Princípy tyristorového a triakového riadenia

Začnime s najjednoduchšími schémami. V najjednoduchšom prípade na ovládanie tyristora stačí krátkodobo dodať jeho riadiacej elektróde konštantný prúd určitej hodnoty. Mechanizmus dodávania tohto prúdu môže byť schematicky znázornený na obrázku spínača, ktorý sa zatvára a dodáva energiu, ako je výstupný stupeň čipu alebo tranzistora.

Toto je zdanlivo jednoduchá metóda, ale vyžaduje sa, aby sila riadiaceho signálu bola významná. Takže za normálnych podmienok pre triak KU208 by tento prúd mal byť aspoň 160 mA a pre trinistor KU201 by mal byť aspoň 70 mA. Takže pri napätí 12 voltov a priemernom prúde povedzme 115 mA bude teraz riadiaci výkon 1,4 W.

Požiadavky na polaritu riadiaceho signálu sú nasledovné: SCR vyžaduje riadiace napätie, ktoré je kladné vzhľadom na katódu, a triak (vyvážený tyristor) vyžaduje rovnakú polaritu ako anódový prúd, alebo zápornú pre každý z polcyklov. .

Riadiaca elektróda triaku nie je posunutá, trinistor je ovládaný 51 ohmovým odporom.Moderné tyristory vyžadujú čoraz menší riadiaci prúd a veľmi často nájdete obvody, kde je riadiaci prúd SCR redukovaný na cca 24 mA, pri triakoch na 50 mA.

Môže sa stať, že prudký pokles prúdu v riadiacom obvode ovplyvní spoľahlivosť zariadenia, takže niekedy musia vývojári zvoliť tyristory samostatne pre každý obvod. V opačnom prípade by na otvorenie nízkoprúdového tyristora muselo byť jeho anódové napätie v tom momente vysoké, čo by viedlo k škodlivému nárazovému prúdu a rušeniu.

Nedostatok riadenia podľa najjednoduchšej schémy opísanej vyššie je zrejmý: existuje trvalé galvanické spojenie riadiaceho obvodu s elektrickým obvodom. Triaky v niektorých obvodoch umožňujú pripojenie jednej zo svoriek riadiaceho obvodu k nulovému vodiču. SCR umožňujú takéto riešenie len pridaním diódového mostíka do záťažového obvodu.

V dôsledku toho sa výkon dodávaný do záťaže zníži na polovicu, pretože napätie sa do záťaže privádza len v jednej z periód sínusoidy siete. V praxi sa stretávame so skutočnosťou, že obvody s tyristorovým riadením jednosmerného prúdu bez galvanického oddelenia uzlov sa takmer vôbec nepoužívajú, okrem prípadov, keď sa riadenie z nejakého dobrého dôvodu musí vykonávať týmto spôsobom.

Bežné riešenie tyristorového riadenia je, kde sa napätie privádza na hradlovú elektródu priamo z anódy cez odpor zatvorením spínača na niekoľko mikrosekúnd. Kľúčom tu môže byť vysokonapäťový bipolárny tranzistor, malé relé alebo fotorezistor.

Tento prístup je prijateľný pri relatívne vysokom anódovom napätí, je pohodlný a jednoduchý, aj keď záťaž obsahuje reaktívnu zložku. Existuje však aj nevýhoda: nejednoznačné požiadavky na odpor obmedzujúci prúd, ktorý musí mať malú nominálnu hodnotu, aby sa tyristor pri prvom zapnutí zapol bližšie k začiatku polcyklu sínusovej vlny, nie pri nulovom napätí siete (pri absencii synchronizácie), môže k nemu prísť aj 310 voltov, ale prúd cez spínač a cez riadiacu elektródu tyristora by nemal prekročiť maximálne prípustné hodnoty.

Samotný tyristor sa otvorí na napätie Uop = Iop * Rlim. V dôsledku toho bude vznikať šum a napätie záťaže sa mierne zníži.Vypočítaný odpor rezistora Rlim sa zníži o hodnotu odporu záťažového obvodu (vrátane jeho indukčnej zložky), ktorý je náhodou zapojený do série so zát. odpor v čase zapnutia.

Ale v prípade vykurovacích zariadení sa berie do úvahy skutočnosť, že v studenom stave je ich odpor desaťkrát menší ako v pracovnom vyhrievanom. Mimochodom, vzhľadom na skutočnosť, že v triakoch sa zapínací prúd pre kladné a záporné polvlny môže mierne líšiť, na záťaži sa môže objaviť malá konštantná zložka.

Čas zapnutia SCR zvyčajne nie je dlhší ako 10 μs, preto pre hospodárne riadenie výkonu záťaže možno použiť sled impulzov s pracovným cyklom 5, 10 alebo 20 pre frekvencie 20, 10 a 5 kHz, resp. Výkon sa zníži 5 až 20-krát.

Nevýhoda je nasledujúca: tyristor sa môže zapnúť a nie na začiatku polovice cyklu.Je plná vĺn a hluku. A predsa, aj keď k zapnutiu dôjde tesne pred začiatkom nárastu napätia z nuly, v tomto momente prúd riadiacej elektródy ešte nemusí dosiahnuť udržiavaciu hodnotu, potom sa tyristor vypne ihneď po ukončení pulz.

Výsledkom je, že tyristor sa najprv na krátke intervaly zapína a vypína, až nakoniec prúd nadobudne sínusový tvar. Pri záťaži s indukčnou zložkou nemusí prúd dosiahnuť prídržnú hodnotu, čo znamená nižšiu hranicu trvania riadiacich impulzov a spotreba energie sa veľmi nezníži.

Oddelenie riadiaceho obvodu od siete je zabezpečené takzvaným impulzným štartom, ktorý možno jednoducho vykonať inštaláciou malého izolačného transformátora na feritový krúžok s priemerom menším ako 2 cm. Dôležité je, aby izolačné napätie takéhoto transformátora by mala byť vysoká, a nie len ako akýkoľvek priemyselný pulzný transformátor...

Aby sa výrazne znížil výkon potrebný na ovládanie, bude potrebné siahnuť po presnejšom riadení. Hradlový prúd musí byť vypnutý rovnako ako je zapnutý tyristor. Keď je spínač zatvorený, tyristor sa zapne a keď tyristor začne viesť prúd, mikroobvod prestane dodávať prúd cez riadiacu elektródu.

Tento prístup skutočne šetrí energiu potrebnú na pohon tyristora. Ak je spínač momentálne zatvorený, anódové napätie stále nestačí, tyristor sa mikroobvodom neotvorí (napätie by malo byť o niečo vyššie ako polovica napájacieho napätia mikroobvodu). Zapínacie napätie je nastaviteľné výber oddeľovacích odporov.

Na ovládanie triaku týmto spôsobom je potrebné sledovať polaritu, takže do obvodu je pridaný blok dvojice tranzistorov a troch odporov, ktorý fixuje moment, keď napätie prekročí nulu. Zložitejšie schémy sú nad rámec tohto článku.