Alternistor snubberless что такое симистор

Что такое симистор, как он работает и для чего нужен

Симистор является полупроводниковым прибором. Его полное название – симметричный триодный тиристор. Его особенность – возможно проводить ток в обе стороны. Данный элемент цепи имеет три вывода: один является управляющим, а два других силовыми. В этой статье мы рассмотрим принцип работы, устройство и назначение симистора в различных схемах электроприборов.

Конструкция и принцип действия

Особенность симистора является двунаправленной проводимости идущего через прибор электрического тока. Конструкция устройства строится на использовании двух встречно-параллельных тиристоров с общим управлением. Такой принцип работы дал название от сокращенного «симметрические тиристоры». Поскольку электроток может протекать в обе стороны, нет смысла обозначать силовые выводы как анод и катод. Дополняет общую картину управляющий электрод.

Условное обозначение на схеме по ГОСТ:

Внешний вид следующий:

В симисторе есть пять переходов, позволяющих организовать две структуры. Какая из них будет использоваться зависит от места образования (конкретный силовой вывод) отрицательной полярности.

Как работает симистор? Исходно полупроводниковый прибор находится в запертом состоянии и ток по нему не проходит. При подаче тока на управляющий электрод, последний переходит в открытое состояние и симистор начинает пропускать через себя ток. При работе от сети переменного тока полярность на контактах постоянно меняется. Схема, где используется рассматриваемый элемент, при этом будет работать без проблем. Ведь ток пропускается в обоих направлениях. Чтобы симистор выполнял свои функции, на управляющий электрод подают импульс тока, после снятия импульса ток через условные анод и катод продолжает протекать до тех пор, пока цепь не будет разорвана или они не будут находится под напряжением обратной полярности.

При использовании в цепи переменного тока симистор закрывается на обратной полуволне синусоиды, тогда нужно подавать импульс противоположной полярности (той же, под которой находятся «силовые» электроды элемента).

Принцип действия системы управления может корректироваться в зависимости от конкретного случая и применения. После открытия и начала протекания подавать ток на управляющий электрод не нужно. Цепь питания разрываться не будет. При надобности отключить питание следует понизить ток в цепи ниже уровня величины удержания или кратковременно разорвать цепь питания.

Управляющие сигналы

Чтобы добиться желаемого результата с симистором используют не напряжение, а ток. Чтобы прибор открылся, он должен быть на определённом небольшом уровне. Для каждого симистора сила управляющего тока может быть разной, её можно узнать из даташита на конкретный элемент. Например, для симистора КУ208 этот ток должен быть больше 160 мА, а для КУ201 —не менее 70 мА.

Полярность управляющего сигнала должна совпадать с полярностью условного анода. Для управления симистором часто используют выключатель и токоограничительный резистор, если он управляется микроконтроллером – может понадобиться дополнительная установка транзистора, чтобы не сжечь выход МК, или использовать симисторный оптодрайвер, типа MOC3041 и подобных.

Четырёхквадрантные симисторы могут отпираться сигналом с любой полярностью. В этом преимуществе есть и недостаток – может потребоваться увеличенный управляющий ток.

При отсутствии прибор заменяется двумя тиристорами. При этом следует правильно подбирать их параметры и переделывать схему управления. Ведь сигнал будет подаваться на два управляющих вывода.

Достоинства и недостатки

Для чего нужен рассматриваемый полупроводниковый прибор? Самый популярный вариант использования – коммутация в цепях переменного тока. В этом плане симистор очень удобен – используя небольшой элемент можно обеспечить управление высоковольтного питания.

Популярны решения, когда им заменяют обычное электромеханическое реле. Плюс такого решения – отсутствует физический контакт, благодаря чему включение питания становится надежнее, переключение бесшумным, ресурс на порядки больше, быстродействие выше. Еще одно достоинство симистора – относительно невысокая цена, что вместе с высокой надёжностью схемы и временем наработки на отказ выглядит привлекательно.

Полностью избежать минусов разработчикам не удалось. Так, приборы сильно нагреваются под нагрузкой. Приходится обеспечивать отвод тепла. Мощные (или «силовые») симисторы устанавливают на радиаторы. Ещё один недостаток, влияющий на использование, это создание гармонических помех в электросети некоторыми схемами симисторных регуляторов (например, бытовой диммер для регулировки освещенности).

Отметим, что напряжение на нагрузки будет отличаться от синусоиды, что связано с минимальным напряжением и током, при которых возможно включение. Из-за этого подключать следует только нагрузку, не предъявляющую высоких требований к электропитанию. При постановке задачи добиться синусоиды такой способ коммутации не подойдёт. Симисторы сильно подвержены влиянию шумов, переходных процессов и помех. Также не поддерживаются высокие частоты переключения.

Область применения

Характеристики, небольшая стоимость и простота устройства позволяет успешно применять симисторы в промышленности и быту. Их можно найти:

На этом перечень, где используется этот полупроводниковый прибор, не ограничивается. Применение рассматриваемого проводникового прибора осуществляется практически во всех электроприборах, что только есть в доме. На него возложена функция управления вращением приводного двигателя в стиральных машинках, они используются на плате управления для запуска работы всевозможных устройств – легче сказать, где их нет.

Основные характеристики

Рассматриваемый полупроводниковый прибор предназначен для управления схемами. Независимо от того, где в схеме он применяется, важны следующие характеристики симисторов:

Вот мы и рассмотрели, что такое симистор, за что он отвечает, где применяется и какими характеристиками обладает. Рассмотренные простым языком теоретические азы позволят заложить основу для будущей результативной деятельности. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Источник

Симистор — принцип работы для чайника. Простыми словами показываю устройство, основы формирования электронного ключа, какие условия необходимо создать для его правильного переключения, как оценить работоспособность — 5 методик

Меня до сих пор малость смущает слово «чайник», хотя и применил его в названии статьи: “ Симистор — принцип работы для чайника”. Этот жаргон внедрен поколением людей, выросших вместе с компьютерными технологиями. Так они подчеркивают новичка, которому надо все подробно объяснять.

В этом жанре я постарался изложить всю информацию. Старые, бывалые электрики и так хорошо знают эту тему.

Что такое симистор и как он выглядит — кратко

Словосочетание «симметричный триодный тиристор» на английский язык переводится как symmetrical triode thyristor. Его же именуют triode for alternationg current (триод для переменного тока). Или сокращенно — triac (триак).

Все эти названия общеприняты, они встречаются в технической литературе. Вы можете столкнуться с любым из них.

Показываю фотографиями наиболее типичные конструкции корпусов, с которыми выпускаются эти полупроводниковые приборы.

На фото любого из них хорошо видно три контактных вывода. Они совместно с устройством корпуса изготавливаются под мощность номинальной нагрузки, которую должны передавать и коммутировать в режиме ключа.

Что такое ключ в электронике и электрике — образное пояснение

Сравним его работу с устройством входной двери, закрытой на замок.

Человек без ключа не сможет через нее пройти: замок надежно закрыт. Владелец квартиры и его доверенные люди имеют ключ, открывают дверь, свободно проникают в помещение.

Точно так же работают ключи в электрике, пропуская нагрузку. Только они управляются по команде и бывают трех типов:

Электрический ток совершает работу, например, освещает помещение. А ключ позволяет человеку управлять этим процессом за счет использования определенных технологий. Они разрешают коммутировать силовые контакты и даже выполнять дополнительные действия.

Таблица: как работает электрический ключ

Основным недостатком механических и электромагнитных ключей является переключение силовых контактов, вынужденно разрывающих цепь нагрузки.

При этом возникает электрическая дуга, выжигающая поверхность контактирующих металлов.

Она же может стать причиной пожара или взрыва горючих сред.

Электронные ключи работают без дуги. Они имеют уменьшенные габариты, удачно вписываются внутри корпусов электроприборов.

