Για τον έλεγχο ισχυρών φορτίων σε κυκλώματα AC χρησιμοποιούνται συχνά ηλεκτρομαγνητικά ρελέ. Οι ομάδες επαφών αυτών των συσκευών χρησιμεύουν ως πρόσθετη πηγή αναξιοπιστίας λόγω της τάσης καύσης, συγκόλλησης. Επίσης, η πιθανότητα σπινθήρα κατά την εναλλαγή μοιάζει με μειονέκτημα, που σε ορισμένες περιπτώσεις απαιτεί πρόσθετα μέτρα ασφαλείας. Επομένως, τα ηλεκτρονικά κλειδιά φαίνονται προτιμότερα. Μία από τις επιλογές για ένα τέτοιο κλειδί εκτελείται σε triacs.
Περιεχόμενο
Τι είναι το triac και γιατί χρειάζεται
Στα ηλεκτρονικά ισχύος, ένας από τους τύπους χρησιμοποιείται συχνά ως ελεγχόμενο στοιχείο μεταγωγής. θυρίστορ - τρίνιστορ. Τα πλεονεκτήματά τους:
- απουσία ομάδας επαφής·
- έλλειψη περιστρεφόμενων και κινούμενων μηχανικών στοιχείων.
- Μικρό βάρος και διαστάσεις.
- μακρύς πόρος, ανεξάρτητος από τον αριθμό των κύκλων ενεργοποίησης-απενεργοποίησης.
- χαμηλό κόστος;
- υψηλή ταχύτητα και αθόρυβη λειτουργία.
Αλλά όταν χρησιμοποιούνται τρινίστορ σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος, η μονόδρομη αγωγιμότητά τους γίνεται πρόβλημα. Για να περάσει το τρινίστορ ρεύμα προς δύο κατευθύνσεις, πρέπει κανείς να καταφύγει σε κόλπα με τη μορφή παράλληλης σύνδεσης στην αντίθετη κατεύθυνση από δύο τρινίστορ που ελέγχονται ταυτόχρονα. Φαίνεται λογικό να συνδυάζονται αυτά τα δύο SCR σε ένα κέλυφος για ευκολία εγκατάστασης και μείωση μεγέθους. Και αυτό το βήμα έγινε το 1963, όταν Σοβιετικοί επιστήμονες και ειδικοί της General Electric υπέβαλαν σχεδόν ταυτόχρονα αιτήσεις για την καταχώριση της εφεύρεσης ενός συμμετρικού trinistor - triac (σε ξένη ορολογία, triac, triac - triode για εναλλακτικό ρεύμα).
Στην πραγματικότητα, το triac δεν είναι κυριολεκτικά δύο τρίνιστορ τοποθετημένα σε μια θήκη.
Ολόκληρο το σύστημα υλοποιείται σε έναν μόνο κρύσταλλο με διαφορετικές ζώνες αγωγιμότητας p και n, και αυτή η δομή δεν είναι συμμετρική (αν και το χαρακτηριστικό ρεύματος τάσης ενός triac είναι συμμετρικό σε σχέση με την αρχή και είναι ένα χαρακτηριστικό I-V ενός trinistor). Και αυτή είναι η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ ενός triac και δύο trinistor, καθένα από τα οποία πρέπει να ελέγχεται από ένα θετικό, σε σχέση με την κάθοδο, ρεύμα.
Το triac δεν έχει άνοδο και κάθοδο σε σχέση με την κατεύθυνση του μεταδιδόμενου ρεύματος, αλλά σε σχέση με το ηλεκτρόδιο ελέγχου, αυτά τα συμπεράσματα δεν είναι ισοδύναμα. Οι όροι «συνθήκη κάθοδος» (MT1, A1) και «υπό όρους άνοδος» (MT2, A2) βρίσκονται στη βιβλιογραφία. Είναι βολικό να χρησιμοποιηθούν για να περιγράψουν τη λειτουργία του triac.
Όταν εφαρμόζεται ένα μισό κύμα οποιασδήποτε πολικότητας, η συσκευή κλειδώνεται πρώτα (κόκκινο τμήμα του CVC).Επίσης, όπως και με το trinistor, η ενεργοποίηση του triac μπορεί να συμβεί όταν ξεπεραστεί το επίπεδο τάσης κατωφλίου για οποιαδήποτε πολικότητα του ημιτονοειδούς κύματος (μπλε τμήμα). Στα ηλεκτρονικά κλειδιά, αυτό το φαινόμενο (φαινόμενο dynistor) είναι μάλλον επιβλαβές. Πρέπει να αποφεύγεται κατά την επιλογή τρόπου λειτουργίας. Το άνοιγμα του τριάκ πραγματοποιείται με την εφαρμογή ρεύματος στο ηλεκτρόδιο ελέγχου. Όσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα, τόσο νωρίτερα θα ανοίξει το κλειδί (κόκκινη διακεκομμένη περιοχή). Αυτό το ρεύμα δημιουργείται με την εφαρμογή τάσης μεταξύ του ηλεκτροδίου ελέγχου και της καθόδου υπό όρους. Αυτή η τάση πρέπει είτε να είναι αρνητική είτε να έχει το ίδιο πρόσημο με την τάση που εφαρμόζεται μεταξύ MT1 και MT2.
Σε μια συγκεκριμένη τιμή ρεύματος, το triac ανοίγει αμέσως και συμπεριφέρεται σαν μια κανονική δίοδος - μέχρι μπλοκαρίσματος (πράσινες διακεκομμένες και συμπαγείς περιοχές). Η βελτίωση της τεχνολογίας οδηγεί σε μείωση του ρεύματος που καταναλώνεται για να ξεκλειδώσει πλήρως το triac. Για σύγχρονες τροποποιήσεις, είναι έως 60 mA και κάτω. Αλλά δεν πρέπει να παρασυρθεί κανείς με τη μείωση του ρεύματος σε ένα πραγματικό κύκλωμα - αυτό μπορεί να οδηγήσει σε ασταθές άνοιγμα του τριάκ.
Το κλείσιμο, όπως ένα συμβατικό τρινίστορ, συμβαίνει όταν το ρεύμα πέσει σε ένα ορισμένο όριο (σχεδόν στο μηδέν). Στο κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος, αυτό συμβαίνει όταν το επόμενο πέρασμα από το μηδέν, μετά το οποίο θα χρειαστεί να εφαρμοστεί ξανά ένας παλμός ελέγχου. Στα κυκλώματα συνεχούς ρεύματος, η ελεγχόμενη απενεργοποίηση του triac απαιτεί δυσκίνητες τεχνικές λύσεις.
Χαρακτηριστικά και περιορισμοί
Υπάρχουν περιορισμοί στη χρήση ενός triac κατά την εναλλαγή ενός αντιδραστικού (επαγωγικού ή χωρητικού) φορτίου. Με την παρουσία ενός τέτοιου καταναλωτή στο κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος, οι φάσεις τάσης και ρεύματος μετατοπίζονται μεταξύ τους. Η κατεύθυνση της μετατόπισης εξαρτάται από τη φύση της αντιδραστικότητας και το μέγεθος - στην τιμή του αντιδρώντος συστατικού. Έχει ήδη ειπωθεί ότι το triac σβήνει τη στιγμή που το ρεύμα περνάει από το μηδέν. Και η ένταση μεταξύ MT1 και MT2 αυτή τη στιγμή μπορεί να είναι αρκετά μεγάλη. Εάν ο ρυθμός μεταβολής της τάσης dU/dt υπερβαίνει ταυτόχρονα την τιμή κατωφλίου, τότε το triac ενδέχεται να μην κλείσει. Για να αποφευχθεί αυτό το αποτέλεσμα, παράλληλα με τη διαδρομή ισχύος του triac περιλαμβάνουν βαρίστορ. Η αντίστασή τους εξαρτάται από την εφαρμοζόμενη τάση και περιορίζουν τον ρυθμό μεταβολής της διαφοράς δυναμικού. Το ίδιο αποτέλεσμα μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας μια αλυσίδα RC (snubber).
Ο κίνδυνος από την υπέρβαση του ρυθμού αύξησης του ρεύματος κατά την αλλαγή του φορτίου σχετίζεται με τον πεπερασμένο χρόνο ενεργοποίησης του τριάκ. Τη στιγμή που το triac δεν έχει κλείσει ακόμη, μπορεί να αποδειχθεί ότι εφαρμόζεται μεγάλη τάση σε αυτό και ταυτόχρονα ένα αρκετά μεγάλο ρεύμα διέρχεται μέσω της διαδρομής ισχύος. Αυτό μπορεί να οδηγήσει στην απελευθέρωση μεγάλης θερμικής ισχύος στη συσκευή και ο κρύσταλλος μπορεί να υπερθερμανθεί. Για την εξάλειψη αυτού του ελαττώματος, είναι απαραίτητο, εάν είναι δυνατόν, να αντισταθμιστεί η αντιδραστικότητα του καταναλωτή με διαδοχική συμπερίληψη στο κύκλωμα αντιδραστικότητας περίπου της ίδιας τιμής, αλλά με το αντίθετο πρόσημο.
Θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη ότι σε ανοιχτή κατάσταση πέφτουν περίπου 1-2 V στο triac. Επειδή όμως το πεδίο εφαρμογής είναι ισχυροί διακόπτες υψηλής τάσης, αυτή η ιδιότητα δεν επηρεάζει την πρακτική χρήση των triac. Η απώλεια 1-2 βολτ σε ένα κύκλωμα 220 βολτ είναι συγκρίσιμη με το σφάλμα μέτρησης τάσης.
