triakový regulátor

úvod

Triakový regulátor patří mezi zapojení, které si rád vyzkouší každý bastlíř. Nejčastěji jej nalezneme v aplikacích řízení jasu žárovky, výkonu ohřevu topného tělesa či otáček univerzálního motorku vrtačky. O regulátoru toho bylo napsáno mnoho, a proto pouze připomeneme, že zajišťuje nespojité řízení efektivního napětí na zátěži. Nevýhodou triviální konstrukce je rušení způsobené neharmonickým průběhem napětí, které lze odstranit pouze dobře navrženým filtrem. Tímto se zde nebudeme zabývat.

popis činnosti

Moment sepnutí triaku v rámci půlperiody síťového napětí ovlivňuje časová konstanta RC článku tvořeného součástkami R3, R5, R6, C2 a průrazné napětí diaku D1. Čím je časová konstanta větší (=větší fázový posuv a nižší dosažitelné napětí na C2), tím déle trvá uvedení triaku T1 do vodivého stavu a tím klesá efektivní hodnota napětí na zátěži. R3 definuje minimální časovou konstantu a zároveň i maximální dobu otevření T1 během půlperiody síťového napětí, která byla v tomto zapojení změřena jako 9,5ms (171° neboli 95%). Oproti tomu R6 zajišťuje minimální dobu otevření T1, která byla změřena jako 1,4ms (25,2° neboli 14%). Testovací zátěží byla obyčejná 40W žárovka. Diak D1 po překročení svého průrazného napětí (cca 32V) umožní odvedení náboje z C2 a tím zapálení T1. R1 a C1 je tzv. zhášecí člen, který se uplatňuje při ovládání induktivní zátěže. V okolí průchodu síťového napětí nulou, kdy dochází k poklesu proudu s velkou strmostí, nahrazuje proudu uzavírající se cestu triakem. Tím se omezí časová změna napětí na T1 a potlačí tzv. samozápaly způsobené překročením kritické hodnoty (du/dt)c. Další funkcí je omezení napěťové špičky a ochrana T1 před průrazem. Posledními součástkami jsou R2, R4, D2 až D5, které eliminují hysterezi okamžiku zápalu T1 při změně směru otáčení potenciometrem R5. Počáteční napětí 0V na C2 je neměnné pro každou půlperiodu a každou pozici nastavení R5. Tento nápad byl převzat z Lit.1).

deska plošných spojů

DPS je navržena jako dvoustranná, kde spoje ze strany součástek tvoří pouze rozlitá měď připojená na ochranný vodič PE. V případě výroby jednostranné desky nebude zajištěno propojení PE mezi vstupem a zátěží. Toto je nutné provést mimo DPS. Kromě šroubovacích svorkovnic určených k připojení sítě a zátěže DPS obsahuje montážní otvory v rozích propojené s PE. Při montáži DPS do kovového šasí pomocí kovových šroubků je tedy automaticky zajištěno dodatečné spojení šasí s PE (pokud je to žádoucí). Další výhodou návrhu DPS je možnost montáže potenciometru celkem čtyřmi způsoby. Potenciometr může být prostrčen skrz DPS shora/zdola nebo uchycen do šasí a k DPS připájen standardním způsobem též shora nebo zdola. Dvoustranná verze desky zajišťuje spojení kovového obalu potenciometru (montáž skrz DPS) s PE. Pro druhý případ je deska připravena k zastřižení a tím i dostatečnému přiblížení potenciometru k šasí. Pro správnou funkci potenciometru je potřeba jezdec propojit s jedním z krajů dráhy připájením drátové propojky. Podle toho, ke kterému kraji se připájí, je určen směr zvyšování napětí na zátěži při otáčení hřídelkou. Výkonový spoj, přes který teče proud zátěže, je možné posílit připájením silnějšího měděného drátu. DPS je přímo připravena na montáž triaků v pouzdře TOP3, ale po roztažení nožiček lze osadit i ty v pouzdře TO220 (mají stejné pořadí elektrod).

závěr

Na závěr uvádím i tři vzorce. Pomocí vztahu (1) lze zjistit efektivní hodnotu napětí na odporové zátěži v závislosti na úhlu otevření alfa (úhel, kdy dojde k otevření triaku). Vztah (2) je obdobný, ale používá úhel beta, který je definován jako úhel, po který je triak otevřen (tedy od alfa do 180°). Protože oba vztahy vyžadují zadání úhlu v radiánech, vztah (3) připomíná právě přepočet úhlu ze stupňů na radiány. Obrázek 1 ilustruje princip fázového řízení efektivního napětí na odporové zátěži. Uvedené zapojení bylo navrženo pro stmívač žárovek v pergole. Minimální otevření triaku je nastaveno na 14%, aby žárovky zcela nezhasly. Zařízení je zapojeno za vypínačem osvětlení a vůbec tedy nevadí, že je zátěž přímo připojena na fázi sítě. Zapojení bylo odzkoušeno s triakem BTA40-600B, který má pouzdro izolované, ale je třeba ho k DPS připojit pomocí kablíků.

Při uvádění do provozu je nezbytné dbát všech bezpečnostních zásad před úrazem elektrickým proudem. Zejména pozor na kovové pouzdro T1, které bývá vodivě spojeno s prostředním vývodem A2. A2 je přes zátěž připojen přímo na fázi sítě!

Lit.1)             Teccor brand Thyristors AN1003, str.404, obr. AN1003.12b

Článek byl otištěn v Praktické elektronice 5/2021 na str. 20-21