Triak BT137 – fazowe sterowanie prądem przemiennym
Pośród często spotykanych elementów półprzewodnikowych stosowanych w układach energoelektronicznych, warto zwrócić uwagę na tyrystory. Tyrystor to w istocie dioda prostownicza, która oprócz anody i katody ma wyprowadzoną elektrodę sterującą – bramkę. Aby tyrystor zaczął przewodzić, oprócz odpowiednio wyższego napięcia na anodzie względem katody, konieczne jest dostarczenie impulsu napięcia wyzwalającego bramkę. Tyrystory blokujące wstecznie (SCR – ang. silicon controlled rectifier) umożliwiają zbudowanie prostowników sterowanych, dzięki którym możemy sterować wartością średnią prądu stałego (a przed wygładzeniem: zmiennego, jednokierunkowego). Oprócz tyrystorów, stosuje się także podobnie zbudowane elementy, dedykowane do obwodów prądu przemiennego, a są nimi triaki, takie jak BT137.
Czym jest triak?
Triak to dwukierunkowy, trójelektrodowy statyczny łącznik prądu przemiennego, który umożliwia przepływ prądu elektrycznego w obu kierunkach. Jest to odpowiednik dwóch tyrystorów połączonych w układzie odwrotnie równoległym z bramkami połączonymi ze sobą. Z tego względu, spotykane jest także nazewnictwo “symistor” lub “tyrystor symetryczny”. Triak jest wyzwalany do przewodzenia w obu kierunkach przez podanie impulsu napięcia na bramkę, taki jak ma to miejsce w standardowych tyrystorach. Triaki zostały zaprojektowane, aby umożliwić realizację prostych układów sterowania zasilania prądem przemiennym. Triaki są elementami uniwersalnymi ze względu na ich zdolność do pracy z dodatnimi lub ujemnymi napięciami na ich wyprowadzeniach. Ponieważ tyrystory są ograniczone pod tym względem, że mogą przewodzić prądu tylko w jednym kierunku, sterowanie niską mocą w obwodzie prądu przemiennego jest zadaniem dla triaka.
Budowa triaka
Chociaż triak i tyrystor mają podobną budowę, to jednak ich symbole na schematach są różne. Wyprowadzenia triaka, np. BT137 mają następujące oznaczenia i funkcje:
1 – T1 – tor prądowy 1
2 – T2 – tor prądowy 2
3 – G – bramka
Rys. 1 – symbol triaka używany na schematach elektrycznych
Rys. 2 – triak BT137 w obudowie TO220 może przełączać prąd ciągły do 8A przy maksymalnym napięciu 600V
Nie ma oznaczenia anody i katody, tak jak ma to miejsce w tyrystorze. Prąd może płynąć w obu kierunkach przez zaciski T1 i T2. Zacisk 1 jest zaciskiem odniesienia dla wszystkich napięć. Zacisk 2 jest obudową lub metalową zakładką montażową, do której można przymocować radiator, poprzez podkładkę izolacyjną, np. z miki.
Wyzwalanie triaka
Triak blokuje przepływ prądu w obu kierunkach pomiędzy zaciskami T1 i T2. Triak może zostać wyzwolony do przewodzenia w obu kierunkach za pomocą chwilowego dodatniego lub ujemnego impulsu napięcia dostarczonego do bramki. Jeśli odpowiedni sygnał zostanie przyłożony do bramki triaka, zostanie on przełączony w stan przewodzenia. Przy każdym przejściu sinusoidy przez zero, triak wyłącza się i nie przewodzi prądu, a więc wymaga dostarczenia kolejnego impulsu sterującego do bramki, aby zaczął przewodzić.
