K řízení výkonných zátěží ve střídavých obvodech se často používají elektromagnetická relé. Kontaktní skupiny těchto zařízení slouží jako dodatečný zdroj nespolehlivosti kvůli tendenci k hoření, sváření. Také možnost jiskření při přepínání vypadá jako nevýhoda, která v některých případech vyžaduje další bezpečnostní opatření. Proto elektronické klíče vypadají vhodněji. Jedna z možností pro takový klíč se provádí na triacích.
Co je to triak a proč je potřeba
Ve výkonové elektronice se jeden z typů často používá jako řízený spínací prvek. tyristory - trinistory. Jejich výhody:
- nepřítomnost kontaktní skupiny;
- nedostatek rotujících a pohyblivých mechanických prvků;
- malá hmotnost a rozměry;
- dlouhý zdroj, nezávislý na počtu cyklů zapnutí a vypnutí;
- nízké náklady;
- vysoká rychlost a tichý chod.
Ale při použití trinistorů ve střídavých obvodech se jejich jednosměrné vedení stává problémem. Aby trinistor procházel proudem ve dvou směrech, je třeba se uchýlit k trikům v podobě paralelního zapojení dvou současně řízených trinistorů v opačném směru. Zdá se logické spojit tyto dva SCR v jednom plášti pro snadnou instalaci a zmenšení velikosti. A k tomuto kroku došlo v roce 1963, kdy sovětští vědci a specialisté General Electric téměř současně podali přihlášky k registraci vynálezu symetrického trinistoru - triaku (v zahraniční terminologii triak, triak - trioda pro střídavý proud).
Ve skutečnosti triak nejsou doslova dva trinistory umístěné v jednom pouzdře.
Celý systém je implementován na monokrystalu s různými p- a n-pásmy vodivosti a tato struktura není symetrická (ačkoliv proudově-napěťová charakteristika triaku je symetrická vzhledem k původu a je zrcadlenou I–V charakteristikou trinistor). A to je zásadní rozdíl mezi triakem a dvěma trinistory, z nichž každý musí být řízen kladným, vzhledem ke katodě, proudem.
Triak nemá žádnou anodu a katodu ve vztahu ke směru přenášeného proudu, ale ve vztahu k řídící elektrodě nejsou tyto závěry ekvivalentní. Pojmy „podmíněná katoda“ (MT1, A1) a „podmíněná anoda“ (MT2, A2) lze nalézt v literatuře. Jsou vhodné k popisu činnosti triaku.
Při použití půlvlny libovolné polarity se zařízení nejprve uzamkne (červená část CVC).Stejně jako u trinistoru může ke spuštění triaku dojít při překročení prahové úrovně napětí pro jakoukoli polaritu sinusovky (modrá část). U elektronických klíčů je tento jev (dynistorový efekt) spíše škodlivý. Při výběru provozního režimu je třeba se tomu vyhnout. K otevření triaku dochází přivedením proudu na řídící elektrodu. Čím větší proud, tím dříve se klíč otevře (červená přerušovaná oblast). Tento proud vzniká přivedením napětí mezi řídící elektrodu a podmíněnou katodu. Toto napětí musí být buď záporné, nebo mít stejné znaménko jako napětí aplikované mezi MT1 a MT2.
Při určité hodnotě proudu se triak okamžitě otevře a chová se jako běžná dioda - až do zablokování (zelené čárkované a plné plochy). Zlepšení technologie vede ke snížení proudu spotřebovaného k úplnému odblokování triaku. U moderních úprav je to do 60 mA a méně. Ale neměli byste se nechat unést snižováním proudu ve skutečném obvodu - to může vést k nestabilnímu otevření triaku.
K uzavření, stejně jako u konvenčního trinistoru, dojde, když proud klesne na určitou mez (téměř na nulu). Ve střídavém obvodu k tomu dochází při dalším průchodu nulou, po kterém bude nutné znovu použít řídicí impuls. V stejnosměrných obvodech vyžaduje řízené vypínání triaku těžkopádná technická řešení.
Vlastnosti a omezení
Existují omezení pro použití triaku při spínání jalové (indukční nebo kapacitní) zátěže. V přítomnosti takového spotřebiče ve střídavém obvodu se fáze napětí a proudu vzájemně posunou. Směr posunu závisí na povaze reaktivity a velikosti - na hodnotě reaktivní složky. Již bylo řečeno, že triak se vypne v okamžiku, kdy proud prochází nulou. A napětí mezi MT1 a MT2 v tuto chvíli může být docela velké. Pokud rychlost změny napětí dU/dt současně překročí prahovou hodnotu, pak se triak nemusí uzavřít. Chcete-li se tomuto efektu vyhnout, zařaďte paralelně k napájecí cestě triaku varistory. Jejich odpor závisí na použitém napětí a omezují rychlost změny rozdílu potenciálů. Stejného efektu lze dosáhnout použitím RC řetězu (snubber).
Nebezpečí z překročení rychlosti nárůstu proudu při spínání zátěže je spojeno s konečným časem spuštění triaku. V okamžiku, kdy triak ještě není uzavřen, se může ukázat, že je na něj přivedeno velké napětí a zároveň výkonovou cestou protéká dostatečně velký průchozí proud. To může vést k uvolnění velkého tepelného výkonu na zařízení a krystal se může přehřát. K odstranění této závady je nutné pokud možno kompenzovat reaktivitu spotřebiče sekvenčním zařazením do okruhu reaktivity přibližně stejné hodnoty, ale opačného znaménka.
Také je třeba mít na paměti, že v otevřeném stavu na triaku upadne cca 1-2 V. Ale jelikož se jedná o výkonné vysokonapěťové spínače, nemá tato vlastnost vliv na praktické použití triaku. Ztráta 1-2 voltů v obvodu 220 voltů je srovnatelná s chybou měření napětí.
Příklady použití
Hlavní oblast použití triaku je klíčem v obvodech střídavého proudu.Pro použití triaku jako DC klíče neexistují žádná zásadní omezení, ale ani toto nemá smysl. V tomto případě je jednodušší použít levnější a běžnější trinistor.
Jako každý klíč je triak zapojen do obvodu v sérii se zátěží. Zapínání a vypínání triaku řídí napájení spotřebiče.
Triak lze také použít jako regulátor napětí na zátěžích, které se nestarají o tvar napětí (například žárovky nebo tepelné ohřívače). V tomto případě vypadá schéma ovládání takto.
Zde je na rezistorech R1, R2 a kondenzátoru C1 uspořádán obvod s fázovým posunem. Úpravou odporu se dosáhne posunu začátku impulsu vzhledem k přechodu síťového napětí přes nulu. Za vznik pulsu je zodpovědný dinistor s otevíracím napětím asi 30 voltů. Po dosažení této úrovně se otevře a propustí proud do řídící elektrody triaku. Je zřejmé, že tento proud se shoduje ve směru s proudem přes silovou cestu triaku. Někteří výrobci vyrábějí polovodičová zařízení nazývaná Quadrac. Mají triak a dinistor v obvodu řídicí elektrody v jednom pouzdře.
Takový obvod je jednoduchý, ale jeho odběrový proud má ostře nesinusový tvar, přičemž v napájecí síti vzniká rušení. K jejich potlačení je nutné použít filtry – alespoň ty nejjednodušší RC řetězy.
Výhody a nevýhody
Výhody triaku se shodují s výhodami trinistoru popsanými výše. K nim je potřeba jen přidat možnost práce ve střídavých obvodech a jednoduché ovládání v tomto režimu. Ale jsou tu i nevýhody.Týkají se především aplikační oblasti, která je omezena reaktivní složkou zátěže. Ne vždy je možné použít výše navržená ochranná opatření. Mezi nevýhody patří také:
- zvýšená citlivost na šum a rušení v obvodu řídicí elektrody, což může způsobit falešné poplachy;
- potřeba odvádět teplo z krystalu - uspořádání radiátorů kompenzuje malé rozměry zařízení a pro spínání silných zátěží použití stykače a relé se stává preferovaným;
- omezení pracovní frekvence - nezáleží při provozu na průmyslových frekvencích 50 nebo 100 Hz, ale omezuje použití v měničích napětí.
Pro kompetentní použití triaků je nutné znát nejen principy fungování zařízení, ale i jeho nedostatky, které určují hranice použití triaků. Pouze v tomto případě bude vyvinuté zařízení fungovat dlouho a spolehlivě.
Podobné články:
