As cargas CA poderosas são frequentemente controladas por relés electromagnéticos. Os grupos de contacto destes dispositivos são uma fonte adicional de falta de fiabilidade devido à sua tendência para queimar ou soldar. Também uma desvantagem parece ser a possibilidade de faíscas ao mudar, o que em alguns casos requer medidas de segurança adicionais. Por esta razão, as chaves electrónicas parecem preferíveis. Uma variante de um interruptor deste tipo é feita em triacs.
Conteúdos
O que é um triac e porque é necessário
Uma das seguintes é frequentemente utilizada como elemento de comutação controlada na electrónica de potência Tirístores - Tirístores. As suas vantagens:
- sem grupo de contacto;
- Sem elementos mecânicos rotativos ou móveis;
- Baixo peso e dimensões;
- Longa duração, independente do número de ciclos on/off;
- baixo custo;
- Funcionamento a alta velocidade e baixo ruído.
Mas quando os trinistores são utilizados em circuitos AC, a sua condutividade unidireccional torna-se um problema. Para que um trinistor transporte corrente em ambas as direcções, os trinistores devem ser ligados em paralelo na direcção oposta, com dois trinistores controlados simultaneamente. Parece lógico combinar estes dois trinistores numa única concha para facilidade de instalação e redução de tamanho. E este passo foi dado em 1963, quando cientistas soviéticos e especialistas da General Electric solicitaram quase simultaneamente o registo da invenção de um trinistor simétrico - um triac (em terminologia estrangeira, triac - triode para corrente alternativa).
Na realidade, o triac não é literalmente dois trinistores num só pacote.
Todo o sistema é implementado num único cristal com diferentes zonas de p e n-condutores, e esta estrutura não é simétrica (embora a característica volt-ampere de um triac seja simétrica em relação à origem e seja uma imagem espelho do triac). E esta é a diferença fundamental entre um triac e dois trinistores, cada um dos quais deve ser controlado por uma corrente positiva em relação ao cátodo catódico.
Um triac não tem ânodo e cátodo em relação à direcção do fluxo de corrente, mas as saídas são desiguais em relação ao eléctrodo de controlo. Os termos "cátodo condicional" (MT1, A1) e "ânodo condicional" (MT2, A2) encontram-se na literatura. São convenientemente utilizados para descrever o funcionamento de um triac.
Quando se aplica uma meia onda de qualquer uma das polaridades, o dispositivo é inicialmente bloqueado (secção vermelha do VAC). Da mesma forma que um trinistor, o triac pode ser desbloqueado quando a tensão excede um limiar em qualquer das polaridades da onda sinusoidal (secção azul). Nos interruptores electrónicos, este fenómeno (efeito dinistor) é bastante prejudicial. Deve ser evitado ao seleccionar o modo de operação. A triac abre aplicando corrente ao eléctrodo de controlo. Quanto mais alta for a corrente, mais cedo a chave se abrirá (área tracejada a vermelho). Esta corrente é gerada pela aplicação de uma voltagem entre o eléctrodo de controlo e o cátodo condicional. Esta voltagem deve ser negativa ou o mesmo sinal que a voltagem aplicada entre MT1 e MT2.
A um certo valor de corrente, o triac abre imediatamente e comporta-se como um diodo normal - até fechar (zonas verdes tracejadas e sólidas). As melhorias na tecnologia levaram a uma redução da corrente necessária para abrir completamente o triac. As versões modernas têm um consumo de corrente de até 60 mA e inferior. No entanto, uma redução da corrente num circuito real não deve ser demasiado grande, pois pode levar a uma abertura instável do triac.
O encerramento, tal como com um trinistor convencional, ocorre quando a corrente cai para um determinado limite (perto de zero). Nos circuitos AC, isto ocorre quando o triac passa novamente por zero, após o que terá de ser aplicado novamente um pulso de controlo. Nos circuitos CC, o travamento controlado do triac requer soluções técnicas incómodas.
