Transformatory do sterowania tyrystorów – co to i czego służy?

Tyrystor to jeden z najważniejszych półprzewodnikowych elementów mocy stosowanych w układach elektronicznych. Składa się z czterech warstw półprzewodnika i posiada trzy wyprowadzenia: anodę, katodę oraz bramkę. Gdy między anodą i katodą pojawi się odpowiednie napięcie, a na bramkę zostanie podany impuls prądowy, tyrystor przechodzi w stan przewodzenia i zaczyna przewodzić prąd w kierunku przewodzenia. To właśnie prąd bramki steruje jego załączeniem.

Tyrystor przewodzi aż do momentu, kiedy prąd w obwodzie spadnie poniżej określonej wartości podtrzymania lub zostanie zastosowana specjalna metoda wyłączania tyrystora. Z tego powodu często porównuje się go do przełącznika, który można włączyć, ale nie zawsze łatwo wyłączyć.

Transformator w układach z tyrystorem

Transformator w układach sterowania tyrystorów odgrywa rolę izolacyjną i dopasowującą. Umożliwia podłączyć układy sterujące do tyrystora w sposób bezpieczny, a jednocześnie zapewnia przekazywanie impulsów potrzebnych do załączania tyrystora. Uzwojenia wtórne transformatora pozwalają przesyłać impulsy bramki względem katody, zachowując odpowiednie wartości prądów i napięć.

Zastosowanie transformatora chroni także sterownik oraz całą część sterującą przed zakłóceniami i wysokim napięciem występującym w obwodach mocy. Dzięki temu tyrystory stosowane w urządzeniach o dużej mocy mogą być sterowane niewielkimi sygnałami z układów elektronicznych niskiego napięcia.

Tranzystor a tyrystor – różnice

Choć tyrystor i tranzystor są przyrządami półprzewodnikowymi, ich zasada działania znacząco się różni. Tranzystor bipolarny lub tranzystor MOSFET działa liniowo i może sterować przepływem prądu na bieżąco w zależności od sygnału sterującego. Tyrystor natomiast, po podaniu impulsu bramki, przechodzi w stan przewodzenia i utrzymuje go aż do spadku prądu w obwodzie.

Można powiedzieć, że tranzystor przypomina regulowany zawór, a tyrystor – przełącznik zapłonowy. W wielu zastosowaniach przemysłowych stosuje się układy, w których oba te elementy współpracują, aby realizować sterowanie mocą.

Triak – odmiana tyrystora

Triak to element półprzewodnikowy podobny do tyrystora, ale przewodzący prąd w obu kierunkach. Dzięki temu triaki są szeroko stosowane w urządzeniach sieciowych, w których przepływa prąd zmienny. Sterownik podający impuls bramki może załączyć triak niezależnie od polaryzacji sinusoidy.

Triak znajduje zastosowanie w regulacji mocy odbiorników prądu zmiennego, na przykład w ściemniaczach, regulatorach obrotów czy sterowaniach fazowych. W takich układach często stosuje się transformator impulsowy, który umożliwia odpowiednie podłączenie i izolację.

Elektroniczny układ sterowania fazowego

Sterowania fazowego to jedna z najczęstszych metod wykorzystania tyrystorów i triaków. Polega na tym, że tyrystor załącza się tylko w określonej części sinusoidy napięcia zasilania. W ten sposób można regulować moc dostarczaną do odbiornika, kontrolując przepływ prądu.

Transformator stosowany w sterowaniu fazowym dostarcza impuls bramki w odpowiednim momencie, zgodnym z wartością kąta fazowego napięcia sieciowego. Dzięki temu można płynnie regulować moc w urządzeniach zasilanych prądem przemiennym.

Zasada działania tyrystora i transformatora sterującego

Zasada działania tyrystora opiera się na dodatnim sprzężeniu zwrotnym między strukturami wewnętrznymi, co sprawia, że element przewodzi prąd po podaniu impulsu bramki. Transformator natomiast ma za zadanie dostarczyć ten impuls w bezpieczny i kontrolowany sposób.

Schemat takiego układu obejmuje źródło napięcia zasilania, tyrystor z anodą i katodą oraz transformator z uzwojeniami wtórnymi. Impuls przechodzący przez obszaru bramki powoduje załączenie tyrystora. Wartości prądów i napięć muszą być dobrane zgodnie ze specyfikacją, aby uniknąć uszkodzenia tyrystora.

Tyrystor GTO – wyłączalny tyrystor

Ciekawą odmianą jest tyrystor GTO (Gate Turn-Off), który można nie tylko załączyć, ale również wyłączyć za pomocą impulsu bramki. W takim przypadku transformator sterujący musi być w stanie przesyłać zarówno dodatnie, jak i ujemne impulsy prądu bramki. Dzięki temu tyrystor GTO znajduje zastosowanie w bardziej zaawansowanych układach regulacji mocy i napędach silników prądu stałego.

Charakterystyka i symbol tyrystora

Symbol tyrystora przedstawia anodę, katodę i bramkę. Charakterystyka prądowo-napięciowa wskazuje, że tyrystor nie przewodzi prądu w kierunku zaporowym, natomiast w kierunku przewodzenia przechodzi w stan przewodzenia po podaniu impulsu na bramkę. Wartości rezystancji w stanie przewodzenia są bardzo niskie, co pozwala sterować dużymi mocami.

Zastosowaniach praktycznych

Tyrystory stosowane są w układach regulacji mocy, prostownikach sterowanych, napędach silników prądu stałego, a także w urządzeniach elektronicznych codziennego użytku. Transformator w takich układach zapewnia galwaniczną izolację i dopasowanie sygnałów sterujących.

Sterowania fazowego z wykorzystaniem tyrystorów i triaków umożliwia płynną regulację napięcia i prądu w wielu urządzeniach. Dzięki temu możliwa jest regulacja jasności lamp, prędkości silników czy mocy grzałek.

Schematy i układy elektroniczne

Schematy układów tyrystorowych zazwyczaj zawierają elementy takie jak dioda zabezpieczająca, rezystor ograniczający prąd bramki oraz transformator impulsowy. Układ taki można podłączyć do sieciowy systemu, pamiętając o odpowiedniej polaryzacji.

Sprawdzić działanie tyrystora można w prostych warunkach, badając przepływ prądu między anodą i katodą po podaniu sygnału na bramkę. Jeśli tyrystor przewodzi prąd, oznacza to, że impuls zapłonowy został poprawnie dostarczony.

Podsumowanie

Tyrystor to przyrząd półprzewodnikowy o ogromnym znaczeniu w elektronice mocy. Transformator do sterowania tyrystorów jest kluczowym elementem, który umożliwia bezpieczne i skuteczne podłączenie układów sterujących. Dzięki niemu można realizować sterowania fazowego, kontrolę przepływu prądu oraz regulację mocy w wielu zastosowaniach przemysłowych i domowych.

Zapraszamy do poznania naszej oferty i skorzystania z rozwiązań, które dopasują się do Twoich potrzeb. Skontaktuj się z nami, aby odkryć więcej możliwości w zakresie elektroniki mocy.