Jak vypočítat sílu triaku?

V článku je uvedena metoda výpočtu provozního přetěžovacího proudu triaků, která umožňuje správně vybrat typ triaku pro daný provozní režim na základě technických charakteristik uvedených výrobcem.

Valentina Bogoderová
Vladimír Verevkin

Jednou z hlavních oblastí použití triaků jsou bezkontaktní spínače (AC spínače). Charakteristickým rysem provozu těchto zařízení je dopad na triak při každém jeho zapnutí nadproudem, jehož velikost a doba trvání je dána povahou zátěže.

Doporučené metody výpočtu provozního přetěžovacího proudu [1, 2] jsou bohužel obecného charakteru a neumožňují provádět výpočty pouze na základě údajů uvedených v informačních katalozích pro triaky.

Pracovní proud přetížení I_{T ( OV}) je proud v zapnutém stavu, který by při trvalém protékání způsobil překročení maximální dovolené efektivní teploty přechodu, ale který je časově omezen tak, že tato teplota není překročena.

Výkon rozptýlený v triaku je určen vzorcem:

kde U_T(_NA) – prahové napětí, r_T – dynamický odpor, I_TRMS je efektivní hodnota sinusového proudu. Ze vzorce (1):

Hodnota proudu amplitudy:

Označme I_m jako provozní proud přetížení, tzn

Maximální přípustný výkon rozptýlený triakem závisí na maximální dovolené teplotě jeho přechodu, předchozím zatížení triaku, okolní teplotě a tepelném odporu triaku a chladiče:

kde δТ_m — maximální přehřátí spoje v důsledku toku přetěžovacího proudu; t— doba toku přetěžovacího proudu; Z(_{th) studna} (t) — tepelný odpor triaku s chladičem najednou t, odpovídající době trvání přetížení.

Maximální přípustné přehřátí triakového přechodu přetížením za předpokladu, že přetížení předcházel zatěžovací proud I_předchozí, je určeno vzorcem:

kde Tj_m — maximální přípustná teplota pn-přechod, T_a – okolní teplota, kf — aktuální tvarový koeficient, R_{th a} je tepelný odpor triaku s chladičem v ustáleném stavu a P_a – průměrná hodnota ztrátového výkonu z předchozího sinusového zatěžovacího proudu, vypočtená podle vzorce:

Určit závislost maximálního přehřátí triaku δТ_m od ztráty výkonu P_m (1) představujeme uvolněný výkon ve formě pravoúhlých pulzů ekvivalentních sinusovým (obr. 1).

Obr. 1. Teplotní graf p_n_přechod při sinusovém proudovém zatížení

Doba trvání pravoúhlých proudových impulsů, výkonově ekvivalentní sinusovým proudovým impulsům při přetížení, je určena vzorcem:

trvání ekvivalentního výkonového impulsu, t_и – trvání sinusového pulzu a

V závislosti na I_m hodnota x se pohybuje od 0,5 do 0,64. Vezměme to x = 0,6. Pak trvání ekvivalentních obdélníkových pulzů:

S frekvencí sinusového proudu f= trvání pulsu 50 Hz t_и = 10 ms. Tedy trvání ekvivalentního impulsu f06 = 0,6×10 = 6 ms.

Maximální teploty přechodu budou na konci nekvivalentní puls, to znamená v časech: 6 ms, 16 ms, 26 ms, 36 ms, …, (k -1) t_и + f06 , kde k= 1, 2, 3, … – číslo impulzu v pořadí (obr. 1).

Pokud doba trvání přetížení t, pak počet celočíselných sinusových impulsů

Vezměme například dobu přetížení 30 ms. Potom počet celočíselných sinusových impulsů: n = 30 / 10 = 3.

Třetí ekvivalentní impuls končí 26 ms od začátku přetížení. To znamená, že v tomto okamžiku bude přehřátí maximální:

Pokud počet proudových impulsů n, pak rovnici (9) v obecném tvaru můžeme zapsat následovně

Pro proud při přetížení, vezmeme-li v úvahu rovnice (2), (3), (4), (5) a (10), získáme:

Pro případy, kdy počet pulsů n velký (s t≥ 1), tepelný odpor zařízení lze zprůměrovat pomocí vzorce

Pro proud při přetížení s frekvencí 50 Hz a dobou trvání delší než jedna sekunda:

S přihlédnutím k hodnotám f06 = 6 ms a t = 10 ms rovnice (13) bude zapsána:

Při zohlednění (14) velikosti přetěžovacího proudu I_{Т ( OV}) trvající déle než 1 s dostaneme

Provozní proud přetížení lze tedy přibližně vypočítat pomocí vzorců (11) a (15) pomocí závislosti tepelného odporu na čase.

V případě, že provozní proud přetížení teče ihned po zapnutí triaku, to znamená, když je předchozí zátěžový proud nulový –

Všechny parametry nutné pro výpočet jsou uvedeny v informačním katalogu pro tento typ triaku. Závislost přechodového tepelného odporu Z od času t stanoveny experimentálně a prezentovány v katalogu na grafech.

Například graf závislosti Z z t pro triak TS142-80 má tvar znázorněný na Obr. 2.

Obr. 2. Závislost přechodového tepelného odporu „junction-case“ Zthjc (1) a „přechodové prostředí“ Zthja (2) čas od času t s přirozeným chlazením na standardním chladiči při okolní teplotě Ta = 40 ° C

S použitím navržených vzorců je tedy možné provádět technické výpočty provozního přetěžovacího proudu triaků. Výpočet lze provést na základě údajů uvedených v informačním katalogu [5]. N

Literatura

1. Rabinerson A. A., Ashkinazi G. A. Režimy zatížení výkonových polovodičových zařízení. M.: „Energie“. 1976.
2. Výpočet výkonových polovodičových součástek / Edited by V. A. Kuzmin. M.: „Energie“. 1980.
3. Shper V. L. O ekvivalentním pulzním výkonu // Elektrotechnický průmysl: Technologie převodníků. Vydání 6 (125). 1971.
4. Silikonové řízené ventily – tyristory / Překlad z angličtiny upravili V. A. Labuntsov a A. F. Sviridov. M.: „Energie“. 1964.
5. Katalog “Výkonové polovodičové součástky: diody, tyristory, triaky pinového provedení pro proudy 10-125 A.” LLC “Element-Converter” 2004.