Per controllare carichi potenti nei circuiti CA vengono spesso utilizzati relè elettromagnetici. I gruppi di contatti di questi dispositivi fungono da ulteriore fonte di inaffidabilità a causa della tendenza a bruciare, saldare. Inoltre, la possibilità di scintille durante la commutazione sembra uno svantaggio, che in alcuni casi richiede misure di sicurezza aggiuntive. Pertanto, le chiavi elettroniche sembrano preferibili. Una delle opzioni per tale chiave viene eseguita sui triac.
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Cos'è un triac e perché è necessario
Nell'elettronica di potenza, uno dei tipi viene spesso utilizzato come elemento di commutazione controllato. tiristori - trinistri. I loro vantaggi:
- assenza di un gruppo di contatto;
- mancanza di elementi meccanici rotanti e mobili;
- peso e dimensioni ridotte;
- risorsa lunga, indipendente dal numero di cicli on-off;
- a basso costo;
- alta velocità e funzionamento silenzioso.
Ma quando si utilizzano trinistor nei circuiti CA, la loro conduzione unidirezionale diventa un problema. Affinché il trinistore possa far passare la corrente in due direzioni, è necessario ricorrere a trucchi sotto forma di una connessione parallela nella direzione opposta di due trinistori controllati contemporaneamente. Sembra logico combinare questi due SCR in un'unica shell per facilità di installazione e riduzione delle dimensioni. E questo passo fu compiuto nel 1963, quando scienziati sovietici e specialisti della General Electric depositarono quasi contemporaneamente domande per la registrazione dell'invenzione di un trinistor simmetrico - triac (in terminologia straniera, triac, triac - triodo per corrente alternativa).
In effetti, il triac non è letteralmente due trinistori posti in un caso.
L'intero sistema è implementato su un singolo cristallo con diverse bande di conducibilità p e n, e questa struttura non è simmetrica (sebbene la caratteristica corrente-tensione di un triac sia simmetrica rispetto all'origine ed è una caratteristica I–V speculare di trinistor). Ed è questa la differenza fondamentale tra un triac e due trinistori, ciascuno dei quali deve essere controllato da una corrente positiva, rispetto al catodo.
Il triac non ha anodo e catodo in relazione alla direzione della corrente trasmessa, ma in relazione all'elettrodo di controllo queste conclusioni non sono equivalenti. In letteratura si trovano i termini “catodo condizionale” (MT1, A1) e “anodo condizionale” (MT2, A2). Sono convenienti da usare per descrivere il funzionamento del triac.
Quando viene applicata una semionda di qualsiasi polarità, il dispositivo viene prima bloccato (sezione rossa del CVC).Inoltre, come per il trinistor, l'attivazione del triac può verificarsi al superamento del livello di tensione di soglia per qualsiasi polarità dell'onda sinusoidale (sezione blu). Nelle chiavi elettroniche questo fenomeno (effetto dynistor) è piuttosto dannoso. Deve essere evitato quando si sceglie una modalità di funzionamento. L'apertura del triac avviene applicando corrente all'elettrodo di controllo. Maggiore è la corrente, prima si aprirà la chiave (area tratteggiata rossa). Questa corrente viene creata applicando una tensione tra l'elettrodo di controllo e il catodo condizionale. Questa tensione deve essere negativa o avere lo stesso segno della tensione applicata tra MT1 e MT2.
Ad un certo valore di corrente, il triac si apre immediatamente e si comporta come un normale diodo - fino al blocco (tratteggi verdi e aree piene). Il miglioramento della tecnologia porta a una diminuzione della corrente consumata per sbloccare completamente il triac. Per le modifiche moderne, è fino a 60 mA e inferiore. Ma non bisogna lasciarsi trasportare dalla riduzione della corrente in un circuito reale: ciò può portare a un'apertura instabile del triac.
La chiusura, come un trinistor convenzionale, avviene quando la corrente scende ad un certo limite (quasi zero). Nel circuito AC, ciò si verifica al passaggio successivo per lo zero, dopodiché sarà necessario applicare nuovamente un impulso di controllo. Nei circuiti in corrente continua, lo spegnimento controllato del triac richiede soluzioni tecniche ingombranti.
Caratteristiche e limitazioni
Esistono restrizioni sull'uso di un triac quando si commuta un carico reattivo (induttivo o capacitivo). In presenza di un tale consumatore nel circuito CA, le fasi di tensione e corrente vengono spostate l'una rispetto all'altra. La direzione dello spostamento dipende dalla natura della reattività e dall'entità - sul valore della componente reattiva. Si è già detto che il triac si spegne nel momento in cui la corrente passa per lo zero. E la tensione tra MT1 e MT2 in questo momento può essere piuttosto grande. Se la velocità di variazione della tensione dU/dt supera contemporaneamente il valore di soglia, il triac potrebbe non chiudersi. Per evitare questo effetto, includere parallelamente al percorso di alimentazione del triac varistori. La loro resistenza dipende dalla tensione applicata e limitano la velocità di variazione della differenza di potenziale. Lo stesso effetto può essere ottenuto utilizzando una catena RC (snubber).
Il pericolo di superare la velocità di aumento della corrente durante la commutazione del carico è associato al tempo finito di attivazione del triac. Nel momento in cui il triac non si è ancora chiuso, è possibile che venga applicata una grande tensione e allo stesso tempo una corrente passante sufficientemente grande scorre attraverso il percorso di alimentazione. Ciò può portare al rilascio di una grande potenza termica sul dispositivo e il cristallo potrebbe surriscaldarsi. Per eliminare questo difetto, è necessario, se possibile, compensare la reattività del consumatore mediante inclusione sequenziale nel circuito di reattività di circa lo stesso valore, ma di segno opposto.
Va inoltre tenuto presente che nello stato aperto, sul triac cadono circa 1-2 V. Ma poiché l'ambito sono potenti interruttori ad alta tensione, questa proprietà non influisce sull'uso pratico dei triac. La perdita di 1-2 volt in un circuito a 220 volt è paragonabile all'errore di misurazione della tensione.
Esempi di utilizzo
L'area principale di utilizzo del triac è la chiave nei circuiti CA.Non ci sono restrizioni fondamentali sull'uso di un triac come chiave DC, ma non ha senso nemmeno in questo. In questo caso, è più facile utilizzare un trinistor più economico e più comune.
Come ogni chiave, il triac è collegato al circuito in serie con il carico. L'accensione e lo spegnimento del triac controlla l'alimentazione di tensione al consumatore.
Inoltre, il triac può essere utilizzato come regolatore di tensione su carichi che non si preoccupano della forma della tensione (ad esempio lampade a incandescenza o riscaldatori termici). In questo caso, lo schema di controllo si presenta così.
Qui, un circuito di sfasamento è organizzato sui resistori R1, R2 e sul condensatore C1. Regolando la resistenza, si ottiene uno spostamento all'inizio dell'impulso rispetto al passaggio della tensione di rete a zero. Un dinistor con una tensione di apertura di circa 30 volt è responsabile della formazione dell'impulso. Quando viene raggiunto questo livello, si apre e trasmette corrente all'elettrodo di controllo del triac. È ovvio che questa corrente coincide in direzione con la corrente attraverso il percorso di potenza del triac. Alcuni produttori producono dispositivi a semiconduttore chiamati Quadrac. Hanno un triac e un dinistor nel circuito dell'elettrodo di controllo in un alloggiamento.
Un tale circuito è semplice, ma la sua corrente di consumo ha una forma nettamente non sinusoidale, mentre si creano interferenze nella rete di alimentazione. Per sopprimerli, è necessario utilizzare filtri, almeno le catene RC più semplici.
Vantaggi e svantaggi
I vantaggi del triac coincidono con i vantaggi del trinistor sopra descritti. A loro, devi solo aggiungere la capacità di lavorare in circuiti CA e un semplice controllo in questa modalità. Ma ci sono anche degli svantaggi.Riguardano principalmente il campo di applicazione, che è limitato dalla componente reattiva del carico. Non sempre è possibile applicare le misure di protezione sopra suggerite. Inoltre, gli svantaggi includono:
- maggiore sensibilità al rumore e alle interferenze nel circuito dell'elettrodo di controllo, che può causare falsi allarmi;
- la necessità di rimuovere il calore dal cristallo: la disposizione dei radiatori compensa le piccole dimensioni del dispositivo e per la commutazione di carichi potenti, l'uso contattori e la staffetta diventa preferita;
- limitazione della frequenza operativa - non importa quando si opera a frequenze industriali di 50 o 100 Hz, ma limita l'uso nei convertitori di tensione.
Per l'uso competente dei triac, è necessario conoscere non solo i principi di funzionamento del dispositivo, ma anche le sue carenze, che determinano i limiti dell'uso dei triac. Solo in questo caso il dispositivo sviluppato funzionerà a lungo e in modo affidabile.
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