Как происходит управление симистором: основные принципы

Электронные элементы (диоды, транзисторы, тиристоры, триаки) создаются под различные задачи, имеют разное количество полупроводниковых слоев. Понять принципы управления триаком нам поможет метод освоения информации от простого к сложному.

Основы протекания тока в полупроводниках я уже описывал ранее. У диода, состоящего из двух «p» и «n» переходов носителями зарядов выступают дырки и электроны.

При прямом подключении источника напряжения с нагрузкой образуется ток, а при обратном — прекращается. Этот процесс наглядно описывается вольт-амперной характеристикой (показана справа).

Такой алгоритм заложен в работу одного p-n перехода. По мере усложнения конструкции элементов их количество понемногу увеличивается.

Схема включения транзистора: 2 типа конструкций

Для начала уточняю возможности биполярных моделей.

Как работает биполярный транзистор

В работе этого ключа участвует два полупроводниковых перехода. Биполярный транзистор создается с одной из двух возможных структур:

Кратко привожу пример устройства и работы по первому варианту.

В правой части картинки показаны характеристики зависимости токов через эмиттер и коллектор от приложенного напряжения на участках цепи эмиттер-база и коллектор-база.

Состояние полупроводниковых переходов меняется величиной приложенного к ним напряжения, чем достигают один из четырех режимов:

При эксплуатации используют в основном два последних режима за счет изменения тока через базу. Его прекращение закрывает ток через нагрузку, подключенную к коллектору, а подача с номинальным значением — открывает, то есть переводит в режим насыщения.

Конструкции с n-p-n переходами работают по этим же принципам, но направления токов у них меняются.

Как работает полевой (униполярный) транзистор

Рассмотрим на примере n-канальной структуры p-n-p. Для нашего случая этого вполне достаточно.

Ширина канала и тока Ic через сток и исток увеличивается при введении положительного напряжения на затвор (Uзи). Оно может достигать определенного порогового значения, при котором происходит закрытие транзистора.

Выходная ВАХ зависит от напряжения между стоком и истоком (Uси).

Подобные схемы отличаются повышенным быстродействием по отношению даже к биполярным модулям.

Схема включения тиристора: 2 варианта подключения для цепей постоянного и переменного тока

Этой теме я уже посвятил отдельную статью на своем блоге. Здесь же вкратце показываю, что в его структуре работает уже не три, а четыре полупроводниковых перехода, например, p-n-p-n.

Такую схему можно упрощенно представить составленной из двух одинаковых транзисторов (2 транзисторных ключа, подключенных встречно с коммутацией базы одного на коллектор другого).

ВАХ тиристора имеет две области смещений и 4 режима, из которых нас интересует только два:

Они находятся в первом квадранте. Посмотрите внимательно на эту область. Она нам пригодится при уяснении работы триака.

Как подключают тиристоры для управления нагрузкой в бытовой сети 220 вольт

Возьмем за основу предыдущую схему и дополнительно включим в нее еще один тиристор со своей цепочкой управления. Так появится двухполупериодное выпрямление на нагрузке R.

Оно же вырабатывается на триаке.

Схема включения симистора: как создается уникальная ВАХ

Принципиально triac (симметричный управляемый диод) можно представить состоящим из тиристоров, собранных встречно параллельно. Поэтому его на электрических схемах так и обозначают.

Другими словами: триак работает как с прямым направлением тока, так и обратным.

Структуру его полупроводниковых слоев можно представить следующим видом.

А их вольт амперная характеристика в первом квадранте работает как у тиристора (прямые токи), а в третьем — симметрично вывернута (обратное направление), что еще раз демонстрирует принцип действия triac.

Такой полупроводник при эксплуатации отличается:

При этом надо учитывать, что он:

Технические возможности триака позволяют создавать на его основе не только электрические ключи, коммутирующие различные цепи, но и всевозможные регуляторы:

Как работает регулятор мощности на симисторе: самая простая схема из пяти доступных деталей и поясняющее видео

Сразу замечу, что новичка может ввести в заблуждение общепринятое слово «регулятор». Технически правильнее назвать сие изделие «ограничитель».

Схем, работающих на этом принципе, разработано очень много. Они используются, как в промышленности, так и при самостоятельном изготовлении. Дальше предлагаю ознакомиться с одной из простейших.

Такую конструкцию можно собрать своими руками новичку для получения практических навыков, поместить ее в небольшую коробочку. Она при размещении на теплоотводящем радиаторе позволяет управлять нагрузкой до 5 киловатт.

В работе схемы участвует всего 5 деталей:

Конструктивно регулятор можно выполнить простым навесным монтажом или разместить на монтажной плате. Это не принципиально, деталей мало.

Эта конструкция позволяет регулировать:

В принципе это обычный диммер. Подобные изделия продаются в магазинах для ламп накаливания. Только он отличается небольшими доработками, упрощениями, не подходит к светодиодным и энергосберегающим источникам. Возможно их мерцание.

Схема не обеспечивает сохранение мощности на валу двигателя: при увеличении нагрузки, например, усиленном вдавливании резца в обрабатываемую деталь, обороты ротора падают.

Она вполне рабочая, но упрощена до минимума деталей. В ней даже трудно выделить все 4 основных узла, присущих подобным регуляторам. А это:

Для любителей смотреть видеоролики рекомендую обратить внимание на видеоматериал Ростислава Михайлова, где он довольно доступно разъясняет эти 4 принципы работы симмисторного регулятора мощности.

Как проверить симистор новичку: 4 популярных способа с показом преимуществ, недостатков и типичных ошибок

Вопрос проверки возникает после того, когда выяснилось, что наш электроприбор стал неправильно работать или вообще отказал. При этом мы вначале осматриваем triac внешне.

Если на корпусе заметны трещины, сколы, следы нагара, то ему открыт путь в утиль. В остальных случаях требуется оценить работоспособность. Нужны проверки электрических характеристик. Для этого необходимо:

Например, в интернете не сложно найти подобные сведения на симистор BTA-41600B, который работает в предыдущей схеме. Показываю их обычным скриншотом.

Я взял самый необходимый минимум. Нам важно определиться с критическими значениями параметров, запомнить их, не превысить при проверках. Иначе можем повредить исправный модуль, что новички делают часто.

Во время выполнения электрических проверок понимаем, что в подавляющем большинстве случаев неисправность может проявиться всего двумя дефектами:

При этом учитываем, что обычный замер величин сопротивления между контактами не эффективен: требуется оценить в работе открытие и закрытие полупроводниковых переходов.

Дальше привожу четыре методики, которые позволяют с вероятностью до 95% выявить все неисправности. Как довести этот результат до 100% я объясняю в конце статьи.

Как проверить симистор на исправность за 6 шагов: только батарейка и лампочка

Эта методика подходит для триаков, которые стоят в бытовой технике: посудомоечных или стиральных машинах, пылесосах, блоках питания…

Шаг №1. Подготовка к проверке

Один провод (показал черным цветом) разрезаем посередине и припаиваем к его концам контакты лампочки.

После этого нам нужно убедиться в исправности батарейки и лампочки: крокодилы черного провода подключаем на клеммы источника питания, наблюдаем свечение. Если его нет, то выясняем причину.

Здесь же желательно измерить ток в этой цепочке: такая нагрузка будет подаваться на контакты проверяемого triac. Его нельзя спалить.

Шаг №2. Сборка схемы проверки

Ранее мы уже выяснили: какая клемма у симистора является управляющим электродом (G). Цепляем на нее зажим белого провода. Второй конец никуда не подключаем.

На оставшиеся контакты полупроводника (Т1 и Т2) сажаем зажимы от двух других проводов.

Вторые концы черного и синего проводов соединяем произвольно с клеммами батарейки (+) и (-).

Шаг №3. Проверка закрытого состояния полупроводника

Наблюдаем отсутствие загорания нити накала у лампочки. Поскольку она включена в разрыв силового перехода, то делаем вывод об его исправности: закрыт.

Возникновение же свечения будет свидетельствовать об образовании внутреннего шунта, что является дефектом.

Шаг №4. Проверка открытия полупроводникового перехода

Подача команды на запуск триака осуществляется кратковременной коммутацией (легким касанием и быстрым снятием) оголенного конца белого провода (G) на вывод Т2.

Этим действием мы подаем напряжение управления на симметричный управляемый диод при подключенном к его силовым выводам источнике тока, а затем снимаем.

Исправный triac откроется, лампочка засветится. Отсутствие свечения — явный признак внутренних повреждений.

Шаг №4. Проверка закрытия полупроводникового перехода

Выполняется кратковременным шунтированием (установкой перемычки) между силовыми выводами T1 и T2.

Лампочка погасла — переход исправен, осталась гореть — дефект полупроводника или перемычки (иногда «кривые руки» проверяющего).

На этом проверка одной части схемы триака (обычный тиристор) считается законченной.

Шаг №5. Сборка схемы проверки второй части triac

Симистор состоит из двух тиристоров. Дальше нам остается оценить его вторую половинку, проводящую ток в противоположном направлении.

Шаг №6. Проверка работоспособности второй части

Повторяем последовательно все действия, расписанные выше в шагах №3, 4, 5. Убеждаемся, что второй переход:

Эта методика позволяет источником постоянного тока с низким напряжением оценить косвенным способом состояние полупроводниковых переходов, коммутирующие цепи 220 вольт.

Как проверить симистор тестером: 2 особенности, которые надо знать и учитывать

Показываю на примере своей старенькой, но полностью рабочей цешки Ц4324, отмеченной знаком качества в семидесятых годах прошлого века.

Тестер может измерять сопротивление в двух режимах:

За счет переключателей режимов величина напряжения в разных позициях меняется. Показываю это фотографиями.

В положении омметра я своим карманным мультиметром замерил на выходных клеммах цешки всего 0,14 вольта.

Перевел ее в режим килоометра kΩ×1. Тестер выдает почти 3 вольта (напряжение открытия BTA-41600B составляет 1,5).

В обоих случаях стрелка прибора установилась на значок бесконечности (∞).

При проверках triac вам надо учитывать эту особенность, ибо значения 0,14 вольта явно не хватит для открытия полупроводникового перехода. Поэтому вы можете совершить ошибку: забраковать исправный прибор. Уточните характеристики своего тестера заранее.

Дальнейшая технология проверки триака тестером повторяет только что разобранную методику. Просто в нашем измерительном приборе уже имеется встроенный источник питания и внутренняя схема, выполняющая функцию нагрузки.

Индикатором протекания тока через силовые выводы полупроводника служит стрелка цешки, указывающая величину сопротивления подключенной цепочки.

Методика проверки за 5 шагов

Шаг №1. Сборка схемы

Тестер переводим в режим измерения сопротивлений. Его концы соединяем с силовыми выводами триака Т1 и Т2. На управляющий контакт G подключаем отдельный зажим с проводом.

Шаг №2. Оценка состояния закрытого перехода

На тестере смотрим положение стрелки:

Шаг №3. Оценка срабатывания

Закорачиваем вывод G на Т2 и снимаем провод. Наблюдаем открытие триака по отклонению стрелки.

В зависимости от модели и конструкции сопротивление исправного модуля составит примерно 20-80 Ом. При внутреннем обрыве оно не изменится.

Шаг №4. Оценка закрытия перехода

Кратковременно закорачиваем выводы Т1 и Т2. Исправный прибор закроется, стрелка тестера вернется на положение ∞.

Шаг №5. Оценка работоспособности второй части симистора

Чтобы сменить направление тока через силовой переход переключим концы на тестере.

После этого выполняем шаги №2, 3, 4. Каждый раз анализируем состояние триака.

Как проверить симистор мультиметром

При таком способе также важно оценить выходное напряжение прибора в режиме измерения сопротивлений. Показываю фотографией свой замер, который делал тестером. Результат — 3,6 вольта (9 делений из 30 на шкале +12 V).

Важно: до выполнения проверки оцените возможности своего мультиметра.

Если ваш прибор подходит по выходному напряжению, то с его помощью смело проходите все пять шагов, которые я расписал для тестера. Повторятся не вижу смысла.

Тестер проверки симисторов: 2 варианта исполнения

Радиолюбители и промышленность разработали много полезных схем и конструкций для определения работоспособности различных электронных деталей. Новичкам полезно иметь следующий прибор.

Заводской тестер проверки симисторов

В торговле можно приобрести относительно дешево модуль LCR-T4 12864 9V или ему подобный. Он позволяет быстро и наглядно отслеживать состояние различных полупроводников, показывает их внутреннюю схему и характеристики.

Тестер проверки симисторов и тиристоров своими руками: как сделать и пользоваться

Привожу относительную простую схему, которую может спаять электрик начального уровня.

В качестве входного трансформатора можно использовать любой готовый с двумя выходными обмотками на 9 вольт и нагрузкой порядка 0,3 А. Его же не сложно рассчитать и намотать своими руками.

Со стороны 220 вольт трансформатор защищает плавкая вставка на 0,1 А.

Конденсаторы С1, С2, С5, С6, С7, С8: это электролиты с напряжением на 16 вольт, а остальные — керамические. Диодным мостом может работать любая сборка с напряжением на 50 вольт и током 1 ампер.

Выпрямительные диоды VD2 и VD3 подбираются по току 300 мА и напряжению 25 вольт.

Микросхемы: 7805 (аналог КР142ЕН5А, КР142ЕН5В) и 7905 (аналог КР1162ЕН5А, КР1162ЕН5Б, КР1179ЕН05).

Лампочка сигнализации — на 12 вольт, 0,15 ампера или близкая к этим параметрам.

Как пользоваться тестером

Испытания тиристоров и симисторов выполняются по одному индивидуально. Их устанавливают в соответствующие гнезда «Анод», «Катод», «Управляющий электрод».

Ключ тока управляющего электрода SA2 вначале устанавливают в положение, соответствующее открытию перехода. Переключатель SA1 — «Прямое напряжение».

Включают питание 220.

Как проверять тиристор

Шаг 1. После подачи питания на схему наблюдаем отсутствие свечения лампочки: закрытие полупроводникового перехода.

Шаг 2. Срабатываем кнопку SB2 «Запуск +». Контролируем загорание лампочки. Отпускаем кнопку — наблюдаем, что лампочка не тухнет и продолжает светиться (переход открыт).

Шаг 3. Срабатываем кнопку SB1 «Сброс». Контролируем погасание лампочки (закрытие перехода).

Как проверять симистор

Шаг 1. Устанавливаем модуль в гнезда, выполняем все три шага проверки тиристора.

Шаг 2. Переключаем ключ SA1 в положение — «Обратное напряжение».

Шаг 3. Срабатываем кнопку SB2 «Запуск +». Контролируем загорание лампочки. Отпускаем кнопку — наблюдаем, что лампочка не тухнет и продолжает светиться (переход открыт).

Шаг 4. Срабатываем кнопку SB1 «Сброс». Контролируем погасание лампочки (закрытие перехода).

Заключительный вывод

100% результат способна гарантировать только полная проверка в условиях эксплуатации с реальной нагрузкой и замером выходных характеристик.

Для ее выполнения потребуется:

Только новичкам самостоятельно я не рекомендую делать такую проверку: она опасна и требует навыков работы под напряжением в действующих цепях, умения пользоваться сложными измерительными приборами.

В бытовых условиях проверяйте семистор любой из описанных выше методик пониженным напряжением. Они не представляют повышенной опасности.

Источник