Что такое симистор, как он работает и для чего нужен

Симистор — это полупроводниковый прибор. Его полное название — Симметричный триодный тиристор. Его особенность — возможность проводить ток в обоих направлениях. Этот элемент микросхемы имеет три контакта: один — управляющий, а два других — силовые. В этой статье мы рассмотрим принцип работы, устройство и назначение симистора в различных схемах электрооборудования.

  • Конструкция и принцип работы
  • Сигналы управления
  • Преимущества и недостатки
  • Область применения
  • Основные характеристики

Конструкция и принцип действия

Характерной особенностью симистора является двунаправленная проводимость электрического тока через устройство. Конструкция устройства основана на использовании двух тиристоров встречного вращения с общим управлением. От этого принципа работы и произошло краткое название «симметричные тиристоры». Поскольку электрический ток может течь в обоих направлениях, нет смысла маркировать силовые кабели как аноды и катоды. Завершает картину управляющий электрод.

Условное обозначение на схеме соответствует ГОСТу:

Внешний вид такой:

В симисторе пять стыков, что позволяет организовать две конструкции. Какой из них будет использоваться, зависит от места изготовления (конкретного шнура питания) с отрицательной полярностью.

Как работает симистор? Первоначально полупроводниковый прибор находится в заблокированном состоянии, и ток через него не протекает. Когда ток подается на управляющий электрод, управляющий электрод переходит в разомкнутое состояние, и симистор начинает пропускать через него ток. После подключения к сети переменного тока полярность контактов постоянно меняется. Схема, использующая этот элемент, будет работать без проблем. Ведь ток течет в обоих направлениях. Для того, чтобы симистор выполнял свои функции, на управляющий электрод подается импульс тока, после снятия импульса ток продолжает течь через анод и условный катод до тех пор, пока цепь не разомкнется или их полярность не изменится на обратную.

При использовании в цепи переменного тока симистор замыкается на обратной полуволне синусоидальной волны, а затем должна быть импульсная противоположная полярность (такая же, под которой находятся «силовые» электроды элемента).

Принцип работы системы управления может быть адаптирован к конкретному случаю и применению. После того, как он был открыт и поток пошел, нет необходимости подавать ток на управляющий электрод. Цепь питания не будет нарушена. Если необходимо отключить питание, ток в цепи должен быть ниже поддерживаемого значения или цепь питания должна быть прервана на короткое время.

Управляющие сигналы

Для достижения желаемого результата с симистором используется ток, а не напряжение. Для того, чтобы устройство открылось, оно должно быть на определенном низком уровне. Управляющий ток может быть разным для каждого симистора и может быть получен из каталожной карточки данного элемента. Например, для симистора KU208 этот ток должен быть больше 160 мА, а для KU201 не менее 70 мА.

Полярность управляющего сигнала должна соответствовать полярности условного анода. Переключатель и токоограничивающий резистор часто используются для управления симистором, если им управляет микроконтроллер — вам может потребоваться дополнительный установочный транзистор, чтобы избежать сжигания выхода микроконтроллера, или использовать симистор оптического привода, типа MOC3041 и тому подобное.

Четырехквадрантные симисторы могут разблокироваться при любой полярности сигнала. Это преимущество имеет тот недостаток, что может потребоваться повышенный ток возбуждения.

При отсутствии устройства его заменяют двумя тиристорами. В таком случае следует правильно выбрать их параметры и изменить схему управления. В итоге сигнал поступит на два управляющих выхода.

Достоинства и недостатки

Для чего нужен полупроводниковый прибор? Наиболее распространенный вариант использования — переключение в цепях переменного тока. В этом плане симистор очень удобен — с помощью небольшого элемента можно обеспечить регулировку мощности высокого напряжения.

Популярные решения — замена обычного реле.электромеханический. Преимущество такого решения — отсутствие физического контакта, что делает подключение питания более надежным, бесшумное переключение, ресурс на порядки больше, скорость выше. Еще одним преимуществом симистора является его относительно невысокая цена, что в сочетании с высокой надежностью системы и наработкой на отказ выглядит привлекательно.

Полностью избежать этих недостатков разработчикам не удалось. Поэтому под нагрузкой устройства нагреваются. Они должны обеспечивать отвод тепла. На радиаторах установлены мощные симисторы (или «силовые»). Еще один недостаток, влияющий на использование, — это образование гармонических помех в сети. некоторые схемы симисторного регулятора (например, бытовой диммер для диммирования).

Обратите внимание, что напряжение на нагрузке будет отличаться от синусоидального сигнала из-за минимального напряжения и тока, при которых возможно переключение. По этой причине подключайте только те нагрузки, которые не требуют большой мощности. Этот метод переключения не подходит для синусоидальных нагрузок. Симисторы сильно подвержены влиянию шума, переходных процессов и помех. Также не поддерживаются высокие частоты переключения.

Область применения

Характеристики, невысокая стоимость и простота устройства позволяют успешно использовать симисторы в промышленности и в быту. Их можно найти в:

  1. В стиральной машине.
  2. Духовки.
  3. В духовках.
  4. В электродвигателе.
  5. В дрели и перфораторы.
  6. В посудомоечной машине.
  7. Управление освещением.
  8. Пылесос.

Список мест, где используется данный полупроводниковый прибор, этим не ограничивается. Применение рассматриваемого проводного устройства осуществляется практически во всех электроприборах, которые есть только в домашних условиях. Он загружен функцией управления вращением приводного двигателя в стиральных машинах, они используются на плате управления для запуска всевозможных устройств — проще сказать, где их нет.

Основные характеристики

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

  1. Максимальное напряжение. Это значение, которое теоретически при достижении на питающих электродах не вызовет отказа. Фактически, это максимально допустимое значение при сохранении диапазона температур. Будьте осторожны — даже кратковременное превышение может вывести из строя этот элемент схемы.
  2. Максимальный кратковременный импульсный ток в открытом состоянии. Пиковое значение и допустимый период в миллисекундах.
  3. Диапазон рабочих температур.
  4. Управляющее напряжение отключения (соответствует минимальному постоянному току отключения).
  5. Время включения.
  6. Минимальный управляющий ток постоянного тока, необходимый для активации устройства.
  7. Максимальное напряжение повторяющегося импульса в закрытом состоянии. Этот параметр всегда указывается в сопроводительной документации. Указывает критический уровень напряжения, который является максимальным пределом для устройства.
  8. Максимальное падение напряжения на симисторе в открытом состоянии. Указывает предел напряжения, которое может быть установлено между силовыми электродами в открытом состоянии.
  9. Критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии и напряжения в закрытом состоянии. Указывается в амперах и вольтах в секунду соответственно. Превышение рекомендованных значений может привести к сбою или ошибочному открытию позиций. Убедитесь, что условия эксплуатации соответствуют рекомендуемым значениям, и избегайте помех, превышающих указанные значения.
  10. Корпус симистора. Важен для тепловых расчетов и влияет на рассеиваемую мощность.

Здесь мы рассмотрели, что такое симистор, за что он отвечает, где применяется и какими свойствами обладает. Теоретические основы, изложенные простым языком, позволят вам заложить основы будущей продуктивной деятельности. Надеемся, эта информация была для вас полезной и интересной!