Para controlar cargas poderosas em circuitos AC são frequentemente usados relés eletromagnéticos. Os grupos de contato desses dispositivos servem como uma fonte adicional de falta de confiabilidade devido à tendência de queimar, soldar. Além disso, a possibilidade de faíscas durante a comutação parece uma desvantagem, o que em alguns casos requer medidas de segurança adicionais. Portanto, as chaves eletrônicas parecem preferíveis. Uma das opções para essa chave é executada em triacs.
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O que é um triac e por que é necessário
Na eletrônica de potência, um dos tipos é frequentemente usado como elemento de comutação controlado. tiristores - trinistores. Suas vantagens:
- ausência de um grupo de contato;
- falta de elementos mecânicos rotativos e móveis;
- pequeno peso e dimensões;
- recurso longo, independente do número de ciclos liga-desliga;
- baixo custo;
- alta velocidade e operação silenciosa.
Mas ao usar trinistores em circuitos CA, sua condução unidirecional se torna um problema. Para que o trinistor passe corrente em duas direções, é preciso recorrer a truques na forma de uma conexão paralela na direção oposta de dois trinistores controlados simultaneamente. Parece lógico combinar esses dois SCRs em um shell para facilitar a instalação e reduzir o tamanho. E esse passo foi dado em 1963, quando cientistas soviéticos e especialistas da General Electric apresentaram quase simultaneamente pedidos de registro da invenção de um trinistor simétrico - triac (em terminologia estrangeira, triac, triac - triodo para corrente alternativa).
Na verdade, o triac não é literalmente dois trinistores colocados em uma caixa.
Todo o sistema é implementado em um único cristal com diferentes bandas de condutividade p e n, e essa estrutura não é simétrica (embora a característica corrente-tensão de um triac seja simétrica em relação à origem e seja uma característica I-V espelhada de um trinistor). E esta é a diferença fundamental entre um triac e dois trinistores, cada um dos quais deve ser controlado por uma corrente positiva, em relação ao cátodo.
O triac não possui ânodo e cátodo em relação ao sentido da corrente transmitida, mas em relação ao eletrodo de controle, essas conclusões não são equivalentes. Os termos “cátodo condicional” (MT1, A1) e “ânodo condicional” (MT2, A2) são encontrados na literatura. Eles são convenientes de usar para descrever a operação do triac.
Quando uma meia onda de qualquer polaridade é aplicada, o dispositivo é bloqueado primeiro (seção vermelha do CVC).Além disso, como no trinistor, o disparo do triac pode ocorrer quando o nível de tensão limite é excedido para qualquer polaridade da onda senoidal (seção azul). Em chaves eletrônicas, esse fenômeno (efeito dynistor) é bastante prejudicial. Deve ser evitado ao escolher um modo de operação. A abertura do triac ocorre pela aplicação de corrente no eletrodo de controle. Quanto maior a corrente, mais cedo a chave será aberta (área tracejada vermelha). Esta corrente é criada pela aplicação de uma tensão entre o eletrodo de controle e o cátodo condicional. Esta tensão deve ser negativa ou ter o mesmo sinal da tensão aplicada entre MT1 e MT2.
Em um determinado valor de corrente, o triac abre imediatamente e se comporta como um diodo normal - até o bloqueio (áreas tracejadas e sólidas em verde). A melhoria na tecnologia leva a uma diminuição na corrente consumida para desbloquear completamente o triac. Para modificações modernas, é de até 60 mA e abaixo. Mas não se deve se empolgar com a redução da corrente em um circuito real - isso pode levar a uma abertura instável do triac.
O fechamento, como um trinistor convencional, ocorre quando a corrente cai para um certo limite (quase zero). No circuito CA, isso ocorre na próxima passagem por zero, após o que será necessário aplicar um pulso de controle novamente. Em circuitos CC, o desligamento controlado do triac requer soluções técnicas complicadas.
Recursos e limitações
Existem restrições quanto ao uso de um triac ao comutar uma carga reativa (indutiva ou capacitiva). Na presença de tal consumidor no circuito CA, as fases de tensão e corrente são deslocadas uma em relação à outra. A direção do deslocamento depende da natureza da reatividade e da magnitude - sobre o valor do componente reativo. Já foi dito que o triac desliga no momento em que a corrente passa por zero. E a tensão entre MT1 e MT2 neste momento pode ser bem grande. Se a taxa de variação da tensão dU/dt ao mesmo tempo exceder o valor limite, o triac pode não fechar. Para evitar este efeito, paralelo ao caminho de alimentação do triac incluem varistores. Sua resistência depende da tensão aplicada e limitam a taxa de variação da diferença de potencial. O mesmo efeito pode ser alcançado usando uma cadeia RC (snubber).
O perigo de ultrapassar a taxa de aumento de corrente ao comutar a carga está associado ao tempo finito de disparo do triac. No momento em que o triac ainda não fechou, pode ser que uma grande tensão seja aplicada a ele e, ao mesmo tempo, uma corrente suficientemente grande flui pelo caminho de energia. Isso pode levar à liberação de uma grande potência térmica no dispositivo e o cristal pode superaquecer. Para eliminar este defeito, é necessário, se possível, compensar a reatividade do consumidor por inclusão sequencial no circuito de reatividade de aproximadamente o mesmo valor, mas de sinal oposto.
Também deve-se ter em mente que no estado aberto, cerca de 1-2 V cai no triac. Mas como o escopo é poderosos interruptores de alta tensão, essa propriedade não afeta o uso prático dos triacs. A perda de 1-2 volts em um circuito de 220 volts é comparável ao erro de medição de tensão.
Exemplos de uso
A principal área de uso do triac é a chave nos circuitos CA.Não há restrições fundamentais sobre o uso de um triac como chave DC, mas isso também não faz sentido. Nesse caso, é mais fácil usar um trinistor mais barato e mais comum.
Como qualquer chave, o triac é conectado ao circuito em série com a carga. Ligar e desligar o triac controla o fornecimento de tensão ao consumidor.
Além disso, o triac pode ser usado como regulador de tensão em cargas que não se importam com o formato da tensão (por exemplo, lâmpadas incandescentes ou aquecedores térmicos). Nesse caso, o esquema de controle se parece com isso.
Aqui, um circuito de mudança de fase é organizado em resistores R1, R2 e capacitor C1. Ajustando a resistência, um deslocamento no início do pulso é alcançado em relação à transição da tensão da rede até zero. Um dinistor com uma tensão de abertura de cerca de 30 volts é responsável pela formação do pulso. Quando este nível é atingido, ele abre e passa a corrente para o eletrodo de controle do triac. É óbvio que esta corrente coincide em direção com a corrente através do caminho de potência do triac. Alguns fabricantes produzem dispositivos semicondutores chamados Quadrac. Eles têm um triac e um dinistor no circuito do eletrodo de controle em um alojamento.
Tal circuito é simples, mas sua corrente de consumo tem uma forma nitidamente não senoidal, enquanto a interferência é criada na rede de alimentação. Para suprimi-los, é necessário usar filtros - pelo menos as cadeias RC mais simples.
Vantagens e desvantagens
As vantagens do triac coincidem com as vantagens do trinistor descritas acima. A eles, você só precisa adicionar a capacidade de trabalhar em circuitos CA e controle simples neste modo. Mas também há desvantagens.Eles dizem respeito principalmente à área de aplicação, que é limitada pelo componente reativo da carga. Nem sempre é possível aplicar as medidas de proteção sugeridas acima. Além disso, as desvantagens incluem:
- aumento da sensibilidade a ruídos e interferências no circuito do eletrodo de controle, o que pode causar falsos alarmes;
- a necessidade de remover o calor do cristal - o arranjo dos radiadores compensa as pequenas dimensões do dispositivo e, para alternar cargas poderosas, o uso contatores e o relé torna-se preferido;
- limitação na frequência de operação - não importa quando operando em frequências industriais de 50 ou 100 Hz, mas limita o uso em conversores de tensão.
Para o uso competente dos triacs, é necessário conhecer não apenas os princípios de funcionamento do dispositivo, mas também suas deficiências, que determinam os limites do uso dos triacs. Somente neste caso, o dispositivo desenvolvido funcionará por muito tempo e de maneira confiável.
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