Om krachtige belastingen in AC-circuits te regelen, worden vaak gebruikt elektromagnetische relais. De contactgroepen van deze apparaten dienen als een extra bron van onbetrouwbaarheid vanwege de neiging tot branden, lassen. Ook de mogelijkheid van vonken tijdens het schakelen lijkt een nadeel, wat in sommige gevallen extra veiligheidsmaatregelen vereist. Daarom zien elektronische sleutels er de voorkeur uit. Een van de opties voor zo'n sleutel wordt uitgevoerd op triacs.
Inhoud
Wat is een triac en waarom is het nodig?
In de vermogenselektronica wordt vaak een van de typen gebruikt als gestuurd schakelelement. thyristors - trinistors. Hun voordelen:
- afwezigheid van een contactgroep;
- gebrek aan roterende en bewegende mechanische elementen;
- klein gewicht en afmetingen;
- lange hulpbron, onafhankelijk van het aantal aan-uit-cycli;
- goedkoop;
- hoge snelheid en stille werking.
Maar bij het gebruik van trinistoren in wisselstroomcircuits, wordt hun eenrichtingsgeleiding een probleem. Om ervoor te zorgen dat de trinistor stroom in twee richtingen doorlaat, moet men zijn toevlucht nemen tot trucs in de vorm van een parallelle verbinding in de tegenovergestelde richting van twee trinistoren die tegelijkertijd worden bestuurd. Het lijkt logisch om deze twee SCR's in één schaal te combineren voor installatiegemak en kleinere afmetingen. En deze stap werd gezet in 1963, toen Sovjetwetenschappers en General Electric-specialisten bijna gelijktijdig aanvragen indienden voor registratie van de uitvinding van een symmetrische trinistor - triac (in buitenlandse terminologie, triac, triac - triode voor alternatieve stroom).
In feite is de triac niet letterlijk twee trinistoren die in één geval zijn geplaatst.
Het hele systeem is geïmplementeerd op een enkel kristal met verschillende p- en n-geleidingsbanden, en deze structuur is niet symmetrisch (hoewel de stroom-spanningskarakteristiek van een triac symmetrisch is ten opzichte van de oorsprong en een gespiegelde I-V-karakteristiek is van een trinist). En dit is het fundamentele verschil tussen een triac en twee trinistoren, die elk moeten worden geregeld door een positieve, in relatie tot de kathode, stroom.
De triac heeft geen anode en kathode met betrekking tot de richting van de uitgezonden stroom, maar met betrekking tot de stuurelektrode zijn deze conclusies niet equivalent. De termen "voorwaardelijke kathode" (MT1, A1) en "voorwaardelijke anode" (MT2, A2) zijn te vinden in de literatuur. Ze zijn handig om te gebruiken om de werking van de triac te beschrijven.
Wanneer een halve golf van een willekeurige polariteit wordt toegepast, wordt het apparaat eerst vergrendeld (rode sectie van de CVC).Ook kan, net als bij de trinistor, het triggeren van de triac optreden wanneer het drempelspanningsniveau wordt overschreden voor elke polariteit van de sinusgolf (blauwe sectie). Bij elektronische sleutels is dit fenomeen (dynistor-effect) nogal schadelijk. Het moet worden vermeden bij het kiezen van een bedrijfsmodus. Het openen van de triac vindt plaats door stroom op de stuurelektrode te zetten. Hoe groter de stroom, hoe eerder de sleutel wordt geopend (rood gestippeld gebied). Deze stroom ontstaat door het aanleggen van een spanning tussen de stuurelektrode en de conditionele kathode. Deze spanning moet ofwel negatief zijn, ofwel hetzelfde teken hebben als de spanning tussen MT1 en MT2.
Bij een bepaalde stroomwaarde opent de triac onmiddellijk en gedraagt hij zich als een normale diode - tot blokkeren (groen gestreepte en ononderbroken gebieden). Verbetering van de technologie leidt tot een afname van de stroom die wordt verbruikt om de triac volledig te ontgrendelen. Voor moderne aanpassingen is het maximaal 60 mA en lager. Maar men moet zich niet laten meeslepen door het verminderen van de stroom in een echt circuit - dit kan leiden tot een onstabiele opening van de triac.
Sluiten, zoals een conventionele trinistor, vindt plaats wanneer de stroom tot een bepaalde limiet daalt (bijna nul). In het wisselstroomcircuit gebeurt dit bij de volgende passage door nul, waarna opnieuw een stuurpuls moet worden gegeven. In DC-circuits vereist de gecontroleerde uitschakeling van de triac omslachtige technische oplossingen.
Functies en beperkingen
Er zijn beperkingen aan het gebruik van een triac bij het schakelen van een reactieve (inductieve of capacitieve) belasting. Bij aanwezigheid van een dergelijke verbruiker in het wisselstroomcircuit zijn de spannings- en stroomfasen ten opzichte van elkaar verschoven. De richting van de verschuiving hangt af van de aard van de reactiviteit en de grootte - op de waarde van de reactieve component. Er is al gezegd dat de triac uitschakelt op het moment dat de stroom door nul gaat. En de spanning tussen MT1 en MT2 kan op dit moment behoorlijk groot zijn. Als de veranderingssnelheid van de spanning dU/dt tegelijkertijd de drempelwaarde overschrijdt, sluit de triac mogelijk niet. Om dit effect te voorkomen, parallel aan het stroompad van de triac omvatten: varistoren. Hun weerstand hangt af van de aangelegde spanning en ze beperken de veranderingssnelheid van het potentiaalverschil. Hetzelfde effect kan worden bereikt door een RC-ketting (snubber) te gebruiken.
Het gevaar van het overschrijden van de stroomtoename bij het schakelen van de belasting houdt verband met de eindige tijd van het activeren van de triac. Op het moment dat de triac nog niet gesloten is, kan blijken dat er een grote spanning op staat en tegelijkertijd een voldoende grote doorstroom door het vermogenspad vloeit. Dit kan leiden tot het vrijkomen van een groot thermisch vermogen op het apparaat en het kristal kan oververhit raken. Om dit defect te elimineren, moet, indien mogelijk, de reactiviteit van de consument worden gecompenseerd door sequentiële opname in het circuit van reactiviteit van ongeveer dezelfde waarde, maar van het tegenovergestelde teken.
Houd er ook rekening mee dat in de open toestand ongeveer 1-2 V valt op de triac, maar aangezien de scope krachtige hoogspanningsschakelaars zijn, heeft deze eigenschap geen invloed op het praktische gebruik van triacs. Het verlies van 1-2 volt in een 220 volt circuit is vergelijkbaar met de meetfout van de spanning.
Voorbeelden van het gebruik van
Het belangrijkste deel van het gebruik van de triac is de sleutel in AC-circuits.Er zijn geen fundamentele beperkingen aan het gebruik van een triac als DC-sleutel, maar ook hier heeft het geen zin. In dit geval is het gemakkelijker om een goedkopere en meer gebruikelijke trinistor te gebruiken.
Zoals elke toets is de triac in serie met de belasting op het circuit aangesloten. Het in- en uitschakelen van de triac regelt de spanningstoevoer naar de consument.
De triac kan ook worden gebruikt als spanningsregelaar op belastingen die zich niets aantrekken van de vorm van de spanning (bijvoorbeeld gloeilampen of thermische kachels). In dit geval ziet het controleschema er als volgt uit.
Hier is een faseverschuivende schakeling georganiseerd op weerstanden R1, R2 en condensator C1. Door de weerstand aan te passen wordt een verschuiving in het begin van de puls bereikt ten opzichte van de overgang van de netspanning naar nul. Een dinistor met een openingsspanning van ongeveer 30 volt is verantwoordelijk voor de vorming van de puls. Wanneer dit niveau is bereikt, gaat het open en geeft het stroom door aan de stuurelektrode van de triac. Het is duidelijk dat deze stroom in richting samenvalt met de stroom door het stroompad van de triac. Sommige fabrikanten produceren halfgeleiderapparaten genaamd Quadrac. Ze hebben een triac en een dinistor in het stuurelektrodecircuit in één behuizing.
Zo'n schakeling is eenvoudig, maar de verbruiksstroom ervan heeft een scherp niet-sinusvormige vorm, terwijl er interferentie ontstaat in het voedingsnet. Om ze te onderdrukken, is het noodzakelijk om filters te gebruiken - in ieder geval de eenvoudigste RC-ketens.
Voor-en nadelen
De voordelen van de triac vallen samen met de voordelen van de hierboven beschreven trinistor. Voor hen hoeft u alleen maar de mogelijkheid toe te voegen om in AC-circuits te werken en eenvoudige bediening in deze modus. Maar er zijn ook nadelen.Ze hebben voornamelijk betrekking op het toepassingsgebied, dat wordt beperkt door de reactieve component van de belasting. Het is niet altijd mogelijk om de hierboven voorgestelde beschermingsmaatregelen toe te passen. De nadelen zijn ook:
- verhoogde gevoeligheid voor ruis en interferentie in het stuurelektrodecircuit, wat valse alarmen kan veroorzaken;
- de noodzaak om warmte van het kristal te verwijderen - de opstelling van radiatoren compenseert de kleine afmetingen van het apparaat, en voor het schakelen van krachtige belastingen, het gebruik aannemers en relais krijgt de voorkeur;
- beperking van de werkfrequentie - het maakt niet uit bij industriële frequenties van 50 of 100 Hz, maar beperkt het gebruik in spanningsomvormers.
Voor het competente gebruik van triacs is het noodzakelijk om niet alleen de werkingsprincipes van het apparaat te kennen, maar ook de tekortkomingen ervan, die de grenzen van het gebruik van triacs bepalen. Alleen in dit geval zal het ontwikkelde apparaat lang en betrouwbaar werken.
Vergelijkbare artikelen:
