Principes van thyristor- en triacregeling

Laten we beginnen met de eenvoudigste schema's. In het eenvoudigste geval is het voldoende om een ​​thyristor aan te sturen door kortstondig een constante stroom van een bepaalde waarde aan de stuurelektrode toe te voeren. Het mechanisme voor het leveren van deze stroom kan schematisch worden weergegeven door een schakelaar voor te stellen die sluit en stroom levert, zoals de eindtrap van een chip of transistor.

Dit is een ogenschijnlijk eenvoudige methode, maar de kracht van het besturingssignaal moet hier significant zijn. Dus onder normale omstandigheden moet deze stroom voor de triac KU208 minimaal 160 mA zijn en voor de trinistor KU201 minimaal 70 mA. Dus bij een spanning van 12 volt en een gemiddelde stroom van bijvoorbeeld 115 mA zal het stuurvermogen nu 1,4 W zijn.

De polariteitsvereisten van het stuursignaal zijn als volgt: de SCR vereist een stuurspanning die positief is ten opzichte van de kathode, en de triac (gebalanceerde thyristor) vereist dezelfde polariteit als de anodestroom, of negatief voor elk van de halve cycli .

De stuurelektrode van de triac is niet overbrugd, de trinistor wordt gemanipuleerd met een weerstand van 51 ohm.Moderne thyristors hebben steeds minder stuurstroom nodig, en heel vaak kun je circuits vinden waar de stuurstroom van SCR's wordt teruggebracht tot ongeveer 24 mA, en voor triacs tot 50 mA.

Het kan gebeuren dat een sterke afname van de stroom in het stuurcircuit de betrouwbaarheid van het apparaat beïnvloedt, dus soms moeten ontwikkelaars voor elk circuit afzonderlijk thyristors kiezen. Anders zou de anodespanning op dat moment hoog moeten zijn om de thyristor met lage stroomsterkte te openen, wat zou leiden tot schadelijke inschakelstroom en interferentie.

Het gebrek aan regeling volgens het eenvoudigste hierboven beschreven schema ligt voor de hand: er is een permanente galvanische verbinding van het stuurcircuit met het elektrische circuit. Met triacs in sommige circuits kan een van de terminals van het stuurcircuit worden aangesloten op de neutrale draad. SCR's maken een dergelijke oplossing alleen mogelijk door een diodebrug aan het belastingscircuit toe te voegen.

Als resultaat wordt het aan de belasting geleverde vermogen gehalveerd omdat de spanning aan de belasting wordt geleverd in slechts één van de perioden van de sinusgolf van het net. In de praktijk hebben we het feit dat circuits met thyristorbesturing van gelijkstroom zonder galvanische scheiding van knooppunten bijna nooit worden gebruikt, behalve wanneer de besturing om de een of andere goede reden op deze manier moet worden uitgevoerd.

Een gebruikelijke thyristorbesturingsoplossing is waar de spanning rechtstreeks vanaf de anode via een weerstand op de poortelektrode wordt aangelegd door de schakelaar enkele microseconden te sluiten. De sleutel hier kan een bipolaire hoogspanningstransistor, een klein relais of een fotoresistor zijn.

Deze aanpak is acceptabel bij een relatief hoge anodespanning, het is handig en eenvoudig, zelfs als de belasting een reactieve component bevat. Maar er is ook een nadeel: dubbelzinnige vereisten voor de stroombegrenzende weerstand, die klein moet zijn in nominale waarde, zodat de thyristor dichter bij het begin van de halve cyclus van de sinusgolf wordt ingeschakeld wanneer deze voor het eerst wordt ingeschakeld, niet bij nul netspanning (bij afwezigheid van synchronisatie), kan er ook 310 volt komen, maar de stroom door de schakelaar en door de stuurelektrode van de thyristor mag de maximaal toegestane waarden daarvoor niet overschrijden.

De thyristor zelf zal openen tot de spanning Uop = Iop * Rlim. Hierdoor zal ruis optreden en zal de belastingsspanning iets afnemen.De berekende weerstand van de weerstand Rlim wordt verminderd met de waarde van de weerstand van het belastingscircuit (inclusief zijn inductieve component), die toevallig in serie is geschakeld met de weerstand bij het inschakelen.

Maar in het geval van verwarmingsapparaten wordt er rekening mee gehouden dat hun weerstand in koude toestand tien keer minder is dan in een werkende verwarmde. Trouwens, vanwege het feit dat in triacs de inschakelstroom voor positieve en negatieve halve golven enigszins kan verschillen, kan er een kleine constante component op de belasting verschijnen.

De inschakeltijd van de SCR is meestal niet meer dan 10 μs, daarom kan voor een economische regeling van het belastingsvermogen een pulsreeks met een inschakelduur van 5, 10 of 20 worden toegepast voor frequenties van 20, 10 en 5 respectievelijk kHz. Het vermogen zal van 5 naar 20 keer afnemen.

Het nadeel is het volgende: de thyristor kan inschakelen, en niet aan het begin van de halve cyclus.Het zit vol met golven en lawaai. En toch, zelfs als de inschakeling plaatsvindt vlak voor het begin van de spanningsstijging van nul, op dit moment kan de stroom van de stuurelektrode de houdwaarde nog niet bereiken, dan zal de thyristor onmiddellijk na het einde van de spanning uitschakelen pols.

Hierdoor zal de thyristor eerst met korte tussenpozen aan en uit gaan totdat de stroom uiteindelijk een sinusvorm aanneemt. Voor belastingen met een inductieve component bereikt de stroom mogelijk niet de houdwaarde, wat een ondergrens oplegt aan de duur van de stuurpulsen, en het stroomverbruik zal niet veel afnemen.

De scheiding van het stuurcircuit van het netwerk wordt verzorgd door de zogenaamde impulsstart, die eenvoudig kan worden uitgevoerd door een kleine scheidingstransformator te installeren op een ferrietring met een diameter van minder dan 2 cm. Het is belangrijk dat de isolatiespanning van zo'n transformator moet hoog zijn, en niet zoals elke industriële pulstransformator...

Om het voor de besturing benodigde vermogen aanzienlijk te verminderen, zal het nodig zijn om toevlucht te nemen tot een nauwkeurigere besturing. De poortstroom moet worden uitgeschakeld net zoals de thyristor is ingeschakeld. Wanneer de schakelaar gesloten is, wordt de thyristor ingeschakeld en wanneer de thyristor stroom begint te geleiden, stopt de microschakeling met het leveren van stroom door de stuurelektrode.

Deze aanpak bespaart echt de energie die nodig is om de thyristor aan te drijven. Als de schakelaar momenteel gesloten is, is de anodespanning nog steeds niet voldoende, de thyristor wordt niet geopend door de microschakeling (de spanning moet iets meer zijn dan de helft van de voedingsspanning van de microschakeling). De inschakelspanning is instelbaar selectie van ontkoppelingsweerstanden.

Om de triac op deze manier te besturen, is het noodzakelijk om de polariteit te volgen, dus wordt een blok van een paar transistoren en drie weerstanden aan het circuit toegevoegd, dat het moment vastlegt waarop de spanning nul overschrijdt. Complexere schema's vallen buiten het bestek van dit artikel.