is duidelijk dat deze stroom in richting samenvalt met de stroom door het stroompad van de triac. Sommige fabrikanten produceren halfgeleiderelementen die Quadrac worden genoemd. Deze hebben een triac en een diistor in het controle-elektrodencircuit in dezelfde behuizing.
Deze schakeling is eenvoudig, maar de stroomopname is sterk niet-sinusvormig en er ontstaat storing in het lichtnet. Filters - op zijn minst de eenvoudigste RC-keten - moeten worden gebruikt om ze te onderdrukken.
Voor- en nadelen
De voordelen van de triac zijn dezelfde als die van de hierboven beschreven trinistors. Ze kunnen ook worden gebruikt in wisselstroomcircuits en zijn gemakkelijk te regelen in wisselstroommodus. Er zijn echter ook enkele nadelen. Deze hebben voornamelijk betrekking op het toepassingsgebied, dat beperkt wordt door de reactieve component van de belasting. De hierboven voorgestelde beschermingsmaatregelen zijn niet altijd mogelijk. De nadelen zijn ook de volgende
- Verhoogde gevoeligheid voor ruis en interferentie in het controle-elektrodecircuit, wat vals-positieve resultaten kan veroorzaken;
- De noodzaak om de warmte van het kristal af te voeren - de plaatsing van koellichamen compenseert de geringe afmetingen van het toestel, en voor het schakelen van zware belastingen het gebruik van schakelaars relais zijn te verkiezen boven schakelaars;
- Beperking van de werkfrequentie - dit is niet van belang bij industriële frequenties van 50 of 100 Hz, maar het beperkt het gebruik in spanningsomzetters.
Om triacs vakkundig te kunnen gebruiken, is het noodzakelijk niet alleen de principes van het apparaat te kennen, maar ook de zwakke punten ervan, die de grenzen van de triac-toepassing bepalen. Alleen dan zal het ontworpen apparaat lang en betrouwbaar werken.
Verwante artikelen:
