Capitolul 5 5. TIRISTORUL ŞI TRIACUL

Transcript

1 Capiolul 5 5. TIRISTORUL ŞI TRIACUL Tirisorul ese un dispoziiv semiconducor cu o srucură pnpn (dispuse alernaiv), care are rei elecrozi (erminale) numiţi anod (A), caod (K) şi grilă (G) sau poară (fig. 5.1). Fig Tensiunile care se aplică irisorului şi curenţii prin acesa se araă în figura 5.2. i A A G i G u AK u GK K K Fig

2 5.1. Caracerisica saică şi funcţionarea irisorului Caracerisica saică a irisorului sau caracerisica curen-ensiune se araă în figura 5.3. i A i G2 > i G1 i H i G2 i G1 i G =0 u AK u sr Fig Caracerisica corespunzăoare polarizării direce (u AK >0) prezină un curen i A foare mic corespunzăor sării de blocare a irisorului, până la o valoare criică a ensiunii u AK =u sr (numiă ensiune de srăpungere sau de aprindere a irisorului). După aingerea acesei valori irisorul basculează înr-o sare de conducţie caracerizaă prin ensiune la borne foare mică şi curen i A limia numai de circuiul exerior irisorului. Valoarea ensiunii de aprindere a irisorului ese conrolaă cu ajuorul curenului de comandă i G injeca în grilă, fiind cu aâ mai mică cu câ i G ese mai mare. Grila irisorului are rol numai în declanşarea aprinderii irisorului, urmând ca după amorsarea conducţiei irisorului, grila să nu mai influenţeze cu nimic sarea dispoziivului. Conducţia irisorului înceează numai dacă valoarea curenului i A scade sub valoarea curenului de menţinere (holding) i H. Operaţia de amorsare a irisorului ese asemănăoare cu amorsarea unei pompe de apă aspiraoare. Penru ca pompa să ragă apă, rebuie mai înâi să inroducem apă în corpul pompei, penru a înlăura aerul. 50

3 Duraa de imp câ se aplică curenul de comandă i G rebuie să fie suficien de mare (ipică de câeva zeci de microsecunde) penru a permie curenului anodic i A să depăşească valoarea de menţinere i H, deci irisorul să inre în conducţie. De asemenea, circuiul de comandă al irisorului rebuie să furnizeze o puere insananee suficienă penru ca aprinderea irisorului să fie sigură. Penru o polarizare inversă (u AK <0) irisorul rămâne bloca. Caracerisica corespunzăoare polarizării inverse a irisorului ese asemănăoare cu cea a unei joncţiuni pn polarizaă invers. Trecerea irisorului din sarea de conducţie (aprins) în sarea de blocare (sins) se poae realiza în două moduri: 1. înreruperea curenului i A anod-caod (ensiunea u AK ajunge la zero sau rece prin zero spre valoarea negaivă); 2. micşorarea curenului i A sub valoarea curenului de menţinere i H, fără inversarea polariăţii ensiunii u AK. Se consaă că irisorul se poae afla în impul funcţionării în două sări posibile: sarea de conducţie şi sarea de blocare. Un irisor poae conduce numai înr-un singur sens. El poae să conducă numai aunci când ensiunea anod-caod ese poziivă. Ori de câe ori ensiunea anod-caod ese negaivă, irisorul va rămâne bloca, indiferen dacă se aplică sau nu impulsuri de comandă înre grilă şi caod Srucura şi schema echivalenă a unui irisor Realizarea consrucivă a irisorului ca dispoziiv elecronic cu srucură pnpn ese prezenaă în figura 5.4 a. Se consaă că irisorul poae fi privi ca fiind forma din două ranzisoare complemenare (unul pnp şi celălal npn), conecae înre ele conform schemei echivalene din figura 5.4 b. Fiecare ranzisor are baza legaă cu colecorul celuilal. Aspecul caracerisicii saice la i G = 0 se poae explica şi cu ajuorul schemei echivalene. Asfel, daoriă modului de conecare a celor două ranzisoare, se consaă că la o creşere a curenului i C1 = i B2 se realizează o creşerere de β 2 ori mai mare a lui i C2 = i B1, care provoacă o mărire în coninuare 51

4 a lui i C1 de β 1 β 2 ori faţă de valoarea iniţială, şi aşa mai depare. (Se cunoaşe că penru ranzisorul bipolar cu joncţiuni ese valabilă relaţia i C = β i.) Prin urmare, pe bucla care se deschide înre cele două colecoare şi baze, apariţia unei perurbaţii poae duce la un proces în avalanşă în urma căruia ambele ranzisoare se vor afla în final în conducţie (sauraţie). B a) b) Fig Dacă i G = 0, la ensiuni mici şi medii curenţii reziduali care srăba srucura sun foare mici, ceea ce face ca facorii de amplificare în curen ai celor două ranzisoare să aibă valori scăzue, amplificarea pe bucla descrisă să fie subuniară şi recerea în conducţie să fie deci imposibilă. Mărind însă subsanţial ensiunea u AK, are loc procesul de muliplicare în avalanşă al purăorilor de sarcină, în urma căruia creşe curenul prin srucură şi amplificarea pe buclă devine suprauniară. În aces mod srucura comuă în sarea de conducţie. Rezulă că irisorul ese un dispoziiv comanda în curen. Modul de lucru normal al irisorului ese urmăorul: se aplică înre anod şi caod o ensiune u AK < u sr şi în momenul în care se doreşe inrarea în conducţie (aprindere), se injecează un curen i G prin grilă. Blocarea (singerea) risorului se realizează prin înreruperea curenului anod-caod (ensiunea ajunge la zero sau rece prin zero spre valoarea negaivă). După ce irisorul s-a deschis (conduce), ensiunea U A nu influenţează funcţionarea sa. Aceasa ese deosebirea esenţială înre rolul grilei unui irisor 52

5 (de comandă a inrării în conducţie) şi rolul juca de baza unui ranzisor (de conrol a valorii curenului de colecor) Transferul conrola al puerii căre o sarcină cu ajuorul irisorului Caniaea de energie elecrică ransferaă de la o sursă de curen alernaiv e = E sinω căre o sarcină (consumaor) poae fi conrolaă cu ajuorul unui irisor inerpus înre sursă şi sarcină (fig. 5.5). i A i A i G e ~ Circui de comandă a grilei irisorului R i G 1 T 2 T 1 +T 3T 2 Fig Circuiul de comandă al grilei irisorului furnizează impulsuri de comandă în momenele sarcină ese T 1 + kt 0 < 1 <. Valoarea medie a curenului prin 2 I T 2 1 E = sinω d f ( 1) (5.1) T R med = 1 Dacă 1 0, curenul inde căre valoarea maximă ( ) I med E max = (5.2) πr 53

6 T şi de asemenea puerea inde căre maximul său. Aunci când 1, 2 şi puerea ransferaă sarcinii inde căre zero. I med 0 În aplicaţiile indusriale care folosesc irisoare, cea mai răspândiă ehnică de comandă a irisoarelor ese cu ajuorul circuielor inegrae specializae acesui scop. Exemplul cel mai cunoscu ese circuiul inegra UAA 145 (sau circuiul inegra românesc βa 145). Ale circuie de comandă pe grilă a irisoarelor sun prezenae în [? DCE, T. Dănilă] Triacul Prezenare generală Tirisorul ese un dispoziiv elecronic cu conducţie comandaă unilaerală (de la anod la caod). În mule aplicaţii ese nevoie de un dispoziiv similar, dar care să prezine conducţie bilaerală comandaă, penru a se puea uiliza ambele alernanţe ale ensiunii alernaive. Aceasa se realizează punând două irisoare în paralel inversae (aniparalel), formându-se asfel un dispoziiv denumi riac. A Fig

7 Noţiunea de anod A şi caod K îşi po pierde sensul în cazul riacului şi în locul lor se poae folosi noţiunea de erminalul 1 şi erminalul 2. Triacul poae fi recu în sare de conducţie penru ensiuni poziive câ şi penru ensiuni negaive, aplicae înre erminalul 1 (A) şi erminalul 2 (K). Simbolul şi caracerisica saică a riacului sun prezenae în figura 5.6. Fig În figura 5.7 se araă inervalele de imp câ riacul conduce sau ese bloca penru semialernanţele poziive sau negaive ale ensiunii alernaive aplicae înre erminalele 1 şi 2 ale riacului. Un riac, aunci când ese deschis, suporă înre erminalele 1 (A) şi 2 (K) curenţi mari cu inensiăţi de ordinul amperilor sau zecilor de amperi. Triacul, aunci când ese închis, suporă înre erminalele 1 (A) şi 2 (K) ensiuni de ordinul suelor de volţi. Aunci când riacul ese închis (bloca), rezisenţa elecrică înre erminalele de puere A şi K ese foare mare. Rezisenţa elecrică înre erminalele de puere A şi K ese foare mică aunci când riacul ese deschis. Inrarea în conducţie a unui riac se obţine prin aplicarea unor impulsuri de ensiune înre grila de comandă G şi unul dinre erminalele A sau K Aplicaţii ale riacului Comanda unei lămpi elecrice Aplicaţia, conform [E. Gh. Bisriceanu, Inroducere în elecronică şi aplicaţiile ei, 1996] ilusrează o posibiliae de folosire a riacului. Uiliaea 55

8 pracică a schemei din figura 5.8 ese redusă, însă daoriă simpliăţii ese recomandaă penru înţelegerea funcţionării riacului. B H u EF ~ R A G K Fig. 5.8 Lampa H va fi sinsă aunci când riacul ese închis (bloca) şi va fi aprinsă aunci când riacul ese deschis (în conducţie). Dacă ensiunea de alimenare u EF creşe în valoare absoluă pese o anumiă limiă, aunci ensiunea dinre grilă şi caod devine suficien de mare penru a aduce în conducţie riacul. Tensiunea dinre grilă şi caod depinde de rezisenţa inernă a lămpii elecrice, de valoarea rezisenţei R şi de rezisenţa grilă - caod a riacului. Rezisorul R are rolul de a limia ensiunea înre grila şi caodul riacului. Triacul va fi bloca aunci când nu are aplicaă ensiune de comandă înre grilă G şi caod K. Blocarea riacului se păsrează aâ imp câ buonul B nu ese apăsa (are conacul deschis). Tensiunea alernaivă u EF va aprinde lampa H aunci când buonul B ese apăsa şi riacul rece în sarea de conducţie daoriă ensiunii de comandă aplicae înre grilă şi caod. Schema din figura 5.8 se poae folosi şi penru verificarea sării de funcţionare a riacelor. În aces caz, înre bornele E şi F se aplică ensiune coninuă. Procedura de verificare a riacelor şi funcţionarea schemei se prezină în coninuare. Se aplică o ensiune coninuă U EF >0 şi lampa H va rămâne sinsă până când se va închide conacul buonului B. Din aces momen lampa se aprinde şi 56

9 va rămâne aprinsă şi după deschiderea conacului buonului B. Se deconecează sursa de ensiune coninuă de la bornele E şi F şi se conecează la aceleaşi borne invers. Acum ensiunea coninuă aplicaă înre E şi F va fi negaivă. Lampa H va fi sinsă până când se apasă buonul B; din aces momen becul se aprinde şi rămâne aprins şi după eliberarea buonului B (deschiderea conacului buonului). Singerea lămpii H se obţine prin deconecarea sursei de ensiune coninuă Comanda unui moor elecric de curen alernaiv Schema elecronică penru comanda unui moor elecric de curen alernaiv monofaza cu ajuorul riacului se prezină în figura V, 50Hz i L Transformaor de reţea M Moor 230V, 50Hz A INHB IN Circui de formare a impulsurilor de comandă OUT u GK G K N GND Moorul se alimenează cu energie elecrică de la reţeaua monofazaă cu ensiunea de 230 V, prin inermediul riacului, care rece în sarea de conducţie. Oprirea moorului se realizează prin recerea riacului în sarea bloca. Un circui de comandă pe grilă a riacului formează impulsurile de comandă care deschid riacul. Circuiul de formare a impulsurilor de comandă are nevoie de ensiunea alernaivă a reţelei (obţinuă cu ajuorul ransformaorului coborâor de ensiune) penru a produce impulsuri de comandă sincronizae cu reţeaua. Aces 57

10 circui sesizează recerile prin zero ale ensiunii reţelei şi produce câe un impuls de comandă după fiecare recere prin zero a ensiunii de reţea. u u GK i Fig Înre momenul anulării ensiunii de reţea şi momenul apariţiei impulsului de comandă ese inervalul de imp Δ care ese reglabil. Mărimea inervalului de imp Δ depinde de valoarea ensiunii aplicae înre inrarea IN şi puncul de masă al circuiului. Inervalul de imp Δ poae avea şi valoarea egală cu zero, caz în care se emie câe un impuls de comandă la fiecare recere prin zero a ensiunii de reţea. În aces caz, aâ imp câ impulsurile de comandă sun aplicae pe grila riacului, moorul funcţionează ca şi cum ar fi coneca direc la reţea. Impulsurile de la borna OUT a circuiului de formare a impulsurilor de comandă po dispare (po fi inhibae) dacă inrarea noaă INHB are poenţialul egal cu zero volţi. Aceasă funcţie a circuiului de comandă ese uilă penru oprirea sau pornirea mooarelor elecrice. De exemplu, moorul unui hidrofor porneşe aunci când presiunea apei din insalaţia de alimenare cu apă scade la presiunea minimă p min şi funcţionează până când presiunea a crescu până la valoarea maximă p max. În aces momen moorul rebuie să se oprească şi va porni din nou aunci când presiunea va scădea din nou la valoarea p min. Rezulă 58

11 că impulsurile de comandă rebuie să fie inhibae în inervalul de imp câ presiunea apei ese cuprinsă înre p min şi p max.. Precizare: prin modificarea inervalului de imp Δ se variază uraţia mooarelor elecrice de curen alernaiv şi, implici, puerea absorbiă de moor din reţeaua elecrică. 59