Rys. 3 – wyzwalanie triaka – przebiegi czasowe
Obwód wyzwalający może być zaprojektowany tak, aby generować impuls, który zmienia się w dodatnim lub ujemnym półokresie w dowolnym punkcie. W konsekwencji, średnia wartość prądu dostarczanego do obciążenia może się zmieniać. Jedną z istotnych zalet triaka jest to, że praktycznie żadna moc nie jest marnowana poprzez zamianę na ciepło. Ciepło jest generowane, gdy prąd jest blokowany, a nie gdy prąd jest wyłączany. Triak jest albo całkowicie włączony albo całkowicie wyłączony – nigdy nie ogranicza częściowo prądu. Kolejną istotną cechą triaka jest brak odwrotnego przebicia przy wysokich napięciach i prądach, występującego np. w diodach i tyrystorach. Jeśli napięcie na triaku stanie się zbyt wysokie, triaku zostanie włączony. Po włączeniu triak może przewodzić dość wysoki prąd.
Konstrukcja charakterystyki triaka
Charakterystyka triaka (rys. 4) opiera się na napięciu wyprowadzenia T1 jako punkcie odniesienia. Polaryzacje pokazane dla napięcia i prądu to polaryzacje T2 względem T1. Polaryzacje pokazane dla bramki odnoszą się również do T1.
Rys. 4 – charakterystyki przewodzenia triaka
Ponownie, triak może zostać wyzwolony do przewodzenia w obu kierunkach przez prąd bramki (IG) o dowolnej polaryzacji.
Zastosowania triaków
Triaki są często używane zamiast przełączników mechanicznych ze względu na ich wszechstronność. Ponadto, gdy natężenie prądu jest niskie, Triaki są bardziej ekonomicznym rozwiązaniem niż zwykłe tyrystory SCR. Często silnik indukcyjny z rozruchem kondensatorowym, kiedy pracuje w strefie zagrożonej wybuchem, łuk elektryczny mechanicznego wyłącznika rozruchowego jest niepożądany lub nawet niebezpieczny. W takich przypadkach mechaniczny wyłącznik rozruchowy można zastąpić triakiem. Triak może działać w tak niebezpiecznych środowiskach, ponieważ nie wytwarza łuku elektrycznego, dzięki przełączaniu statycznemu. Sygnał bramki jest przekazywany do triaka za pośrednictwem dedykowanego transformatora prądowego. Gdy silnik przyspiesza, prąd w transformatorze prądowym jest redukowany, a transformator nie wyzwala już triaka. Po wyłączeniu triaka, uzwojenia rozruchowe są odłączane od reszty obwodu.
Jak sprawdzić czy triak jest sprawny?
Aby przetestować, czy triak działa prawidłowo, możemy to zrobić używając multimetru cyfrowego. Należy zastosować następującą procedurę:
- Ustawić multimetr na pomiar rezystancji na zakresie do 20Ω lub nieco większym, w zależności od funkcjonalności konkretnego modelu miernika
- Podłączyć sondy pomiarowe w multimetrze tak jak do pomiaru rezystancji
- Podłączyć sondę czarną (gniazdo COM w multimetrze) do wyprowadzenia T1
- Podłączyć sondę czerwoną do wyprowadzenia T2. Multimetr powinien wskazywać odczyt poza zakresem “OL”
- Zewrzeć wyprowadzenie bramki z zaciskiem T2 – multimetr powinien wskazywać odczyt bilski rezystancji zerowej i utrzymać taki odczyt po odłączeniu sondy od wyprowadzenia nr 2
- Sondę czerwoną przyłożyć do wyprowadzenia T1, a sondę czarną – do wyprowadzenia T2 – multimetr powinien wskazywać odczyt poza zakresem “OL”
- Zewrzeć wyprowadzenie bramki triaka z wyprowadzeniem T2, np. za pomocą przewodu z krokodylkami.
- Zewrzyj bramkę TRIAC-a z głównym zaciskiem 2 za pomocą przewodu połączeniowego. Multimetr powinien wskazywać odczyt bilski rezystancji zerowej i utrzymać taki odczyt po odłączeniu sondy od wyprowadzenia nr 2.
Jeśli wykonaliśmy wszystkie powyższe czynności prawidłowo i uzyskujemy opisane rezultaty, to znaczy, że badany triak działa prawidłowo.
