За управление на мощни товари в AC вериги често се използват електромагнитни релета. Контактните групи на тези устройства служат като допълнителен източник на ненадеждност поради склонността към изгаряне, заваряване. Също така, възможността за искри по време на превключване изглежда като недостатък, което в някои случаи изисква допълнителни мерки за сигурност. Следователно електронните ключове изглеждат за предпочитане. Една от опциите за такъв ключ се изпълнява на триаци.
Съдържание
Какво е триак и защо е необходим
В силовата електроника един от видовете често се използва като управляван превключващ елемент. тиристори - тринистори. Техните предимства:
- липса на контактна група;
- липса на въртящи се и движещи се механични елементи;
- малко тегло и размери;
- дълъг ресурс, независим от броя на циклите включване-изключване;
- ниска цена;
- висока скорост и тиха работа.
Но когато се използват тринистори в AC вериги, тяхното еднопосочно провеждане се превръща в проблем. За да може тринисторът да пропуска ток в две посоки, трябва да се прибегне до трикове под формата на паралелна връзка в обратна посока на два тринистора, управлявани едновременно. Изглежда логично тези два SCR да се комбинират в една обвивка за лесна инсталация и намаляване на размера. И тази стъпка е направена през 1963 г., когато съветски учени и специалисти от General Electric почти едновременно подават заявки за регистрация на изобретението на симетричен тринистор - триак (в чужда терминология триак, триак - триод за алтернативен ток).
Всъщност триакът не е буквално два тринистора, поставени в един корпус.
Цялата система е реализирана на единичен кристал с различни p- и n-ленти на проводимост и тази структура не е симетрична (въпреки че характеристиката на токовото напрежение на триака е симетрична по отношение на началото и е огледална I-V характеристика на тринистор). И това е основната разлика между триак и два тринистора, всеки от които трябва да се управлява от положителен, по отношение на катода, ток.
Триакът няма анод и катод по отношение на посоката на предавания ток, но по отношение на управляващия електрод тези изводи не са еквивалентни. Термините „условен катод” (MT1, A1) и „условен анод” (MT2, A2) се срещат в литературата. Те са удобни за използване за описание на работата на триака.
Когато се приложи полувълна с всякаква полярност, устройството първо се заключва (червена част на CVC).Също така, както при тринистора, задействането на триака може да възникне, когато праговото ниво на напрежение е превишено за всяка полярност на синусоидалната вълна (синя секция). При електронните ключове това явление (динисторен ефект) е доста вредно. Трябва да се избягва при избора на режим на работа. Отварянето на триака става чрез подаване на ток към управляващия електрод. Колкото по-голям е токът, толкова по-рано ще се отвори ключът (червена пунктирана зона). Този ток се създава чрез прилагане на напрежение между управляващия електрод и условния катод. Това напрежение трябва да е отрицателно или да има същия знак като напрежението, приложено между MT1 и MT2.
При определена стойност на тока триакът се отваря незабавно и се държи като нормален диод - до блокиране (зелени пунктирани и плътни зони). Подобряването на технологията води до намаляване на тока, консумиран за пълно отключване на триака. За съвременните модификации е до 60 mA и по-малко. Но човек не трябва да се увлича с намаляването на тока в реална верига - това може да доведе до нестабилно отваряне на триака.
Затварянето, подобно на конвенционален тринистор, се случва, когато токът падне до определена граница (почти до нула). В AC веригата това се случва при следващото преминаване през нула, след което ще е необходимо отново да се приложи контролен импулс. В DC вериги, контролираното изключване на триака изисква тромави технически решения.
