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Triac: Componente elettronico come ausilio durante i processi di commutazione
Chiunque abbia già regolato la luminosità di una lampada a incandescenza con un dimmer ha inconsciamente controllato un triac. Cos'è e come funziona un triac? Scopri tutto con il nostro manuale.
Cos'e un triac?
Dove vengono utilizzati i triac?
Come si costruisce un triac?
Come funziona un triac?
Cosa differenzia i triac?
A cosa fare attenzione quando si sostituisce un triac?
Cos'e un triac?
Un triac è uno dei componenti attivi. Come un tiristore, è un componente elettronico con il quale è possibile, ad esempio, accendere e spegnere o controllare una lampada a incandescenza.
Poiché il processo di commutazione avviene senza contatti in movimento meccanico, questi interruttori elettronici non sono soggetti a usura.
A differenza di un tiristore che fa scorrere la corrente solo in una direzione, un triac può passare la corrente in entrambe le direzioni. In questo modo i triac sono perfetti per il funzionamento con tensione alternata.
Il nome triac deriva dalla denominazione inglese "Triode Alternating Current Switch". Viene utilizzato anche il termine triodo, tirstore o tiristore a due direzioni o Symistor.
Dove vengono utilizzati i triac?
I triac vengono utilizzati principalmente per i processi di commutazione o per la regolazione della potenza nel campo della tensione alternata.
I campi di applicazione includono dimmer per lampade a incandescenza, sfere luminose o anche la regolazione della velocità di motori elettrici in utensili da cucina o utensili elettrici.
Poiché i triac non sono in grado di collegare correnti molto grandi, nell'elettronica di potenza vengono ancora utilizzati tiristori singoli.
Come si costruisce un triac?
Per capire meglio la struttura, si può immaginare un triac come due tiristori collegati in parallelo. In questo modo vengono combinati un anodo (A) e un catodo (K) dei due tiristori.
Gli elettrodi principali che ne derivano sono indicati con H1 e H2 o con la denominazione inglese Main Terminal (MT1 e MT2). In alternativa, tuttavia, sono comuni anche le denominazioni anodo 1 e anodo 2.
In genere, l'elettrodo principale H2 (MT2) è collegato all'alloggiamento del triac. Di conseguenza, deve essere eseguito un montaggio isolato, in modo che la superficie di montaggio non sia sotto tensione.
Anche gli ingressi di controllo dei due tiristori (porte) sono collegati tra loro.
Per poter rappresentare in modo chiaro la struttura interna del cristallo, si commuta in parallelo un tiristore controllato da catodo o anche il tiristore p-Gate (1) e un tiristore controllato da anodo o anche il tiristore n-Gate (2) corrispondente allo schizzo A.
Lo schizzo B mostra la struttura cristallina dei due semiconduttori.
Se si aggiungono entrambi i cristalli semiconduttori in uno, il corrispondente schizzo C sarebbe simile.
Per poter controllare entrambi i tiristori con un gate comune, sono state inserite zone N-drogate aggiuntive con il cristallo semiconduttore (vedere schizzo D). Queste aree, che agiscono come circuiti di accensione o di tiristore ausiliario (3), sono responsabili del fatto che i triac necessitano di una corrente di comando più elevata per il passaggio (accensione) rispetto ai tiristori.
L'elettrodo principale H1 (MT1) ha un contatto diretto del semiconduttore con il gate e funge quindi da potenziale di riferimento per il gate.
Il gate può essere controllato con un impulso positivo o negativo.
A seconda del tipo di triac, per l'azionamento è sufficiente un impulso di pochi volt, con una corrente di gate di pochi mA.
Tuttavia, la sensibilità di accensione dipende dalla polarità a H1 e H2 (vedi schizzo di accensione tipo I+/I- e III+/III-) e dalla polarità dell'impulso del cancello (vedi schizzo di accensione tipo I+/III+ e I-/III-).
La più grande luminosità di disinserimento dell'accensione ha triac per il tipo di controllo I + e III -. Gli altri due tipi di accensione richiedono una corrente di gate notevolmente più elevata.
Come funziona un triac?
Il principio o il funzionamento di un triac può essere facilmente illustrato con l'aiuto di un dimmer.
Se l'intera onda sinusoidale della tensione di rete (U B) è presente sulla lampadina (1), questa si accende a piena luminosità.
Per ridurre la luminosità massima, è necessario tagliare una parte dell'onda sinusoidale.
Ed è proprio questa funzione che svolge un triac (2). A tale scopo viene collegato in serie con l'utenza (lampadina).
Senza comando, il triac è altamente ohmico. Ciò significa che l'interruttore elettronico è aperto e la tensione sulla lampada è di 0 Volt. La lampada non si accende.
Se al momento t 1 è presente un breve impulso di azionamento sul gate, il triac si attiva. Passa dallo stato ad alta impedenza a quello a bassa impedenza. Nella lingua specializzata, il processo viene anche chiamato accensione. L'interruttore elettronico è chiuso e la tensione sulla lampada (U L) salta in modo bruscamente al valore attuale della tensione di alimentazione. In questo modo la lampada viene alimentata e inizia ad accendersi.
Il triac acceso rimane conduttivo, anche se l'impulso di comando sul gate viene nuovamente spento. Solo quando la tensione alternata al momento t 2 incrocia la linea 0 e quindi la corrente di mantenimento del triac è inferiore, si blocca nuovamente. I professionisti dicono che il triac viene cancellato. La lampada non è più alimentata.
Il triac rimane bloccato fino a quando al momento t 3 non si trova il successivo impulso di azionamento sul gate e si riaccende. Poiché il triac è conduttivo in entrambe le direzioni, anche con il semiasse negativo la corrente scorre attraverso la lampada.
Al momento t 4, la corrente di mantenimento viene sottoutilizzata e il triac si blocca nuovamente fino a quando non viene riacceso al momento t 5.
Poiché la fase di accensione t 1 avviene molto presto, la lampada riceve una percentuale molto elevata della tensione alternata di rete. Solo una piccola parte viene tagliata all'inizio di ogni semiasse. In questo modo la lampada è ancora molto luminosa.
Se la messa in fase dell'accensione avviene in un secondo momento o si sposta ulteriormente a destra, la lampada riduce la parte rimanente dell'onda sinusoidale (U L).
In questo modo la lampada riceve meno energia e si illumina meno.
Con una frequenza di rete di 50 Hz, la lampada viene in linea di principio accesa e spenta 100 volte al secondo (50 volte con il semiasse positivo e 50 volte con il semiasse negativo).
Questa rapida sequenza di commutazione non è percepita dall'occhio umano come singoli cambi di marcia. Inoltre, per le lampade a incandescenza è presente anche un breve "effetto di postriscaldamento" durante lo spegnimento.
In questo modo si crea l'impressione di una variazione uniforme della luminosità durante la regolazione della luminosità.
In caso di dimmer regolabile, viene modificato solo il momento in cui l'impulso di accensione passa attraverso il triac. A tale scopo, l'impulso di gate deve essere sempre emesso nella posizione corretta dell'onda sinusoidale.
A tal fine, la regolazione richiede sempre un riferimento attuale alla posizione attuale dell'onda sinusoidale.
Nello schema elettrico illustrato sopra, questo collegamento è stato rappresentato con una linea blu.
Nota:
Poiché nell'esempio illustrato sopra la fase all'inizio del semiasse viene bloccata e poi attivata, questo controllo è un dimmer a taglio di fase. Questo tipo di dimmer è perfetto per carichi ohmici come lampadine a incandescenza o lampade alogene ad alta tensione, ma anche per carichi induttivi come trasformatori alogeni convenzionali.
I carichi capacitivi, come i trasformatori elettronici alogeni, richiedono invece un dimmer di taglio di fase. Con questo concetto di circuito, la tensione dell'utenza aumenta in modo sincrono con la tensione di rete e viene quindi disattivata dopo un tempo definito. Tuttavia, non vengono utilizzati triac, ma tiristori disattivabili o Power MOSFET o IGBT come interruttori elettronici.
Cosa distinguono i triac?
Anche se la funzione fondamentale dei triac è sempre la stessa, i singoli esemplari possono variare notevolmente.
Struttura
Uno dei principali elementi di differenziazione è la struttura. A seconda della quantità di corrente o potenza che un triac deve applicare, durante la produzione la forma dell'alloggiamento con superficie di raffreddamento integrata e la progettazione dei collegamenti sono stati ottimizzati. Maggiore è la portata di potenza, maggiore è la caduta del triac.
Dati tecnici
Ma anche con la stessa struttura, le differenze possono essere ancora molto grandi. Tuttavia, le differenze si riferiscono principalmente ai dati tecnici. In particolare, i dati relativi alla tensione massima o alla corrente massima consentita possono variare notevolmente. In caso di dubbio, è indispensabile consultare la scheda tecnica.
Cosa tenere presente quando si sostituisce un triac?
Se un triac difettoso deve essere sostituito in un dispositivo, è necessario utilizzare sempre un tipo di ricambio con la stessa denominazione. Solo in questo modo si garantisce che il triac sostituito si adatti in modo ottimale all'elettronica o al circuito esistente. Prestare attenzione quando si sostituisce il pezzo originale con una copia con dati tecnici quasi identici. Poiché le diverse caratteristiche dei semiconduttori possono causare malfunzionamenti non significativi.
Importante:
Poiché i triac vengono utilizzati nel circuito di rete, è necessario avere familiarità con le norme di sicurezza applicabili durante la risoluzione dei problemi o la sostituzione. In caso di lavoro improprio o di risoluzione dei problemi sotto tensione, sussiste un reale pericolo di morte. Per questo motivo, se non avete familiarità con le procedure necessarie, è meglio rivolgersi a un esperto.