Na ovládanie výkonných záťaží v striedavých obvodoch sa často používajú elektromagnetické relé. Kontaktné skupiny týchto zariadení slúžia ako dodatočný zdroj nespoľahlivosti kvôli tendencii horieť, zvárať. Rovnako ako nevýhoda vyzerá možnosť iskrenia pri prepínaní, čo si v niektorých prípadoch vyžaduje dodatočné bezpečnostné opatrenia. Preto elektronické kľúče vyzerajú lepšie. Jedna z možností pre takýto kľúč sa vykonáva na triakoch.
Obsah
Čo je to triak a prečo je to potrebné
Vo výkonovej elektronike sa jeden z typov často používa ako riadený spínací prvok. tyristory - trinistorov. Ich výhody:
- absencia kontaktnej skupiny;
- nedostatok rotujúcich a pohyblivých mechanických prvkov;
- malá hmotnosť a rozmery;
- dlhý zdroj, nezávislý od počtu cyklov zapnutia a vypnutia;
- nízke náklady;
- vysoká rýchlosť a tichý chod.
Ale pri použití trinistorov v obvodoch striedavého prúdu sa stáva problémom ich jednosmerná vodivosť. Aby trinistorom prechádzal prúd v dvoch smeroch, treba siahnuť po trikoch v podobe paralelného zapojenia dvoch súčasne ovládaných trinistorov v opačnom smere. Zdá sa logické skombinovať tieto dva SCR v jednom plášti pre jednoduchú inštaláciu a zmenšenie veľkosti. A k tomuto kroku došlo v roku 1963, keď sovietski vedci a špecialisti General Electric takmer súčasne podali žiadosti o registráciu vynálezu symetrického trinistora – triaku (v zahraničnej terminológii triak, triak – trióda pre striedavý prúd).
V skutočnosti triak nie sú doslova dva trinistory umiestnené v jednom puzdre.
Celý systém je implementovaný na jedinom kryštáli s rôznymi p- a n-pásmami vodivosti a táto štruktúra nie je symetrická (hoci prúdovo-napäťová charakteristika triaku je symetrická vzhľadom na pôvod a je zrkadlovou I–V charakteristikou trinistora). A to je zásadný rozdiel medzi triakom a dvoma trinistormi, z ktorých každý musí byť riadený kladným prúdom vo vzťahu ku katóde.
Triak nemá žiadnu anódu a katódu vo vzťahu k smeru prenášaného prúdu, ale vo vzťahu k riadiacej elektróde nie sú tieto závery ekvivalentné. Pojmy „podmienená katóda“ (MT1, A1) a „podmienená anóda“ (MT2, A2) sa nachádzajú v literatúre. Sú vhodné na opísanie činnosti triaku.
Keď sa použije polovičná vlna akejkoľvek polarity, zariadenie sa najskôr uzamkne (červená časť CVC).Rovnako ako u trinistora môže dôjsť k spusteniu triaku, keď je prekročená prahová úroveň napätia pre akúkoľvek polaritu sínusovej vlny (modrá časť). V elektronických kľúčoch je tento jav (dynistorový efekt) skôr škodlivý. Pri výbere režimu prevádzky sa tomu treba vyhnúť. K otvoreniu triaku dochádza privedením prúdu na riadiacu elektródu. Čím väčší prúd, tým skôr sa kľúč otvorí (červená prerušovaná oblasť). Tento prúd vzniká privedením napätia medzi riadiacu elektródu a podmienenú katódu. Toto napätie musí byť záporné alebo musí mať rovnaké znamienko ako napätie aplikované medzi MT1 a MT2.
Pri určitej hodnote prúdu sa triak okamžite otvorí a správa sa ako bežná dióda - až do blokovania (zelené čiarkované a plné plochy). Zlepšenie technológie vedie k zníženiu prúdu spotrebovaného na úplné odblokovanie triaku. Pre moderné modifikácie je to až 60 mA a menej. Nemali by ste sa však nechať uniesť znižovaním prúdu v skutočnom obvode - môže to viesť k nestabilnému otvoreniu triaku.
Zatvorenie, podobne ako konvenčný trinistor, nastane, keď prúd klesne na určitú hranicu (takmer na nulu). V striedavom obvode k tomu dôjde pri ďalšom prechode nulou, po ktorom bude potrebné znova použiť riadiaci impulz. V jednosmerných obvodoch si riadené vypnutie triaku vyžaduje ťažkopádne technické riešenia.
Vlastnosti a obmedzenia
Existujú obmedzenia na použitie triaku pri spínaní reaktívnej (indukčnej alebo kapacitnej) záťaže. V prítomnosti takéhoto spotrebiteľa v obvode striedavého prúdu sa fázy napätia a prúdu navzájom posúvajú. Smer posunu závisí od povahy reaktivity a od veľkosti - na hodnote reaktívnej zložky. Už bolo povedané, že triak sa vypne v okamihu, keď prúd prechádza nulou. A napätie medzi MT1 a MT2 v tejto chvíli môže byť dosť veľké. Ak rýchlosť zmeny napätia dU/dt súčasne prekročí prahovú hodnotu, potom sa triak nemusí uzavrieť. Aby ste sa vyhli tomuto efektu, zahrňte paralelne s napájacou cestou triaku varistory. Ich odpor závisí od použitého napätia a obmedzujú rýchlosť zmeny rozdielu potenciálov. Rovnaký efekt možno dosiahnuť použitím RC reťaze (snubber).
Nebezpečenstvo z prekročenia rýchlosti nárastu prúdu pri spínaní záťaže je spojené s konečným časom spustenia triaku. V momente, keď sa triak ešte neuzavrel, môže sa ukázať, že je naň privedené veľké napätie a zároveň cez výkonovú cestu preteká dostatočne veľký priechodný prúd. To môže viesť k uvoľneniu veľkého tepelného výkonu na zariadení a kryštál sa môže prehriať. Na odstránenie tejto závady je potrebné, ak je to možné, kompenzovať reaktivitu spotrebiteľa postupným zaradením do okruhu reaktivity približne rovnakej hodnoty, ale opačného znamienka.
Treba si uvedomiť aj to, že v otvorenom stave na triaku upadne cca 1-2 V. Ale keďže rozsahom sú výkonné vysokonapäťové spínače, táto vlastnosť nemá vplyv na praktické využitie triakov. Strata 1-2 voltov v 220-voltovom obvode je porovnateľná s chybou merania napätia.
Príklady použitia
Hlavná oblasť použitia triaku je kľúčom v AC obvodoch.Neexistujú žiadne zásadné obmedzenia na použitie triaku ako DC kľúča, ale ani to nemá zmysel. V tomto prípade je jednoduchšie použiť lacnejší a bežnejší trinistor.
Ako každý kľúč, aj triak je zapojený do obvodu v sérii so záťažou. Zapnutie a vypnutie triaku riadi napájanie spotrebiča.
Triak môže byť tiež použitý ako regulátor napätia na záťažiach, ktoré sa nestarajú o tvar napätia (napríklad žiarovky alebo tepelné ohrievače). V tomto prípade schéma ovládania vyzerá takto.
Tu je obvod fázového posunu organizovaný na rezistoroch R1, R2 a kondenzátore C1. Úpravou odporu sa dosiahne posun začiatku impulzu vzhľadom na prechod sieťového napätia cez nulu. Za vytvorenie impulzu je zodpovedný dinistor s otváracím napätím asi 30 voltov. Po dosiahnutí tejto úrovne sa otvorí a prechádza prúd do riadiacej elektródy triaku. Je zrejmé, že tento prúd sa zhoduje v smere s prúdom cez silovú cestu triaku. Niektorí výrobcovia vyrábajú polovodičové zariadenia s názvom Quadrac. Majú triak a dinistor v obvode riadiacej elektródy v jednom kryte.
Takýto obvod je jednoduchý, ale jeho odberový prúd má ostro nesínusový tvar, pričom v napájacej sieti vzniká rušenie. Na ich potlačenie je potrebné použiť filtre – aspoň tie najjednoduchšie RC reťaze.
Výhody a nevýhody
Výhody triaku sa zhodujú s výhodami trinistora opísaného vyššie. K nim treba pripočítať len možnosť práce v striedavých obvodoch a jednoduché ovládanie v tomto režime. Ale sú tu aj nevýhody.Týkajú sa najmä oblasti použitia, ktorá je limitovaná reaktívnou zložkou záťaže. Nie vždy je možné uplatniť vyššie navrhnuté ochranné opatrenia. Nevýhody tiež zahŕňajú:
- zvýšená citlivosť na hluk a rušenie v obvode riadiacej elektródy, čo môže spôsobiť falošné poplachy;
- potreba odvádzať teplo z kryštálu - usporiadanie radiátorov kompenzuje malé rozmery zariadenia a pre spínanie výkonných záťaží použitie stykače a relé sa stáva preferovaným;
- obmedzenie pracovnej frekvencie - nezáleží pri prevádzke na priemyselných frekvenciách 50 alebo 100 Hz, ale obmedzuje použitie v meničoch napätia.
Pre kompetentné používanie triakov je potrebné poznať nielen princípy fungovania zariadenia, ale aj jeho nedostatky, ktoré určujú hranice použitia triakov. Iba v tomto prípade bude vyvinuté zariadenie fungovať dlho a spoľahlivo.
Podobné články:
