Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module4 Hoofdstuk 1 Paragraaf 1.14 Blz 95-101

Een thyristor is een halfgeleider, met de werking van een elektronische schakelaar, die geschikt is om grote vermogens bij hoge spanningen met betrekkelijk weinig verlies te schakelen. In dit artikel leg ik de thyristor uit door middel van de opbouw, onsteking, regeling, sturing & het doormeten ervan.

Algemeen

De thyristor wordt ook wel de stuurbare siliciumdiode genoemd. Zijn naam is ontstaan door samenvoegen van thyratron (een stuurbare gasgevulde diode) en transistor, omdat er werkingsprincipes van de transistor in de thyristor aanwezig zijn.

In vakbladen wordt ook vaak de afkorting SCR gebruikt, wat staat voor Silicon Controlled Rectifier. Wij zouden siliciumgestuurde gelijkrichter zeggen. Dit type component wordt onder andere gebruikt voor vermogensregeling in de vermogenselektronica en als wisselstroomschakelaar.

Een thyristor schematisch afgebeeld

Vermogensregeling of -sturing thyristor

Om het vermogen in belastingen te kunnen regelen zijn er verschillende methoden om dit te realiseren:

  • amplituderegeling met voorschakelweerstand;
  • amplituderegeling met regeltrafo;
  • fase-aansnijding;
  • periodesturing.

Amplituderegeling met voorschakelweerstand

Deze manier van vermogensregeling wordt gedaan door in serie met een belasting een regelbare weerstand te plaatsen, die de spanning en stroom in het circuit regelt. Het vermogen dat in de regelbare voorschakelweerstand wordt opgenomen, gaat geheel verloren. Zie onderstaande afbeelding.

Amplituderegeling met voorschakelweerstand en een thyristor

Amplituderegeling met regeltrafo

Het vermogen kan ook geregeld worden met behulp van een regeltrafo. Hiervan is de secundaire wikkeling regelbaar en verbonden met de belasting. Hiermee worden de spanning en stroom in de belasting geregeld.

Amplituderegeling met regeltrafo

Fase-aansnijding

Vermogensregeling door middel van fase-aansnijding wordt gedaan met behulp van elektronicacomponenten zoals een thyristor. Het eerste deel van de sinusvormige spanning wordt geblokkeerd en een ander deel wordt, nadat die in geleiding is gebracht, doorgegeven aan de belasting.

Een thyristor kan alleen in geleiding worden gebracht tijdens de positieve periodehelft en als er een stroom gaat lopen in doorlaatrichting.

Fase-aansnijding met behulp van een thyristor

Periodesturing met de thyristor

Als we 2 thyristors anti-parallel schakelen, kunnen we zowel de positieve als de negatieve periodehelft van de sinusvormige spanning regelen naar de belasting. Eén of meer perioden staan de thyristors in geleiding en vervolgens blokkeren ze ook één of meer perioden.

Thyristors anti-parallel geschakeld
Periodesturing

Opbouw thyristor

In onderstaande afbeelding is de opbouw van de thyristor weergegeven. Hij is opgebouwd uit 4 lagen: NPNP-structuur. De bodemplaat is meestal van koper en dient tevens als anode-aansluiting en voor warmteafvoer. Daarvoor is de anode meestal aan een koellichaam bevestigd.

opbouw thyristor bestaat uit NPNP lagen die op een bodemplaat zitten

Onsteken van een thyristor

Normaal staat een thyristor gesperd. Om een thyristor te ontsteken dient aan een aantal voorwaarden te zijn voldaan:

  • voldoende grote anode-kathodespanning Uak;
  • voldoende grote doorlaatstroom;
  • voldoende grote gate- of ontsteekstroom Ig.

De ontsteekstroom is meestal een stroompuls. Hoe groter deze is, hoe sneller de thyristor ontsteekt. Zodra aan bovenstaande voorwaarden is voldaan, zal de stroom in doorlaat de doorschakelstroom (of klinkstroom) bereiken en in geleiding komen (Onderstaande afbeelding). De thyristor zal doven als de doorlaatstroom kleiner wordt dan de houdstroom Ih.

In een bijzonder geval kan die ook uit zichzelf ontsteken zonder een stroompuls op de gate. Dat kan gebeuren als de spanning Uak heel snel stijgt. Dit moet voorkomen worden!

De gearceerde delen in de karakteristiek van bovenstaande afbeelding zijn gebieden die vermeden dienen te worden. een thyristor zal daar vrijwel zeker stuk gaan.

Onsteekmodules

De stroompulsen voor het ontsteken van de thyristor zijn afkomstig van ontsteekmodules. Deze zijn meestal zo ontworpen dat ze op instelbare momenten van een sinus een stroompuls afgeven aan de gate.

We onderscheiden bij het aansnijden van de sinus een aantal hoeken:

  • Ontsteekhoek α;
  • geleidingshoek β ;
  • doofhoek δ.

De ontsteekhoek alfa is de hoek die in geleiding wordt gebracht, gerekend vanaf de nuldoorgang. De geleidingshoek bèta is de hoek waarin die in geleiding is. De doofhoek delta is de som van de ontsteek- en geleidingshoek.

ontsteken van een thyristor met de hoeken

Doormeten van een thyristor

Om te kunnen bepalen of een hij nog goed is, kan die met een ohmmeter doorgemeten worden. In onderstaande tabel wordt weergegeven welke weerstandswaarden juist zijn tussen de verschillende aansluitpunten.

Tabel doormeten van de thyristor

Andere Soorten Diodes

Bent u nou geïnteresseerd geraakt in meerdere Diodes? Kijk dan eens naar de volgende Artikelen:

Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module4 Hoofdstuk 1 Paragraaf 1.14 Blz 95-101

Geef een reactie

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.