Výkonné záťaže na striedavý prúd sú často riadené elektromagnetické relé. Kontaktné skupiny týchto zariadení sú ďalším zdrojom nespoľahlivosti, pretože majú tendenciu sa spáliť alebo zvárať. Nevýhodou sa javí aj možnosť vzniku iskier pri spínaní, čo si v niektorých prípadoch vyžaduje dodatočné bezpečnostné opatrenia. Z tohto dôvodu sú elektronické kľúče vhodnejšie. Jeden z variantov takéhoto spínača je vyrobený na triakoch.
Čo je triak a prečo je potrebný
Ako riadený spínací prvok vo výkonovej elektronike sa často používa jeden z nasledujúcich prvkov Tyristory - Tyristory. Ich výhody:
- žiadna kontaktná skupina;
- Žiadne rotujúce alebo pohyblivé mechanické prvky;
- Nízka hmotnosť a rozmery;
- Dlhá životnosť nezávislá od počtu cyklov zapnutia/vypnutia;
- nízke náklady;
- Vysokorýchlostná a tichá prevádzka.
Keď sa však trinistory používajú v obvodoch striedavého prúdu, ich jednosmerná vodivosť sa stáva problémom. Aby mohol trinistor prenášať prúd v oboch smeroch, musia byť trinistory zapojené paralelne v opačnom smere, pričom dva trinistory sú riadené súčasne. Zdá sa logické spojiť tieto dva trinistory do jedného plášťa kvôli jednoduchej inštalácii a zmenšeniu rozmerov. A tento krok sa uskutočnil v roku 1963, keď sovietski vedci a špecialisti spoločnosti General Electric takmer súčasne požiadali o registráciu vynálezu symetrického trinistora - simistora (v zahraničnej terminológii triak - trióda pre alternatívny prúd).
V skutočnosti triak nie je doslova dva trinistory v jednom balení.
Celý systém je realizovaný na jednom kryštáli s rôznymi zónami p- a n-vodičov a táto štruktúra nie je symetrická (hoci voltampérová charakteristika triaku je symetrická okolo počiatku a je zrkadlovým obrazom triaku). A to je základný rozdiel medzi triakom a dvoma trinistormi, z ktorých každý musí byť riadený kladným prúdom vo vzťahu ku katóde.
Triak nemá anódu a katódu vo vzťahu k smeru toku prúdu, ale výstupy sú nerovnomerné vo vzťahu k riadiacej elektróde. V literatúre sa vyskytujú pojmy "podmienená katóda" (MT1, A1) a "podmienená anóda" (MT2, A2). Vhodne sa používajú na opis činnosti triaku.
Keď sa použije polvlna ktorejkoľvek polarity, zariadenie sa najprv zablokuje (červená časť VAC). Rovnako ako trinistory sa môže triak odblokovať, keď napätie prekročí prahovú hodnotu v ktorejkoľvek polarite sínusoidy (modrá časť). V elektronických spínačoch je tento jav (dynistorový efekt) pomerne škodlivý. Pri výbere prevádzkového režimu sa mu treba vyhnúť. Triak sa otvorí privedením prúdu do riadiacej elektródy. Čím vyšší je prúd, tým skôr sa kľúč otvorí (červená prerušovaná oblasť). Tento prúd sa generuje privedením napätia medzi riadiacu elektródu a podmienenú katódu. Toto napätie musí byť buď záporné, alebo s rovnakým znamienkom ako napätie privedené medzi MT1 a MT2.
Pri určitej hodnote prúdu sa triak okamžite otvorí a správa sa ako normálna dióda - až kým sa nezavrie (zelené prerušované a plné oblasti). Zdokonalenie technológie viedlo k zníženiu prúdu potrebného na úplné otvorenie triaku. Moderné verzie majú spotrebu prúdu do 60 mA a menej. Zníženie prúdu v reálnom obvode by však nemalo byť príliš veľké, pretože môže viesť k nestabilnému otvoreniu triaku.
K uzavretiu, podobne ako pri bežných trinistoroch, dochádza, keď prúd klesne na určitú hranicu (blízko nuly). V obvodoch striedavého prúdu k tomu dôjde, keď triak opäť prejde nulou, po čom bude potrebné opäť aplikovať riadiaci impulz. V obvodoch jednosmerného prúdu si riadené zapínanie triaku vyžaduje ťažkopádne technické riešenia.
