Principi upravljanja tiristorom i triakom

Počnimo s najjednostavnijim shemama. U najjednostavnijem slučaju, za upravljanje tiristora dovoljno je nakratko dovesti konstantnu struju određene vrijednosti na njegovu upravljačku elektrodu. Mehanizam za opskrbu ovom strujom može se prikazati shematski prikazom sklopke koja se zatvara i daje snagu, poput izlaznog stupnja čipa ili tranzistora.

Ovo je naizgled jednostavna metoda, ali snaga kontrolnog signala ovdje mora biti značajna. Dakle, u normalnim uvjetima za triac KU208, ova struja bi trebala biti najmanje 160 mA, a za trinistor KU201 trebala bi biti najmanje 70 mA. Dakle, pri naponu od 12 volti i prosječnoj struji od, recimo, 115 mA, upravljačka snaga će sada biti 1,4 W.

Zahtjevi za polaritet upravljačkog signala su sljedeći: SCR zahtijeva kontrolni napon koji je pozitivan u odnosu na katodu, a triak (uravnoteženi tiristor) zahtijeva isti polaritet kao anodna struja ili negativan za svaki od poluciklusa .

Upravljačka elektroda triaka nije šantirana, trinistorom se upravlja s otpornikom od 51 ohma.Moderni tiristori zahtijevaju sve manje upravljačke struje, a vrlo često se mogu naći sklopovi gdje je upravljačka struja kod SCR-a smanjena na oko 24 mA, a kod triaka na 50 mA.

Može se dogoditi da će naglo smanjenje struje u upravljačkom krugu utjecati na pouzdanost uređaja, tako da ponekad programeri moraju odabrati tiristore zasebno za svaki krug. Inače, da bi se otvorio slabostrujni tiristor, njegov anodni napon bi u tom trenutku morao biti visok, što bi dovelo do štetne udarne struje i smetnji.

Nedostatak kontrole prema gore opisanoj najjednostavnijoj shemi je očit: postoji stalna galvanska veza upravljačkog kruga s električnim krugom. Trijaci u nekim krugovima omogućuju spajanje jednog od terminala upravljačkog kruga na neutralnu žicu. SCR dopuštaju takvo rješenje samo dodavanjem diodnog mosta u krug opterećenja.

Kao rezultat toga, snaga dovedena do opterećenja je prepolovljena jer se napon dovodi do opterećenja samo u jednoj od perioda mrežnog sinusnog vala. U praksi imamo činjenicu da se sklopovi s tiristorskom regulacijom istosmjerne struje bez galvanskog odvajanja čvorova gotovo nikada ne koriste, osim kada se regulacija iz nekog opravdanog razloga mora izvesti na ovaj način.

Uobičajeno rješenje upravljanja tiristorom je gdje se napon primjenjuje na elektrodu vrata izravno s anode kroz otpornik zatvaranjem sklopke na nekoliko mikrosekundi. Ključ ovdje može biti visokonaponski bipolarni tranzistor, mali relej ili fotootpornik.

Ovaj pristup je prihvatljiv pri relativno visokom anodnom naponu, prikladan je i jednostavan čak i ako opterećenje sadrži reaktivnu komponentu. Ali postoji i nedostatak: dvosmisleni zahtjevi za otpornik za ograničavanje struje, koji mora biti male nominalne vrijednosti, tako da se tiristor uključuje bliže početku poluciklusa sinusnog vala kada se prvi put uključi, ne pri nultom mrežnom naponu (u nedostatku sinkronizacije), može doći i do 310 volti, ali struja kroz sklopku i kroz upravljačku elektrodu tiristora ne bi trebala prelaziti najveće dopuštene vrijednosti za njih.

Sam tiristor će se otvoriti na napon Uop = Iop * Rlim. Kao rezultat toga, pojavit će se šum i napon opterećenja će se malo smanjiti. Izračunati otpor otpornika Rlim smanjuje se za vrijednost otpora strujnog kruga opterećenja (uključujući njegovu induktivnu komponentu), koji je spojen u seriju s otpornik u trenutku uključivanja.

Ali u slučaju uređaja za grijanje, uzima se u obzir činjenica da je u hladnom stanju njihov otpor deset puta manji nego u radnom zagrijanom. Usput, zbog činjenice da se u triacima struja uključivanja za pozitivne i negativne poluvalove može malo razlikovati, na opterećenju se može pojaviti mala konstantna komponenta.

Vrijeme uključivanja SCR-a obično nije veće od 10 μs, stoga se za ekonomičnu kontrolu snage opterećenja može primijeniti impulsni niz s radnim ciklusom od 5, 10 ili 20 za frekvencije od 20, 10 i 5 kHz, odnosno. Snaga će se smanjiti od 5 do 20 puta.

Nedostatak je sljedeći: tiristor se može uključiti, a ne na početku poluciklusa.Pun je valova i buke. Pa ipak, čak i ako se uključivanje dogodi neposredno prije početka porasta napona od nule, u ovom trenutku struja kontrolne elektrode možda još neće dosegnuti vrijednost zadržavanja, tada će se tiristor isključiti odmah nakon završetka puls.

Kao rezultat toga, tiristor će se prvo uključiti i isključiti u kratkim intervalima dok struja konačno ne poprimi sinusni oblik. Za opterećenja s induktivnom komponentom, struja možda neće doseći vrijednost zadržavanja, što nameće nižu granicu trajanja upravljačkih impulsa, a potrošnja energije se neće mnogo smanjiti.

Odvajanje upravljačkog kruga od mreže osigurava se takozvanim impulsnim startom, koji se lako može izvesti ugradnjom malog izolacijskog transformatora na feritni prsten promjera manjeg od 2 cm. Važno je da izolacijski napon takvog transformatora treba biti visok, a ne kao svaki industrijski pulsni transformator...

Kako bi se značajno smanjila snaga potrebna za upravljanje, bit će potrebno posegnuti za preciznijim upravljanjem. Struja vrata mora biti isključena baš kao što je tiristor uključen. Kada je sklopka zatvorena, tiristor se uključuje, a kada tiristor počne provoditi struju, mikro krug prestaje opskrbljivati ​​strujom kroz upravljačku elektrodu.

Ovaj pristup stvarno štedi energiju potrebnu za pogon tiristora. Ako je sklopka trenutno zatvorena, anodni napon još uvijek nije dovoljan, tiristor se neće otvoriti pomoću mikro kruga (napon bi trebao biti nešto veći od polovice napona napajanja mikro kruga). Napon uključivanja je podesiv izbor otpornika za razdvajanje.

Za upravljanje triakom na ovaj način potrebno je pratiti polaritet, pa se u krug dodaje blok od para tranzistora i tri otpornika, koji fiksira trenutak kada napon prijeđe nulu. Složenije sheme su izvan opsega ovog članka.