Παραδείγματα χρήσης
Η κύρια περιοχή χρήσης του triac είναι το κλειδί στα κυκλώματα AC.Δεν υπάρχουν θεμελιώδεις περιορισμοί στη χρήση ενός triac ως κλειδιού DC, αλλά ούτε και αυτό έχει νόημα. Σε αυτή την περίπτωση, είναι ευκολότερο να χρησιμοποιήσετε ένα φθηνότερο και πιο κοινό τρίνιστορ.
Όπως κάθε κλειδί, το triac συνδέεται στο κύκλωμα σε σειρά με το φορτίο. Η ενεργοποίηση και απενεργοποίηση του triac ελέγχει την παροχή τάσης στον καταναλωτή.
Επίσης, το triac μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ρυθμιστής τάσης σε φορτία που δεν ενδιαφέρονται για το σχήμα της τάσης (για παράδειγμα, λαμπτήρες πυρακτώσεως ή θερμικούς θερμαντήρες). Σε αυτήν την περίπτωση, το σχήμα ελέγχου μοιάζει με αυτό.
Εδώ, οργανώνεται ένα κύκλωμα μετατόπισης φάσης στις αντιστάσεις R1, R2 και στον πυκνωτή C1. Με τη ρύθμιση της αντίστασης, επιτυγχάνεται μια μετατόπιση στην αρχή του παλμού σε σχέση με τη μετάβαση της τάσης του δικτύου στο μηδέν. Ένας δινιστόρ με τάση ανοίγματος περίπου 30 βολτ είναι υπεύθυνος για το σχηματισμό του παλμού. Όταν επιτευχθεί αυτό το επίπεδο, ανοίγει και περνά ρεύμα στο ηλεκτρόδιο ελέγχου του triac. Είναι προφανές ότι αυτό το ρεύμα συμπίπτει στην κατεύθυνση με το ρεύμα μέσω της διαδρομής ισχύος του τριάκ. Ορισμένοι κατασκευαστές παράγουν συσκευές ημιαγωγών που ονομάζονται Quadrac. Έχουν ένα triac και ένα dinistor στο κύκλωμα του ηλεκτροδίου ελέγχου σε ένα περίβλημα.
Ένα τέτοιο κύκλωμα είναι απλό, αλλά το ρεύμα κατανάλωσής του έχει έντονα μη ημιτονοειδή σχήμα, ενώ δημιουργούνται παρεμβολές στο δίκτυο τροφοδοσίας. Για να τα καταστείλετε, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε φίλτρα - τουλάχιστον τις απλούστερες αλυσίδες RC.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
Τα πλεονεκτήματα του triac συμπίπτουν με τα πλεονεκτήματα του trinistor που περιγράφηκαν παραπάνω. Σε αυτούς, πρέπει απλώς να προσθέσετε τη δυνατότητα εργασίας σε κυκλώματα AC και απλό έλεγχο σε αυτήν τη λειτουργία. Υπάρχουν όμως και μειονεκτήματα.Αφορούν κυρίως την περιοχή εφαρμογής, η οποία περιορίζεται από την αντιδραστική συνιστώσα του φορτίου. Δεν είναι πάντα δυνατή η εφαρμογή των μέτρων προστασίας που προτείνονται παραπάνω. Επίσης, τα μειονεκτήματα περιλαμβάνουν:
- αυξημένη ευαισθησία στο θόρυβο και τις παρεμβολές στο κύκλωμα του ηλεκτροδίου ελέγχου, που μπορεί να προκαλέσει ψευδείς συναγερμούς.
- την ανάγκη αφαίρεσης θερμότητας από τον κρύσταλλο - η διάταξη των καλοριφέρ αντισταθμίζει τις μικρές διαστάσεις της συσκευής και για την εναλλαγή ισχυρών φορτίων, τη χρήση επαφές και το ρελέ γίνεται προτιμότερο.
- περιορισμός στη συχνότητα λειτουργίας - δεν έχει σημασία όταν λειτουργεί σε βιομηχανικές συχνότητες 50 ή 100 Hz, αλλά περιορίζει τη χρήση σε μετατροπείς τάσης.
Για την κατάλληλη χρήση των triacs, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε όχι μόνο τις αρχές λειτουργίας της συσκευής, αλλά και τις ελλείψεις της, οι οποίες καθορίζουν τα όρια της χρήσης των triac. Μόνο σε αυτή την περίπτωση η ανεπτυγμένη συσκευή θα λειτουργεί για μεγάλο χρονικό διάστημα και αξιόπιστα.
Παρόμοια άρθρα:
