Les moteurs asynchrones sont très présents dans les applications industrielles. Il est possible de régler la vitesse de ces moteurs, grâce aux composants électroniques de puissance.

Le thyristor est un composant à semi-conducteur qui se comporte comme un interrupteur quand il reçoit une commande électrique sur sa gâchette. Cette propriété lui offre la possibilité de modifier à la demande le courant à travers une charge.

Mais le thyristor ne conduit que dans un sens, comme c’est le cas pour une diode de redressement standard.

Pour obtenir un courant alternatif variable à partir d'une source fixe, il faut utiliser deux thyristors montés en parallèle et de sens opposé.

Mais cela implique une commande séparée pour les deux gâchettes. Dans ce cas il est plus simple d’utiliser le TRIAC.

C’est quoi un TRIAC ?

TRIAC (TRIode Alternating Current), est un composant électronique de puissance, capable de conduire le courant dans les deux sens; il se comporte comme un interrupteur qu’il faut commander à la fermeture.

Symbole:

Le TRIAC possède une gâchette G et deux électrodes A1 et A2 :           

La cathode n’existe pas en tant que broche pour ce composant. Les broches A1 et A2 sont aussi appelées MT1 et MT2 (Master Terminal 1 et 2).

Caractéristique courant-tension:

La caractéristique du TRIAC est basée sur A1 pris comme référence. Les polarités de la courbe sont celles de A2 par rapport à A1 :

• V : Tension entre les broches A2 et A1 ;
• I_T : Le courant à l'état passant;
• V_DRM : Tension maximale répétitive à l'état bloqué dans le sens direct,
• V_RRM : Tension maximale répétitive à l'état bloqué dans le sens inverse,
• I_H : Courant de maintien, en dessous de cette valeur le TRIAC ne laisse plus passer de courant entre A1 et A2,
• V_BO : Tension de retournement, valeur à partir de laquelle le TRIAC s'amorce, sans impulsion de gâchette.

Amorçage du TRIAC :

Le TRIAC s'amorce lorsque la tension entre les bornes A1 et A2 atteint un seuil appelé Tension de retournement (V_BO); il peut aussi s'amorcer quand une impulsion appropriée est appliquée sur sa gâchette. Celui-ci reste conducteur tant que le courant qui le traverse ne descend pas en dessous de son Courant de maintien (I_H).

Exemple de montage :

Sur une charge résistive, alimentée en 220V alternatif par exemple, l'amorçage du TRIAC intervient quand on applique des impulsions sur sa gâchette:

• • • • Signal de gâchette : couleur marron

Entre 0 et t₁ : la tension d’alimentation U_E est positive, pas d’impulsion donc pas de courant de gâchette. Le TRIAC ne conduit pas. La tension aux bornes de la résistance U_R = 0.

Entre t₁ et T/2 : à l’instant t₁, une impulsion de gâchette est produite. Le TRIAC conduit ; c’est un interrupteur fermé. La tension aux bornes de la résistance U_R est égale à la tension d’alimentation U_E.

Entre T/2 et t₂ : à l’instant T/2, la tension d’alimentation passe par 0 (<I_H). Le courant qui circule à travers le TRIAC s'annule. Le TRIAC se bloque et la tension U_R = 0.

Entre t₂ et T : à l’instant t₂, une nouvelle impulsion de gâchette est envoyée. Le TRIAC conduit de nouveau peu importe le signe de la tension d’alimentation. La tension aux bornes de la résistance U_R  est égale à la tension d’alimentation U_E.

Modes de fonctionnement :

La caractéristique particulière de ce composant, c’est le signe du courant de gâchette qui peut être positif ou négatif pour qu’il s’amorce. 

On distingue 4 modes (ou quadrants) de fonctionnement. La tension V_G (entre la gâchette et la broche A1) détermine le sens du courant de gâchette:

Quadrant 2	Quadrant 1
Quadrant 3	Quadrant 4

 Le quadrant 4 n'est pas utilisé pour certains composants.

Exemples de commandes du TRIAC :

On peut commander un TRIAC par:

• • • • • Microcontrôleur,
        • Circuit spécialisé,
        • Opto-TRIAC,
        • DIAC.

Commande par angle de phase : variateur de lumière :

Dans ce montage, le circuit de puissance comportant le secteur 220V-50Hz, la lampe et le TRIAC est commandé par des impulsions sur la gâchette provenant du circuit R, P, C2 et le DIAC.

Le DIAC (DIode Alternating Current) est semblable à une double diode montée en inverse. Il fonctionne à peu près comme un TRIAC sans la gâchette. Il s'amorce automatiquement, dès que la tension à ses bornes atteint un seuil (32 V ou 40 V par exemple selon les modèles). Dès qu'il est amorcé la tension à ses bornes devient quasiment nulle. Le condensateur C2 se décharge très rapidement à travers le DIAC, générant une impulsion de gâchette pour le TRIAC, retardée par rapport à la tension secteur grâce aux trois composants R, P et C2. Ce retard est appelé angle de phase noté α.

La cellule L C₁ constitue un filtre anti-parasites.

Le signal aux bornes de la lampe a la même allure que celui de l'exemple sur charge résistive vu dans les lignes précédentes. La tension efficace:

\[{\mathsf{V_{lampe}eff=\frac{V_{max}}{\sqrt{2}}\sqrt{1−\frac{α}{π}+\frac{1}{2π}sin(2α)}}}\]

(Voir Valeurs efficaces d’un signal périodique pour les détails de calculs).

Commande par trains d’onde : variateur de  puissance d’une résistance chauffante :

Exemple de montage:

R_L est la résistance chauffante. Ce montage fonctionne en régulation. La consigne de température est fixée par le potentiomètre P; cette valeur est comparée à la mesure faite par le capteur de température ntc. D₂ (diode transil) est une diode de protection du TRIAC. Les condensateurs C₁, C₂, la résistance R₄, la diode D₁ et la diode Zener D_Z, assurent l'alimentation de U₁.

Cette alimentation est reliée à la broche A1 du TRIAC, afin d'assurer un fonctionement dans les quadrants 2 et 3. Le courant de gâchette drainé (pour commander le TRIAC) par l'intermédiaire de la résistance R1 peut être augmenté par une deuxième liaison au circuit U₁ à travers R2.

Une entrée de sychronisation avec la tension secteur pour U1 est prévue à travers la résistance R3.

Le mode de commande mis en oeuvre ici fait varier l’énergie par trains d’ondes entières. Le circuit intégré U₁ est un microcontrôleur, ou un circuit spécialisé; il envoie des impulsions de longue durée au TRIAC qui fonctionne en tout ou rien.

Le signal de commande, de période Tc est envoyé sur la gâchette du TRIAC.  De 0 à t₁, le TRIAC est conducteur pour chaque alternance de la tension d’entrée. De t₁ à Tc, le TRIAC est bloqué, aucun courant ne circule et la tension aux bornes de la charge est nulle.

Le rapport cyclique α = t₁/Tc, et la puissance moyenne dans la charge P_moy = α×P_max.

Familles des composants:

Le tableau ci-après donne des familles de TRIACs avec quelques exemples de références:

TRIACs Standards et Snuberless
Référence	VDRM/VDRM (V)	ITRMS (A)	ITSM (A)	VGT max (V)	IGT max (mA)	IH (mA)	VTM max (V)	(dV/dt) V/µs	(di/dt)c A/ms	Tj(°C)
BTA06T-600CWRG	600	6	45	1,3	35	35	1,6	750	8	125
BTA25	600 et 800	25	260	1,3	50	75	1.55	1000	22	125
T405-600B à T405-800B	600 à 800	4	30	1,3	35	10	1,55	400	1,8-2,7	125
TRIACs Rapides
TPDV640RG	600	40	250	1,5	200	50		500		125
TPDV825/25RG	800	25	230	1,5	150	50	1,8	2000	88	125
TRIACs Sensibles
X402MH	600	4	30	0,8	0,2	5	1,8	10	50	125
X0405MH	600	4	30	0,05	0,05	5	0,8	15	50	125
Z0402MB	600	4	15	1,3	3	5	2	20	50	125
TRIACs Haute tension
TPDV12/25RG	1200	25	230	1,5	150	50	1,8	2000	88	125
T2550-12T	1200	25	252	1,3	50	60	1,55	2500	100	125
TRIACs Haute température
T1010H	600	10	100	1	10	25	1,5	75	14,4	150
T1210T-8G	800	12	66	1	10	25	1,55	150	100	150
Boitiers

 (Extraits tirés des documents techniques stmicroelectronics)

Domaines d’applications :

Conclusion:

Les domaines d'utilisation des TRIACs sont variés. Ils remplacent avantageusement les Thyristors pour piloter les charges alternatives de types résistives ou des petits moteurs universels. Mais pour les moteurs triphasés de puissance, il est plutôt intéressant d'utiliser six Thyristors montés en tête-bêche deux à deux, en raison des courants mis en oeuvre, au prix de la complexité du circuit de commande.

JtBB

Ressources: www.st.com