Tyristori- ja triac-ohjauksen periaatteet

Aloitetaan yksinkertaisimmista kaavoista. Yksinkertaisimmassa tapauksessa tyristorin ohjaamiseksi riittää, että syötetään hetkellisesti tietyn arvon vakiovirta sen ohjauselektrodille. Tämän virran syöttömekanismi voidaan esittää kaavamaisesti kuvaamalla kytkintä, joka sulkee ja syöttää tehoa, kuten sirun tai transistorin lähtöaste.

Tämä on näennäisesti yksinkertainen menetelmä, mutta tässä ohjaussignaalin tehon on oltava merkittävä. Joten normaaleissa olosuhteissa triac KU208:lle tämän virran tulisi olla vähintään 160 mA ja trinistorille KU201 sen tulisi olla vähintään 70 mA. Näin ollen 12 voltin jännitteellä ja esimerkiksi 115 mA:n keskivirralla ohjausteho on nyt 1,4 W.

Ohjaussignaalin polariteettivaatimukset ovat seuraavat: SCR vaatii ohjausjännitteen, joka on positiivinen suhteessa katodiin, ja triac (balansoitu tyristori) vaatii saman polariteetin kuin anodivirta tai negatiivinen jokaiselle puolijaksolle .

Triakin ohjauselektrodia ei ole ohitettu, trinistoria käsitellään 51 ohmin vastuksella.Nykyaikaiset tyristorit vaativat yhä vähemmän ohjausvirtaa, ja hyvin usein löytyy piirejä, joissa SCR:ien ohjausvirta pienennetään noin 24 mA:iin ja triackien 50 mA:iin.

Voi tapahtua, että ohjauspiirin virran jyrkkä lasku vaikuttaa laitteen luotettavuuteen, joten joskus kehittäjien on valittava tyristorit erikseen jokaiselle piirille. Muutoin pienvirtatyristorin avaamiseksi sen anodijännitteen tulisi olla korkea sillä hetkellä, mikä johtaisi haitalliseen käynnistysvirtaan ja häiriöön.

Ohjauksen puute yllä kuvatun yksinkertaisimman kaavion mukaan on ilmeinen: ohjauspiirissä on pysyvä galvaaninen yhteys sähköpiiriin. Joidenkin piirien triacit mahdollistavat yhden ohjauspiirin liittimistä kytkemisen nollajohtimeen. SCR:t mahdollistavat tällaisen ratkaisun vain lisäämällä kuormituspiiriin diodisillan.

Tämän seurauksena kuormaan syötetty teho puolittuu, koska kuormaan syötetään jännitettä vain yhdessä verkon siniaallon jaksoista. Käytännössä meillä on se tosiasia, että tasavirran tyristoriohjattuja piirejä ilman solmujen galvaanista eristystä ei käytetä lähes koskaan, paitsi jos ohjaus jostain hyvästä syystä on suoritettava tällä tavalla.

Yleinen tyristoriohjausratkaisu on se, että hilaelektrodille syötetään jännite suoraan anodista vastuksen kautta sulkemalla kytkin muutamaksi mikrosekunniksi. Avain tässä voi olla korkeajännitteinen bipolaarinen transistori, pieni rele tai valovastus.

Tämä lähestymistapa on hyväksyttävä suhteellisen korkealla anodijännitteellä, se on kätevä ja yksinkertainen, vaikka kuorma sisältää reaktiivisen komponentin. Mutta on myös haittapuoli: epäselvät vaatimukset virtaa rajoittavalle vastukselle, jonka nimellisarvon on oltava pieni, jotta tyristori kytkeytyy päälle lähempänä siniaallon puolijakson alkua, kun se käynnistetään ensimmäisen kerran, ei nollaverkkojännitteellä (synkronoinnin puuttuessa), siihen voi tulla myös 310 volttia, mutta virta kytkimen ja tyristorin ohjauselektrodin kautta ei saa ylittää niille sallittuja enimmäisarvoja.

Tyristori itse avautuu jännitteelle Uop = Iop * Rlim. Tämän seurauksena syntyy kohinaa ja kuormitusjännite pienenee hieman Vastuksen Rlim laskennallista resistanssia pienentää kuormituspiirin (mukaan lukien sen induktiivinen komponentti) resistanssin arvo, joka sattuu olemaan kytkettynä sarjaan vastus päälle kytkemisen yhteydessä.

Mutta lämmityslaitteiden tapauksessa otetaan huomioon se, että kylmässä tilassa niiden vastus on kymmenen kertaa pienempi kuin toimivassa lämmitetyssä. Muuten, koska triaceissa positiivisten ja negatiivisten puoliaaltojen käynnistysvirta voi vaihdella hieman, kuormaan voi ilmestyä pieni vakiokomponentti.

SCR:n käynnistysaika on yleensä korkeintaan 10 μs, joten taloudellista kuormituksen tehonsäätöä varten voidaan käyttää pulssijonoa, jonka käyttöjakso on 5, 10 tai 20 taajuuksille 20, 10 ja 5 kHz. Teho laskee 5-20 kertaa.

Haittana on seuraava: tyristori voi käynnistyä, eikä puolijakson alussa.Se on täynnä aaltoja ja melua. Ja silti, vaikka päällekytkentä tapahtuu juuri ennen jännitteen nousun alkua nollasta, tällä hetkellä ohjauselektrodin virta ei ehkä vielä saavuta pitoarvoa, niin tyristori sammuu heti jännitteen päätyttyä. pulssi.

Tämän seurauksena tyristori kytkeytyy ensin päälle ja pois päältä lyhyiksi väliajoiksi, kunnes lopulta virta saa sinimuotoisen muodon. Kuormilla, joissa on induktiivinen komponentti, virta ei välttämättä saavuta pitoarvoa, mikä asettaa alarajan ohjauspulssien kestolle, eikä virrankulutus juurikaan pienene.

Ohjauspiirin erottaminen verkosta saadaan aikaan ns. impulssikäynnistyksellä, joka on helppo toteuttaa asentamalla pieni erotusmuuntaja halkaisijaltaan alle 2 cm ferriittirenkaaseen. On tärkeää, että eristysjännite Tällaisen muuntajan pitäisi olla korkea, eikä niin kuin minkä tahansa teollisuuspulssimuuntajan...

Ohjaukseen tarvittavan tehon vähentämiseksi merkittävästi on turvauduttava tarkempaan ohjaukseen. Hilavirta on kytkettävä pois päältä samalla tavalla kuin tyristori kytketään päälle. Kun kytkin suljetaan, tyristori kytkeytyy päälle, ja kun tyristori alkaa johtaa virtaa, mikropiiri lopettaa virran syöttämisen ohjauselektrodin kautta.

Tämä lähestymistapa todella säästää tyristorin käyttämiseen tarvittavaa energiaa. Jos kytkin on tällä hetkellä kiinni, anodijännite ei vieläkään riitä, mikropiiri ei avaa tyristoria (jännitteen tulee olla hieman yli puolet mikropiirin syöttöjännitteestä). Päällekytkentäjännite on säädettävissä irrotusvastusten valinta.

Triakin ohjaamiseksi tällä tavalla on tarpeen seurata napaisuutta, joten piiriin lisätään parin transistorin ja kolmen vastuksen lohko, joka kiinnittää hetken, jolloin jännite ylittää nollan. Monimutkaisemmat suunnitelmat eivät kuulu tämän artikkelin piiriin.