Симисторный ключ и управление нагрузкой¶

Симисторный ключ — это электронный коммутационный узел, построенный на симисторе (триодном симисторе, TRIAC) и предназначенный для бесконтактного управления переменным током в силовых цепях. Симистор — полупроводниковый прибор, проводящий ток в обоих направлениях и открывающийся импульсом управляющего электрода, — используется в качестве основного переключающего элемента, что определяет основные свойства симисторного ключа: отсутствие подвижных контактов, высокую скорость переключения, малые потери и возможность регулирования мощности нагрузки.

¶Устройство и принцип работы

Симисторный ключ, как правило, состоит из силового симистора, схемы формирования управляющего импульса, гальванической развязки (опторазвязки) и цепи защиты. В простейшей конфигурации симистор подключается последовательно с нагрузкой к сети переменного тока; при подаче управляющего сигнала прибор открывается и пропускает ток до конца очередной полуволны, после чего самопроизвольно закрывается (симистор обладает свойством самозапирания при нулевом токе).

Управляющий сигнал формируется, как правило, с помощью оптосимистора (оптоэлектронного ключа с внутренним симистором) или оптрона с транзисторным выходом, что обеспечивает гальваническую развязку низковольтной управляющей части от высоковольтной силовой цепи. В схемах фазового управления момент открытия симистора задаётся углом сдвига фазы, что позволяет плавно регулировать мощность, подаваемую на нагрузку.

¶Схемы включения

Различают несколько основных схем включения симисторного ключа:

• Схема с фазовым управлением — симистор открывается на определённой фазе полуволны напряжения; мощность нагрузки регулируется изменением угла открытия. Применяется в диммерах, регуляторах оборотов двигателей, регуляторах температуры.
• Схема с нулевым переключением (zero-crossing) — симистор открывается в момент перехода напряжения через ноль, что минимизирует высокочастотные помехи и броски тока. Используется в тёплых полах, нагревателях, освещении.
• Схема с импульсным управлением — симистор работает в ключевом режиме с высокой частотой переключения, например в инверторах и преобразователях частоты.

¶Характеристики

Ключевые параметры симисторного ключа определяются характеристиками самого симистора и схемы управления:

Потери на симисторном ключе складываются из падения напряжения на открытом приборе (обычно 1–1,5 В) и потерь на переключение, поэтому КПД схемы с симисторным управлением высок и достигает 95–99 %.

¶Применение

Симисторные ключи получили широкое распространение в бытовой и промышленной аппаратуре:

• Освещение — диммеры для ламп накаливания, галогенных ламп, иногда для светодиодных и люминесцентных ламп со специальными схемами.
• Нагревательные приборы — электрические конвекторы, тёплые полы, паяльники, утюги, чайники с регулировкой мощности.
• Электродвигатели — регуляторы оборотов асинхронных двигателей бытовых вентиляторов, станков, насосов.
• Промышленное оборудование — управление трансформаторами, тиристорными выпрямителями, сварочными аппаратами, системами отопления.
• Силовая электроника — статические переключатели, актoвные фильтры, устройства плавного пуска.

¶Достоинства и недостатки

К достоинствам симисторного ключа относятся: отсутствие механического износа, высокая скорость переключения, малые габариты, возможность дистанционного и автоматического управления, низкий уровень радиопомех при нулевом переключении, высокий КПД.

К недостаткам — необходимость защиты от перенапряжений (снабберные цепи RC), ограничение по частоте, наличие остаточного тока утечки, выделение тепла при работе с большими токами (требуется теплоотвод), а также генерация помех в схемах с фазовым управлением.

¶См. также

• Симистор
• Тиристор
• Диммер
• Оптосимистор
• Снабберная цепь

¶Источники

• Гуревич С. В. «Силовая электроника» — М.: Высшая школа.
• Фролов В. С. «Справочник по силовой электронике» — М.: Энергоатомиздат.
• Даташиты симисторов серий BTA/BTB (STMicroelectronics), КУ208, МВУ (НПО «Электроника»).