Řízení střídavého proudu tyristory a triaky

Řízení střídavého proudu tyristory a triaky

Střídavý proud lze téměř bezeztrátově řídit elektronickými spínači, mezi které patří tyristory a triaky. Tyto součástky obsahují polovodičové pře­chody, které lze prostřednictvím řídicí elektrody v požadovaném okamžiku uvést z nevodivého stavu do stavu vodivého. Tento vodivý stav samočinně zaniká, zmenší-li se proud, který součástkou prochází, pod určitou hodnotu. Zaniká tedy vždy při průchodu střídavého proudu hodnotou blízkou nule.

Tyto polovodičové součástky našly hlavní použití v řízení střídavého proudu. Proto se uplatňují i při řízení proudu v běžných domácích spotře­bičích. Řidí svit žárovek, příkon topných těles, otáčky motorů atd.

Rozdíl mezi tyristorem a triakem je v tom, že tyristor je vnitřní struktu­rou jednodušší a umožňuje spínat proud pouze v jednom směru. Na obr. 53a je schematické znázornění tyristoru v obvodu spotřebiče a na obr. 53b je průběh proudu, který tímto spotřebičem prochází. Tyristor je v okamžiku i spínán z řídicího obvodu impulsem do řídicí elektrody G. Z toho vyplývá, že řídicími impulsy, které fázově posouváme vzhledem k průběhu síťového

napětí, lze řídit proud v rozsahu O až 50 % maximální hodnoty. Aby bylo možné řídit proud v celém rozsahu, tedy od O % do 100 %, je nutné použít dva tyristory se dvěma řídicími obvody (obr. 54a) nebo můstkové zapojení s diodami (např. podle obr. 55), kde tyristor spíná v obou polovinách periody síťového napětí. Idealizovaný průběh proudu procházejícího spotřebičem je na obr. 54b.

Triak umožňuje spínání v obou polovinách period síťového napětí. Jeho schematické znázornění a zapojení v obvodu zátěže je na obr. 56a. Idealizo­vaný průběh proudu je na obr. 56b.

Řídicí obvod přivádí na řídicí elektrodu spínací impuls nebo série spína­cích impulsů. Celo impulsů musí odpovídat požadovanému úhlu fázového řízení spínače. Řídicí obvod musí být schopen posouvat tyto impulsy v roz­sahu požadovaného řízení výkonu do zátěže. Vstupní veličinou řídicího ob­vodu je napětí z potenciometru nebo napětí z regulačního obvodu.

Hlavním problémem při návrhu řídicího obvodu je zajištění spolehlivého sepnutí spínací součástky v potřebné době.

Energie impulsů do řídicí elektrody musí být dostatečně velká a nesmí docházet k posouvání impulsů vlivem značného rušení, které při řízení těmito spínacími součástkami vzniká.

Řízení výkonu v odporové zátěži není provázeno žádnými problémy. Při zátěži indukčního charakteru dochází k zákmitům, jejichž vlivem může spínací součástka sepnutý obvod rozepnout, a narušit tak jeho činnost. Teoretické rozbory v takovém případě připouštějí pouze určitý rozsah spolehlivého řízení výkonu.

Voltampérová charakteristika triaku (obr. 57) je souměrná podle počátku. Je složena ze dvou charakteristik tyristorů, přiložených zrcadlově k sobě.

Ve skutečnosti se obě charakteristiky od sebe mírně liší a také se liší proud vstupující do řídicí elektrody, potřebný k sepnutí kladné a záporné poloviny periody.

Je-li na triaku mezivrcholové střídavé napětí menší, než je napětí U_D, neprochází do zátěže žádný proud. Přivedeme-li na řídicí elektrodu G napětí U_GT (spínací napětí řídicí elektrody), triak sepne a chová se jako dioda v pří­mém směru.

Pro spínání tyristorů a triaků se používají speciální součástky — diaky. Voltampérová charakteristika diaku je na obr. 58. V určité oblasti této charakteristiky je diferenciální odpor diaku záporný. Zvětší-li se napětí na diaku nad hodnotu U_B0,, prochází diakem proud, jehož velikost určují vnější součástky obvodu. Použití diaku je patrné ze zapojení obvodu pro řízení proudu spotřebičem na obr. 59.

Na kondenzátoru je napětí, které je fázové posunuto oproti napětí na triaku. Velikost fázového posunutí lze měnit potenciometrem R_2. Má-li napětí na tomto kondenzátoru velikost součtu napětí U_BO diaku a U_GT tria­ku, vybije se část energie nahromaděné v kondenzátoru do řídicí elektrody triaku, který sepne. V následující polovině periody se děj opakuje, avšak proudy procházejí v opačném směru.

Při sepnutí tyristorů nebo triaku se vedením šíří poměrně značné rušení, které by mohlo ohrozit správnou funkci obvodu a rušit příjem rozhlasových přijímačů. Proto je nutné do obvodu zařadit odrušovací filtr.