Характеристики и ограничения
Има ограничения за използването на триак при превключване на реактивен (индуктивен или капацитивен) товар. При наличието на такъв консуматор във веригата за променлив ток, фазите на напрежението и тока се изместват една спрямо друга. Посоката на изместване зависи от естеството на реактивността, а големината - върху стойността на реактивния компонент. Вече беше казано, че триакът се изключва в момента, в който токът премине през нула. А напрежението между MT1 и MT2 в този момент може да бъде доста голямо. Ако скоростта на промяна на напрежението dU/dt в същото време надвишава праговата стойност, тогава триакът може да не се затвори. За да избегнете този ефект, успоредно на захранващия път на триака включете варистори. Тяхното съпротивление зависи от приложеното напрежение и те ограничават скоростта на промяна на потенциалната разлика. Същият ефект може да се постигне чрез използване на RC верига (снубер).
Опасността от превишаване на скоростта на нарастване на тока при превключване на товара е свързана с крайното време на задействане на триака. В момента, когато триакът все още не е затворен, може да се окаже, че към него е приложено голямо напрежение и в същото време през захранващия път протича достатъчно голям ток. Това може да доведе до отделяне на голяма топлинна мощност на устройството и кристалът може да прегрее. За да се елиминира този дефект, е необходимо, ако е възможно, да се компенсира реактивността на консуматора чрез последователно включване във веригата на реактивност с приблизително същата стойност, но с обратен знак.
Трябва също да се има предвид, че в отворено състояние на триака пада около 1-2 V. Но тъй като обхватът е мощни превключватели с високо напрежение, това свойство не засяга практическото използване на триаците. Загубата на 1-2 волта в 220-волтова верига е сравнима с грешката при измерване на напрежението.
Примери за използване
Основната област на използване на триака е ключът във веригите за променлив ток.Няма фундаментални ограничения за използването на триак като DC ключ, но и в това няма смисъл. В този случай е по-лесно да използвате по-евтин и по-често срещан тринистор.
Както всеки ключ, триакът е свързан към веригата последователно с товара. Включването и изключването на триака контролира подаването на напрежение към консуматора.
Също така, триакът може да се използва като регулатор на напрежението при товари, които не се интересуват от формата на напрежението (например лампи с нажежаема жичка или термични нагреватели). В този случай схемата за управление изглежда така.
Тук е организирана верига за изместване на фаза върху резистори R1, R2 и кондензатор C1. Чрез регулиране на съпротивлението се постига изместване в началото на импулса спрямо прехода на мрежовото напрежение през нула. Динистор с напрежение на отваряне от около 30 волта е отговорен за образуването на импулса. Когато се достигне това ниво, той се отваря и подава ток към управляващия електрод на триака. Очевидно е, че този ток съвпада по посока с тока през захранващия път на триака. Някои производители произвеждат полупроводникови устройства, наречени Quadrac. Имат триак и динистор във веригата на управляващия електрод в един корпус.
Такава схема е проста, но нейният ток на потребление има рязко несинусоидална форма, докато в захранващата мрежа се създават смущения. За потискането им е необходимо да се използват филтри - поне най-простите RC вериги.
Предимства и недостатъци
Предимствата на триака съвпадат с предимствата на тринистора, описан по-горе. Към тях просто трябва да добавите възможност за работа в AC вериги и просто управление в този режим. Но има и недостатъци.Те засягат основно областта на приложение, която е ограничена от реактивния компонент на товара. Не винаги е възможно да се прилагат предложените по-горе защитни мерки. Освен това, недостатъците включват:
- повишена чувствителност към шум и смущения във веригата на управляващия електрод, което може да причини фалшиви аларми;
- необходимостта от отстраняване на топлината от кристала - разположението на радиаторите компенсира малките размери на устройството и за превключване на мощни товари, използването контактори и релето става предпочитано;
- ограничение на работната честота - няма значение при работа на промишлени честоти от 50 или 100 Hz, но ограничава използването в преобразуватели на напрежение.
За компетентното използване на триаци е необходимо да се знаят не само принципите на работа на устройството, но и неговите недостатъци, които определят границите на използването на триаци. Само в този случай разработеното устройство ще работи дълго време и надеждно.
Подобни статии:
