Capitolul 5

5. TIRISTORUL I TRIACUL

Tiristorul este un dispozitiv semiconductor cu o structur pnpn (dispuse alternativ), care are trei electrozi (terminale) numii anod (A), catod (K) i gril (G) sau poart (fig. 5.1).

Fig. 5.1.

Tensiunile care se aplic tiristorului i curenii prin acesta se arat n

figura 5.2.

K

iA

iG uAK

uGK

K

A

G

Fig. 5.2.

49

Iriminciuc Lucian

Iriminciuc Lucian

5.1. Caracteristica static i funcionarea tiristorului Caracteristica static a tiristorului sau caracteristica curent-tensiune se

arat n figura 5.3.

iH

iG2 > iG1 iG2 iG1 iG=0

ustr

iA

uAK

Fig. 5.3. Caracteristica corespunztoare polarizrii directe (uAK>0) prezint un

curent iA foarte mic corespunztor strii de blocare a tiristorului, pn la o valoare critic a tensiunii uAK =ustr (numit tensiune de strpungere sau de aprindere a tiristorului). Dup atingerea acestei valori tiristorul basculeaz ntr-o stare de conducie caracterizat prin tensiune la borne foarte mic i curent iA limitat numai de circuitul exterior tiristorului. Valoarea tensiunii de aprindere a tiristorului este controlat cu ajutorul curentului de comand iG injectat n gril, fiind cu att mai mic cu ct iG este mai mare.

Grila tiristorului are rol numai n declanarea aprinderii tiristorului, urmnd ca dup amorsarea conduciei tiristorului, grila s nu mai influeneze cu nimic starea dispozitivului. Conducia tiristorului nceteaz numai dac valoarea curentului iA scade sub valoarea curentului de meninere (holding) iH .

Operaia de amorsare a tiristorului este asemntoare cu amorsarea unei pompe de ap aspiratoare. Pentru ca pompa s trag ap, trebuie mai nti s introducem ap n corpul pompei, pentru a nltura aerul.

50

Durata de timp ct se aplic curentul de comand iG trebuie s fie suficient de mare (tipic de cteva zeci de microsecunde) pentru a permite curentului anodic iA s depeasc valoarea de meninere iH, deci tiristorul s intre n conducie. De asemenea, circuitul de comand al tiristorului trebuie s furnizeze o putere instantanee suficient pentru ca aprinderea tiristorului s fie sigur.

Pentru o polarizare invers (uAK

a lui iC1 de 12 ori fa de valoarea iniial, i aa mai departe. (Se cunoate c pentru tranzistorul bipolar cu jonciuni este valabil relaia BC ii = .) Prin urmare, pe bucla care se deschide ntre cele dou colectoare i baze, apariia unei perturbaii poate duce la un proces n avalan n urma cruia ambele tranzistoare se vor afla n final n conducie (saturaie).

b) a)

Fig. 5.4. Dac iG = 0, la tensiuni mici i medii curenii reziduali care strbat

structura sunt foarte mici, ceea ce face ca factorii de amplificare n curent ai celor dou tranzistoare s aib valori sczute, amplificarea pe bucla descris s fie subunitar i trecerea n conducie s fie deci imposibil. Mrind ns substanial tensiunea uAK, are loc procesul de multiplicare n avalan al purttorilor de sarcin, n urma cruia crete curentul prin structur i amplificarea pe bucl devine supraunitar. n acest mod structura comut n starea de conducie.

Rezult c tiristorul este un dispozitiv comandat n curent. Modul de lucru normal al tiristorului este urmtorul: se aplic ntre anod i catod o tensiune

i n momentul n care se dorete intrarea n conducie (aprindere), se injecteaz un curent iG prin gril. Blocarea (stingerea) tristorului se realizeaz prin ntreruperea curentului anod-catod (tensiunea ajunge la zero sau trece prin zero spre valoarea negativ).

strAK uu 0 i lampa H va rmne stins pn cnd se va nchide contactul butonului B. Din acest moment lampa se aprinde i

56

va rmne aprins i dup deschiderea contactului butonului B. Se deconecteaz sursa de tensiune continu de la bornele E i F i se conecteaz la aceleai borne invers. Acum tensiunea continu aplicat ntre E i F va fi negativ. Lampa H va fi stins pn cnd se apas butonul B; din acest moment becul se aprinde i rmne aprins i dup eliberarea butonului B (deschiderea contactului butonului). Stingerea lmpii H se obine prin deconectarea sursei de tensiune continu.

5.4.2.2. Comanda unui motor electric de curent alternativ Schema electronic pentru comanda unui motor electric de curent alternativ monofazat cu ajutorul triacului se prezint n figura 5.9.

uGK

i

GK

A

Motor 230V, 50Hz M

L

N

Circuit de formare a

impulsurilor de comand

IN

GND

OUT

INHB

Transformator de reea

230V, 50Hz

Motorul se alimenteaz cu energie electric de la reeaua monofazat cu tensiunea de 230 V, prin intermediul triacului, care trece n starea de conducie. Oprirea motorului se realizeaz prin trecerea triacului n starea blocat. Un circuit de comand pe gril a triacului formeaz impulsurile de comand care deschid triacul. Circuitul de formare a impulsurilor de comand are nevoie de tensiunea alternativ a reelei (obinut cu ajutorul transformatorului cobortor de tensiune) pentru a produce impulsuri de comand sincronizate cu reeaua. Acest

57

circuit sesizeaz trecerile prin zero ale tensiunii reelei i produce cte un impuls de comand dup fiecare trecere prin zero a tensiunii de reea.

u

t

t

t

uGK

1 2 3 4 5 6 7

i

Fig. 5.9. ntre momentul anulrii tensiunii de reea i momentul apariiei impulsului de comand este intervalul de timp t care este reglabil. Mrimea intervalului de timp depinde de valoarea tensiunii aplicate ntre intrarea IN i punctul de mas al circuitului.

t

Intervalul de timp poate avea i valoarea egal cu zero, caz n care se emite cte un impuls de comand la fiecare trecere prin zero a tensiunii de reea. n acest caz, att timp ct impulsurile de comand sunt aplicate pe grila triacului, motorul funcioneaz ca i cum ar fi conectat direct la reea.

t

Impulsurile de la borna OUT a circuitului de formare a impulsurilor de comand pot dispare (pot fi inhibate) dac intrarea notat INHB are potenialul egal cu zero voli. Aceast funcie a circuitului de comand este util pentru oprirea sau pornirea motoarelor electrice. De exemplu, motorul unui hidrofor pornete atunci cnd presiunea apei din instalaia de alimentare cu ap scade la presiunea minim pmin i funcioneaz pn cnd presiunea a crescut pn la valoarea maxim pmax. n acest moment motorul trebuie s se opreasc i va porni din nou atunci cnd presiunea va scdea din nou la valoarea pmin. Rezult

58

c impulsurile de comand trebuie s fie inhibate n intervalul de timp ct presiunea apei este cuprins ntre pmin i pmax..

Precizare: prin modificarea intervalului de timp t se variaz turaia motoarelor electrice de curent alternativ i, implicit, puterea absorbit de motor din reeaua electric.

59

Capitolul 5