Características e limitações
Limitações à utilização de triacs ao comutar cargas reactivas (indutivas ou capacitivas). Quando esta carga está presente num circuito AC, as fases de tensão e corrente são deslocadas umas em relação às outras. A direcção do deslocamento de fase depende da natureza da componente reactiva, e a magnitude do deslocamento de fase depende da natureza da componente reactiva. a magnitude da componente reactiva. Já foi dito que o triac é desligado quando a corrente passa por zero. E a voltagem entre MT1 e MT2, nesse momento, pode ser bastante grande. Se a taxa de mudança de tensão dU/dt exceder o valor limiar, o triac pode não conseguir fechar. Para evitar este efeito, o triac está ligado em paralelo com o caminho de energia do triac. varistores. A sua resistência depende da tensão aplicada e limitam a taxa de variação da diferença potencial. O mesmo efeito pode ser alcançado através da utilização de uma cadeia RC (snubber).
O perigo de exceder a taxa de subida da corrente quando se muda a carga está relacionado com o tempo de tropeço de fim de ciclo do triac. No momento em que o triac ainda não fechou, pode ser que seja aplicada uma alta tensão e ao mesmo tempo uma corrente suficientemente alta através do caminho de energia. Isto pode levar à geração de alta energia térmica no dispositivo e o cristal pode sobreaquecer. A fim de eliminar este defeito é necessário compensar a reactância do consumidor, se possível, incorporando reactância de aproximadamente a mesma magnitude mas do sinal oposto no circuito em série.
Deve também ter-se em mente que no estado aberto o triac cai cerca de 1-2V. Mas como a aplicação é de interruptores de alta tensão de alta potência, esta propriedade não afecta a aplicação prática dos triacs. Uma perda de 1-2 volts num circuito de 220V é comparável a um erro de medição de voltagem.
Exemplos de aplicações
A principal utilização de triacs é como interruptor em circuitos AC. Em princípio, não há restrições à utilização de um triac como interruptor DC, mas também não vale a pena fazê-lo. Neste caso, é mais fácil utilizar o trinistor mais barato e mais comum.
Como qualquer chave, um triac é ligado em série com a carga. Ligar e desligar o triac controla a tensão de alimentação do consumidor.
O triac também pode ser utilizado como regulador de voltagem em cargas que não se preocupam com a forma da voltagem (tais como lâmpadas incandescentes ou aquecedores termoeléctricos). Neste caso, o circuito de controlo tem este aspecto.
Aqui, um circuito de mudança de fase está disposto nas resistências R1, R2 e condensador C1. Ao ajustar a resistência, o início do impulso é deslocado em relação à linha de tensão de passagem zero. Um dínistor com uma tensão de abertura de cerca de 30 volts é responsável pela geração do pulso. Quando este nível é atingido, abre-se e permite que a corrente flua para o eléctrodo de controlo do triac. É óbvio que esta corrente coincide em direcção à corrente através do caminho de poder do triac. Alguns fabricantes produzem dispositivos semicondutores chamados Quadrac. Estes têm um triac e um diistor no circuito do eléctrodo de controlo na mesma caixa.
Este circuito é simples mas o consumo de corrente é nitidamente não-inusoidal e a interferência é criada na rede eléctrica. Os filtros - pelo menos a cadeia RC mais simples - devem ser utilizados para os suprimir.
Vantagens e desvantagens
As vantagens do triac são as mesmas que as dos trinistores descritos acima. Podem também ser utilizados em circuitos AC e são fáceis de controlar no modo AC. No entanto, existem algumas desvantagens. Estes dizem principalmente respeito à área de aplicação, que é limitada pela componente reactiva da carga. As medidas de protecção sugeridas acima nem sempre são possíveis. As desvantagens são também as seguintes
- Aumento da sensibilidade ao ruído e interferência no circuito do eléctrodo de controlo, o que pode causar falsos positivos;
- A necessidade de dissipar o calor do cristal - a disposição dos dissipadores de calor compensa o pequeno tamanho do dispositivo, e para a comutação de cargas pesadas a utilização de contactores são preferíveis aos contactores;
- Limitação da frequência de funcionamento - isto não importa quando se opera a frequências industriais de 50 ou 100 Hz, mas limita a utilização em conversores de tensão.
Para utilizar o triacs de forma competente, é necessário conhecer não só os princípios do dispositivo, mas também as suas fraquezas que definem os limites da aplicação do triac. Só então o dispositivo projectado funcionará de forma longa e fiável.
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