Funkcie a obmedzenia
Obmedzenia používania triakov pri spínaní reaktívnych (indukčných alebo kapacitných) záťaží. Keď je táto záťaž prítomná v obvode striedavého prúdu, fázy napätia a prúdu sú voči sebe posunuté. Smer fázového posunu závisí od charakteru jalovej zložky a veľkosť fázového posunu závisí od charakteru jalovej zložky. veľkosť reaktívnej zložky. Už bolo povedané, že triak sa vypne, keď prúd prejde nulou. A napätie medzi MT1 a MT2 môže byť v tom momente pomerne veľké. Ak rýchlosť zmeny napätia dU/dt prekročí prahovú hodnotu, triak sa nemusí zopnúť. Aby sa zabránilo tomuto efektu, je triak zapojený paralelne s napájacou cestou triaku. varistory. Ich odpor závisí od použitého napätia a obmedzujú rýchlosť zmeny rozdielu potenciálov. Rovnaký efekt sa dá dosiahnuť použitím RC reťazca (snubber).
Nebezpečenstvo prekročenia rýchlosti nárastu prúdu pri spínaní záťaže súvisí s časom vypnutia triaku na konci cyklu. V okamihu, keď sa triak ešte nezavrel, môže sa stať, že je privedené vysoké napätie a zároveň cez napájaciu cestu preteká dostatočne vysoký priechodný prúd. To môže viesť k vysokému tepelnému výkonu zariadenia a k prehriatiu kryštálu. Na odstránenie tejto chyby je potrebné kompenzovať reaktanciu spotrebiča, ak je to možné, zaradením reaktancie približne rovnakej veľkosti, ale opačného znamienka do sériového obvodu.
Treba tiež pamätať na to, že v otvorenom stave klesne napätie triaku približne o 1-2 V. Keďže však ide o vysokovýkonné vysokonapäťové spínače, táto vlastnosť nemá vplyv na praktické použitie triakov. Strata 1-2 voltov v 220V obvode je porovnateľná s chybou merania napätia.
Príklady aplikácií
Hlavné použitie triakov je ako spínač v obvodoch striedavého prúdu. V zásade neexistujú žiadne obmedzenia pre použitie triaku ako spínača jednosmerného prúdu, ale nemá to ani zmysel. V tomto prípade je jednoduchšie použiť lacnejší a bežnejší trinistor.
Tak ako každý kľúč, aj triak je zapojený do série so záťažou. Zapínaním a vypínaním triaku sa reguluje napájacie napätie spotrebiča.
Triak možno použiť aj ako regulátor napätia na záťaži, ktorej nezáleží na tvare napätia (napríklad žiarovky alebo termoelektrické ohrievače). V tomto prípade vyzerá riadiaci obvod takto.
Tu je obvod fázového posunu usporiadaný do rezistorov R1, R2 a kondenzátora C1. Nastavením odporu sa začiatok impulzu posunie vzhľadom na nulový prechod sieťového napätia. Za generovanie impulzu je zodpovedný dynamor s otváracím napätím približne 30 voltov. Po dosiahnutí tejto úrovne sa otvorí a umožní prietok prúdu do riadiacej elektródy triaku. Tento prúd je samozrejme v rovnakom smere ako prúd cez výkonovú cestu triaku. Niektorí výrobcovia vyrábajú polovodičové zariadenia nazývané Quadrac. Tie majú triak a diistor v obvode riadiacej elektródy v tom istom puzdre.
Toto zapojenie je jednoduché, ale odber prúdu je prudko nesinusový a v sieti vzniká rušenie. Na ich potlačenie by sa mali použiť filtre - aspoň najjednoduchší RC reťazec.
Výhody a nevýhody
Výhody triaku sú rovnaké ako výhody vyššie opísaných trinistorov. Môžu sa používať aj v obvodoch striedavého prúdu a ľahko sa ovládajú v režime striedavého prúdu. Existujú však aj určité nevýhody. Tie sa týkajú najmä oblasti použitia, ktorá je obmedzená jalovou zložkou zaťaženia. Vyššie uvedené ochranné opatrenia nie sú vždy možné. Nevýhody sú aj tieto
- Zvýšená citlivosť na šum a rušenie v obvode kontrolnej elektródy, ktoré môžu spôsobiť falošné pozitívne výsledky;
- Potreba odvádzať teplo z kryštálu - usporiadanie chladičov kompenzuje malé rozmery zariadenia a na spínanie veľkých záťaží sa používa stykače relé sú vhodnejšie ako stýkače;
- Obmedzenie pracovnej frekvencie - pri priemyselných frekvenciách 50 alebo 100 Hz to nevadí, ale obmedzuje to použitie v meničoch napätia.
Na kvalifikované používanie triakov je potrebné poznať nielen princípy zariadenia, ale aj jeho slabé stránky, ktoré vymedzujú hranice použitia triakov. Len tak bude navrhnuté zariadenie fungovať dlho a spoľahlivo.
Súvisiace články:
