Obciążenia AC o dużej mocy są często sterowane przez przekaźniki elektromagnetyczne. Grupy styków w tych urządzeniach stanowią dodatkowe źródło zawodności ze względu na ich tendencję do palenia się lub spawania. Wadą wydaje się być również możliwość powstawania iskier podczas przełączania, co w niektórych przypadkach wymaga zastosowania dodatkowych środków bezpieczeństwa. Z tego powodu lepiej sprawdzają się klucze elektroniczne. Jeden z wariantów takiego przełącznika jest wykonany na triakach.
Spis treści
Co to jest triak i dlaczego jest potrzebny
Jeden z poniższych elementów jest często stosowany jako sterowany element przełączający w układach energoelektronicznych Tyrystory - Tyrystory. Ich zalety:
- grupa bez kontaktu;
- Brak obracających się lub ruchomych elementów mechanicznych;
- Niewielka masa i wymiary;
- Długa żywotność, niezależna od liczby cykli włączania/wyłączania;
- niskie koszty;
- Wysoka prędkość i cicha praca.
Jednak gdy trinistory są używane w obwodach prądu przemiennego, ich jednokierunkowe przewodzenie staje się problemem. Aby trinistor mógł przewodzić prąd w obu kierunkach, trinistory muszą być połączone równolegle w przeciwnym kierunku, przy czym dwa trinistory muszą być sterowane jednocześnie. Logiczne wydaje się połączenie tych dwóch trinistorów w jednej obudowie w celu ułatwienia instalacji i zmniejszenia rozmiarów. Krok ten został wykonany w 1963 roku, kiedy to radzieccy naukowcy i specjaliści z General Electric niemal jednocześnie złożyli wniosek o rejestrację wynalazku symetrycznego trinistora - triaka (w terminologii zagranicznej triak - trioda prądu zmiennego).
W rzeczywistości triak nie jest dosłownie dwoma trinistorami w jednym opakowaniu.
Cały układ jest zrealizowany na pojedynczym krysztale z różnymi strefami przewodników p i n, a struktura ta nie jest symetryczna (chociaż charakterystyka woltowo-amperowa triaka jest symetryczna względem początku i jest lustrzanym odbiciem triaka). I to jest właśnie zasadnicza różnica między triakiem a dwoma trinistorami, z których każdy musi być sterowany prądem dodatnim w stosunku do katody.
Triak nie ma anody i katody w stosunku do kierunku przepływu prądu, ale wyjścia są nierówne w stosunku do elektrody sterującej. W literaturze spotyka się terminy "katoda warunkowa" (MT1, A1) i "anoda warunkowa" (MT2, A2). Są one wygodnie stosowane do opisania działania triaka.
Po przyłożeniu półfali o dowolnej polaryzacji urządzenie jest najpierw blokowane (czerwony odcinek VAC). W taki sam sposób jak w przypadku trinistorów triak może zostać odblokowany, gdy napięcie przekroczy wartość progową w dowolnej polaryzacji sinusoidy (odcinek niebieski). W przełącznikach elektronicznych zjawisko to (efekt dynistorowy) jest raczej szkodliwe. Należy tego unikać przy wyborze trybu pracy. Triak otwiera się przez podanie prądu na elektrodę sterującą. Im wyższe natężenie prądu, tym wcześniej otworzy się klucz (czerwony przerywany obszar). Prąd ten jest generowany przez przyłożenie napięcia między elektrodę sterującą a katodę warunkową. Napięcie to musi być ujemne lub mieć taki sam znak jak napięcie przyłożone między MT1 i MT2.
Przy pewnej wartości prądu triak natychmiast się otwiera i zachowuje się jak zwykła dioda - aż do zamknięcia (zielone obszary przerywane i ciągłe). Udoskonalenia technologiczne doprowadziły do zmniejszenia natężenia prądu wymaganego do pełnego otwarcia triaka. Nowoczesne wersje mają pobór prądu do 60 mA i mniej. Jednak zmniejszenie prądu w rzeczywistym obwodzie nie powinno być zbyt duże, ponieważ może to doprowadzić do niestabilnego otwarcia triaka.
Zamykanie, podobnie jak w przypadku konwencjonalnych trinistorów, następuje, gdy prąd spada do pewnej wartości granicznej (bliskiej zeru). W obwodach prądu przemiennego następuje to, gdy triak ponownie przejdzie przez zero, po czym konieczne będzie ponowne podanie impulsu sterującego. W obwodach prądu stałego kontrolowane blokowanie triaka wymaga kłopotliwych rozwiązań technicznych.
Cechy i ograniczenia
Ograniczenia w stosowaniu triaków przy przełączaniu obciążeń reaktywnych (indukcyjnych lub pojemnościowych). Gdy takie obciążenie występuje w obwodzie prądu przemiennego, fazy napięcia i prądu są przesunięte względem siebie. Kierunek przesunięcia fazowego zależy od rodzaju składnika reaktywnego, a wielkość przesunięcia fazowego zależy od rodzaju składnika reaktywnego. wielkość składowej reaktywnej. Zostało już powiedziane, że triak jest wyłączany, gdy prąd przechodzi przez zero. A napięcie między MT1 i MT2 w tym momencie może być dość duże. Jeśli szybkość zmian napięcia dU/dt przekroczy wartość progową, triak może się nie zamknąć. Aby uniknąć tego efektu, triak jest podłączony równolegle do ścieżki zasilania triaka. warystory. Ich rezystancja zależy od przyłożonego napięcia i ogranicza szybkość zmian różnicy potencjałów. Ten sam efekt można uzyskać, stosując łańcuch RC (snubber).
Niebezpieczeństwo przekroczenia szybkości narastania prądu podczas przełączania obciążenia wiąże się z czasem zadziałania triaka na końcu cyklu. W momencie, gdy triak jeszcze się nie zamknął, może się okazać, że przyłożone jest wysokie napięcie, a jednocześnie przez ścieżkę zasilania płynie wystarczająco duży prąd przelotowy. Może to prowadzić do generowania dużej mocy cieplnej w urządzeniu i przegrzania kryształu. Aby wyeliminować to uszkodzenie, należy w miarę możliwości skompensować reaktancję odbiornika, włączając w obwód szeregowo reaktancję o mniej więcej tej samej wielkości, ale przeciwnym znaku.
Należy również pamiętać, że w stanie otwartym triak obniża napięcie o około 1-2 V. Ponieważ jednak w tym przypadku chodzi o wysokonapięciowe przełączniki dużej mocy, właściwość ta nie ma wpływu na praktyczne zastosowanie triaków. Utrata 1-2 V w obwodzie 220 V jest porównywalna z błędem pomiaru napięcia.
Przykłady zastosowań
Głównym zastosowaniem triaków jest przełączanie w obwodach prądu przemiennego. Zasadniczo nie ma ograniczeń w stosowaniu triaka jako przełącznika prądu stałego, ale nie ma też sensu tego robić. W tym przypadku łatwiej jest użyć tańszego i bardziej rozpowszechnionego trinistora.
Jak każdy klucz, triak jest połączony szeregowo z obciążeniem. Włączanie i wyłączanie triaka umożliwia sterowanie napięciem zasilania odbiornika.
Triak może być również stosowany jako regulator napięcia w odbiornikach, dla których kształt napięcia nie ma znaczenia (np. żarówki lub grzałki termoelektryczne). W tym przypadku obwód sterujący wygląda następująco.
W tym przypadku obwód przesuwu fazowego składa się z rezystorów R1, R2 i kondensatora C1. Regulując rezystancję, przesuwa się początek impulsu w stosunku do przejścia przez zero napięcia sieciowego. Za generowanie impulsu odpowiedzialny jest dynistor o napięciu otwarcia około 30 V. Gdy poziom ten zostanie osiągnięty, otwiera się i umożliwia przepływ prądu do elektrody sterującej triaka. Prąd ten jest oczywiście w tym samym kierunku, co prąd płynący przez ścieżkę zasilania triaka. Niektórzy producenci wytwarzają urządzenia półprzewodnikowe zwane Quadrac. Mają one triak i diostor w obwodzie elektrody sterującej w tej samej obudowie.
Układ ten jest prosty, ale pobór prądu jest silnie niesinusoidalny, co powoduje powstawanie zakłóceń w sieci zasilającej. Do ich tłumienia należy stosować filtry - przynajmniej najprostszy łańcuch RC.
Zalety i wady
Zalety triaka są takie same jak w przypadku trinistorów opisanych powyżej. Mogą być również stosowane w obwodach prądu przemiennego i są łatwe do sterowania w trybie prądu przemiennego. Istnieją jednak pewne wady. Dotyczą one głównie obszaru zastosowania, który jest ograniczony składową reaktywną obciążenia. Nie zawsze możliwe jest zastosowanie proponowanych powyżej środków ochrony. Wady są również następujące
- Zwiększona wrażliwość na szumy i zakłócenia w obwodzie elektrody kontrolnej, które mogą powodować fałszywe wyniki pozytywne;
- Konieczność odprowadzania ciepła z kryształu - rozmieszczenie radiatorów kompensuje niewielkie rozmiary urządzenia, a przy przełączaniu dużych obciążeń zastosowanie styczniki preferowane są przekaźniki, a nie styczniki;
- Ograniczenie częstotliwości pracy - nie ma to znaczenia przy pracy z częstotliwościami przemysłowymi 50 lub 100 Hz, ale ogranicza zastosowanie w przetwornicach napięcia.
Aby kompetentnie korzystać z triaków, należy znać nie tylko zasady działania urządzenia, ale także jego słabe punkty, które wyznaczają granice zastosowania triaka. Tylko wtedy zaprojektowane urządzenie będzie działać długo i niezawodnie.
Powiązane artykuły:
