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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Commutazione della tensione di rete tramite triac. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Orologi, temporizzatori, relè, interruttori di carico Nella pratica radioamatoriale, molto spesso si deve affrontare il problema della commutazione della tensione di rete CA. In precedenza, per accendere e spegnere il carico di rete venivano utilizzati relè elettromagnetici, ma come il tempo ha dimostrato, questo non è il metodo più affidabile: i contatti dei relè sono molto soggetti a usura, soprattutto se utilizzati in circuiti CA e soprattutto con un carico induttivo . Inoltre, per accendere utenze potenti, sono necessari relè di grandi dimensioni con una corrente di controllo significativa nell'avvolgimento. Fortunatamente, la moderna base degli elementi consente di utilizzare solo dispositivi a semiconduttore, senza utilizzare quelli elettromeccanici. Pertanto, è molto conveniente commutare vari carichi di rete utilizzando i triac. Questi dispositivi a semiconduttore consentono, sotto l'influenza di potenze di controllo dell'ordine di 40-50 mW, di commutare un carico di rete fino a decine di kilowatt (a seconda del tipo di dispositivo). Successivamente, considereremo le soluzioni circuitali più convenienti per il controllo dei triac. I principi generali per il controllo di un triac sono più o meno gli stessi dei tiristori convenzionali: se una corrente continua da poche a decine di milliampere scorre attraverso l'elettrodo di controllo nel catodo del tiristore, non appena una differenza di potenziale di circa 1.2- 1.5 V si forma tra l'anodo e il catodo del tiristore, si apre e rimane nello stato aperto finché la corrente che lo attraversa non diminuisce quasi a zero (più precisamente, alla corrente di mantenimento). È un po’ più difficile aprire il triac, poiché la polarità della tensione di comando relativa al “catodo” (non collegato al corpo di uscita) deve essere la stessa della polarità della tensione sull’anodo (corpo) del triac. dispositivo. Di conseguenza, se si utilizza un triac per commutare la tensione di rete alternata, il dispositivo di controllo deve essere in grado di produrre una tensione di controllo alternata, il che è piuttosto problematico quando si utilizzano dispositivi di controllo su circuiti integrati logici. Una soluzione a questo problema è utilizzare un accoppiatore ottico. La corrente attraverso il LED optoaccoppiatore può essere sempre nella stessa direzione e la direzione della corrente attraverso il fotoresistore cambierà ad ogni semiciclo della tensione di rete, garantendo l'apertura del triac. Se il fotoaccoppiatore è un diodo o un transistor, è necessario utilizzarne due per controllare un triac.
Inoltre non posso non menzionare gli optotiristori. Un alloggiamento contiene un tiristore e un LED. Ma, sfortunatamente, per qualche motivo non producono optrosimizzatori, ma questo è in realtà un relè a stato solido "borghese" - un dispositivo ideale per commutare la tensione di rete. Quindi, utilizzando gli optotiristori, puoi anche cambiare la tensione di rete abbastanza facilmente (Fig. 2)
Il triac può essere controllato anche tramite impulsi: la tensione di controllo è presente sull'elettrodo di controllo solo per 5-50 μs, nel momento in cui la tensione di rete inizia ad aumentare dopo aver attraversato lo 0. Inoltre, modificando la posizione temporale dell'impulso di controllo entro 0-10 ms rispetto all'inizio di ciascun semiciclo è possibile regolare la potenza erogata al carico nell'intervallo dal 100 allo 0%. Il controllo degli impulsi consente inoltre di rendere più economico il dispositivo di controllo e l'uso di trasformatori di impulsi consentirà anche l'isolamento galvanico della rete e del dispositivo di controllo. L'uso dei trasformatori ha un ulteriore vantaggio: a causa dei picchi di autoinduzione sotto l'influenza di un impulso unipolare, si forma un breve pacchetto di oscillazioni naturalmente diverse polari rapidamente smorzate, che apre facilmente qualsiasi triac. Se il dispositivo in progettazione non è destinato a regolare la potenza, ma deve solo accendere/spegnere il carico di rete, allora gli impulsi di controllo potrebbero non essere sincronizzati con il passaggio della tensione di rete attraverso 0. È sufficiente fornirli all'elettrodo di controllo del triac con una frequenza sufficientemente elevata in modo che, nelle condizioni più sfavorevoli, la tensione sul triac chiuso non abbia il tempo di salire a più di pochi volt prima dell'impulso di controllo arriva. Con questo metodo di controllo, stranamente, il livello di interferenza introdotto nella rete è significativamente inferiore rispetto al controllo sincronizzato. Uno schema pratico di un interruttore di tensione di rete, dove viene utilizzato il principio sopra descritto, è mostrato in Fig. 3.
Il trasformatore T1 è realizzato su un anello di ferrite di dimensione K1000X2000X10 da 6-4 NM e contiene due avvolgimenti identici di circa 50 spire ciascuno. Filo per avvolgimento in isolamento smaltato con un diametro di 0,1-0,2 mm. L'isolamento reciproco degli avvolgimenti è molto accurato! La fasatura degli avvolgimenti è indifferente, poiché grazie al diodo VD2 vengono indotti impulsi multipolari sull'avvolgimento secondario. Selezionando il resistore R2, viene regolata la durata dell'impulso di controllo. Quanto più piccolo è, tanto minore è il consumo di corrente del dispositivo di controllo, ma con un impulso molto breve, non tutti i tiristori hanno il tempo di aprirsi, quindi, se è necessaria una maggiore efficienza, R2 dovrà essere selezionato al limite dell'apertura netta del triac. È possibile ridurre la corrente consumata dal sistema di controllo a meno di 10 mA, il che è molto conveniente quando si utilizzano alimentatori con reattore capacitivo. Utilizzando il circuito di controllo mostrato in Fig. 3, il carico di rete può essere acceso utilizzando una coppia di tiristori convenzionali, è sufficiente integrare il trasformatore con un altro avvolgimento simile e sostituire il triac con tiristori, come in Fig. 4. È anche possibile utilizzare un tiristore, ma includendolo nella diagonale di un ponte a diodi di potenza adeguata.
Al giorno d'oggi, molti componenti elettronici di fabbricazione straniera sono diventati disponibili per i radioamatori. Tra questi ci sono anche i triac, perfetti per accendere/spegnere i carichi di rete. I più accessibili e comuni oggi sono i triac prodotti da Philips, tipi BT134-500 e BT136-500. Questi dispositivi sono realizzati in custodie di plastica: BT134 - come i transistor KT815, ma senza foro, e BT136 - come i transistor KT805, con una flangia di montaggio. Secondo i venditori, BT134 è progettato per una corrente di 6 A e BT136 - 12 A, ma su molti siti puoi vedere che entrambi i triac sono progettati per una corrente non superiore a 4 A e possono sopportare una tensione di 500 V quando sono chiusi. Purtroppo l'autore non ha potuto visionare la documentazione dal sito web della Philips, dato che tutti i documenti sono in formato PDF e non esiste un visualizzatore per le ultime versioni sotto DOS. Una caratteristica distintiva di questi triac non è tanto la loro piccola dimensione (i TS106-10-... domestici in plastica hanno le stesse custodie), ma il modo in cui vengono controllati: questi triac vengono aperti da una tensione di controllo di polarità negativa rispetto al “catodo” in qualsiasi direzione della corrente attraverso il triac. E questo ti consente di abbandonare l'uso di fotoaccoppiatori e trasformatori di impulsi corrispondenti. Un circuito pratico dell'interruttore insieme ad un condensatore di alimentazione è mostrato in Fig. 5.
Il consumo di corrente del dispositivo di controllo nello stato "off" è 1.2 mA e nello stato "on" - 5 mA, il che ha consentito di utilizzare un condensatore molto piccolo da 0,2 μF 400 V nell'alimentazione. (Fig. 5) è in realtà la base per molti dispositivi elettronici, perché su tre elementi logici DD1 liberi si possono assemblare molte cose interessanti. Nella fig. 6(a) mostra uno schema di un lampeggiatore, 6(b) - un fotorelè, 6(c) - un dispositivo automatico per accendere/spegnere la pompa quando il sensore E1 tocca la superficie dell'acqua, 6(d) - a relè orario. È abbastanza semplice implementare un interruttore tattile (Fig. 7).
È vero, quando si costruiscono generatori su elementi logici, quando si utilizza l'indicazione luminosa, il consumo di corrente potrebbe aumentare e quindi la capacità C1 dovrà essere aumentata. Selezionare la capacità richiesta è abbastanza semplice: in tutte le modalità operative del dispositivo, la corrente viene misurata attraverso il diodo zener, dovrebbe essere almeno 1-2 mA e non più di 30 mA. La capacità C1 più comunemente utilizzata è 0.47 o 0.68 µF * 400 V. La potenza del carico commutato dai dispositivi discussi in questo articolo dipende solo dal tipo di triac (tiristori) e dallo spessore dei fili :-) vedi tabella 1. Tabella 1. Potenza di carico consentita per diversi tipi di triac e tiristori
Nella tabella sono riportate anche le dimensioni approssimative dei dissipatori. In generale, tenendo conto della caduta di tensione ai capi di un triac aperto, che è di circa 1 V, possiamo supporre che la potenza dissipata dal triac sia numericamente uguale alla corrente che lo attraversa. Per dissipare tale potenza è necessario un dissipatore di area pari a una piastra quadrata, con lato numericamente pari in centimetri alla potenza dissipata. L'articolo non fornisce dati e schemi riguardanti l'utilizzo dei triac KU208G. Ciò non è casuale, poiché questi triac hanno mostrato le loro prestazioni peggiori e non hanno funzionato in modo affidabile con nessun dispositivo. Molti campioni KU208G di diversi anni di produzione avevano una corrente inaccettabilmente elevata nello stato chiuso e, dopo una lunga permanenza sotto tensione, è stato nello stato chiuso che sono diventati molto caldi e quindi si è verificata una rottura. Forse devono essere inclusi in qualche modo speciale? Considero inoltre mio dovere ricordare ai radioamatori la sicurezza elettrica, poiché molti dei circuiti sopra indicati hanno una connessione galvanica alla rete! Non sfidare la fortuna e non scollegare i dispositivi prima di entrarci con un saldatore. Letteratura
Autore: Andrey Shary
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