thyristor

thyristor.png
Hierboven het algemeen toegepast symbool voor thyristor in schakelingen, op finimuis.nl is dit symbool ook in gebruik.

Een thyristor bezit drie aansluitingen welke Anode en Kathode en Gate worden genoemd.
thyristor1.png

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.

Werking:

Een thyristor gedraagt zich als een schakelbare diode, die met een extra stuuraansluiting(de gate) te bedienen is.
De kathode wordt gemeenschappelijk gebruikt voor hoofdstroom en stuurstroom.
Bij het aanleggen van een positieve gelijkspanning op de anode ten opzichte van de kathode kan de thyristor door een triggerpuls op de gate in geleiding gebracht worden; er loopt dan een stroom door de thyristor en door de belasting.
Als er eenmaal stroom loopt blijft deze lopen ongeacht de spanning op de gate.
Dit is goed te zien in het vervangingsschema hieronder: beide transistoren sturen elkaar open. Wel neemt de dissipatie(warmte-ontwikkeling) in de thyristor toe naarmate er meer stroom door de gate loopt.
thyristorvervang.png
Op de afbeelding hierboven, ziet u een vervangingsschema van een thyristor.

thyristoropbouw.png
Op de afbeelding hierboven, ziet u de halfgeleider-lagen-opbouw van een thyristor.

Daarom wordt in professionele regelingen een reeks korte pulsjes(pulstrein) gebruikt.
De thyristor schakelt pas weer uit als de stroom erdoor onder een minimumwaarde daalt.
Deze grens wordt de houdstroom (IH) genoemd en verschilt per type thyristor.
Een thyristor kan daarom alleen bij gelijkgerichte wisselspanning worden gebruikt, want tijdens de nuldoorgang is de stroom kleiner dan de houdstroom en zal de thyristor omschakelen.
Als de anodespanningnegatief wordt gedraagt de thyristor zich als isolator.

Wat is de nuldoorgang:

De nuldoorgang is het moment waarop de elektrische wisselspanning of -stroom NUL is. In elke periode is er tweemaal een nuldoorgang, namelijk wanneer de stijgende flank door de nul gaat en wanneer de dalende flank door nul gaat.
nuldoorgang.png
Op de afbeelding hierboven, ziet u de nuldoorgang bij een wisselspanning.
Het begrip nuldoorgang is met name van belang bij elektronische regelaars, die met faseaansnijding het vermogen van de belasting variëren, zoals lichtdimmers. De vertraging tot het inschakelmoment is omgekeerd evenredig met het vermogen.

Toepassing:

De thyristor wordt veel gebruikt binnen de vermogenselektronica, waar door middel van faseaansnijding gelijkstroommotoren(elektromotor) worden aangestuurd.
Een 3-fase thyristorbrug is vergelijkbaar met een 3-fase diodebrug. Enkel is de uitgangsspanning bij een thyristorbrug regelbaar: zo kan men het toerental en het koppel van de aan te sturen motor laten variëren.
De directe aansturing door middel van thyristoren wordt de laatste jaren minder toegepast, omdat er steeds meer driefasige asynchrone motoren gebruikt worden; deze kunnen geregeld worden met een frequentieregelaar of een frequentieomvormer.
Alleen voor grote vermogens, in de orde-grootte van een megawatt(onder andere bij locomotieven NS 1600 en GTL8- en ICM-materieel), worden uitsluitend thyristorchoppers met forse LC-resonante stroomcommutatie toegepast.

Bij een thyristorbrug is er sprake van zes thyristoren in één robuuste behuizing. De aansturing hiervan is vrij complex, want de gatespanning voor elk element moet met de kathodespanning 'meelopen'.
Voor kleine regelingen zoals in boormachines, stofzuigers en lichtdimmers worden vaker triacs (worden in een apart gedeelte besproken) gebruikt, omdat daarbij de gatesturing uitermate simpel is.

bt169d.png
Hierboven een 400 Volt thyristor-uitvoering in een TO92-behuizing, welke 500 milliAmpére stroom continu kan verwerken.
Een piekstroom van 800 milliAmpére kan kortstondig worden verwerkt. De laatste letter D in het type-nummer geeft de werkspanning weer, volgens onderstaande tabel:
LETTER Spanning in Volt
B 200
D 400
E 500
G 600

esm740.png
Hierboven een 300 Volt thyristor welke 2 Ampére stroom continu kan verwerken.

17088h.png
Hierboven een 750 Volt thyristor-uitvoering in een TO220-behuizing, welke 3 Ampére stroom continu kan verwerken.

tic106m.jpg
Hierboven een veel toegepaste 600 Volt thyristor-uitvoering in een TO220ab-behuizing, welke 5 Ampére stroom continu kan verwerken.
De laatste letter M in het type-nummer geeft de werkspanning weer, volgens onderstaande tabel:
LETTER Spanning in Volt
F 50
A 100
B 200
C 300
D 400
E 500
M 600

bt152-800r.png
Hierboven een 800 Volt thyristor-uitvoering in een TO220ab-behuizing, welke 13 Ampére stroom continu kan verwerken.
De codering 800R geeft de werkspanning weer, volgens onderstaande tabel:
Codering Spanning in Volt
400R 400
600R 400
800R 800

2n690.png
Hierboven een 600 Volt thyristor-uitvoering in een TO48 (metalen)-behuizing, welke 16 Ampére stroom continu kan verwerken.

ntethyristors.png
Hierboven een verzameling van diverse thyristor-uitvoering van de fabrikant NTE-electronics inc. in diverse behuizingen, geschikt voor diverse stromen.

tt162n.png
Hierboven een 1600 Volt thyristor-combinatie, geschikt voor 260 Ampére stroom.
Klik hier voor de datasheet van de TT162N thyristor-combinatie
Serienummer Spanning in Volt Stroom in Ampére
TT162N08KOF 800 162
TT162N08KOF-K 800 162
TT162N12KOF 1200 260
TT162N12KOF-K 1200 260
TT162N14KOF 1400 260
TT162N16KOF 1600 260
TT162N16KOF-A 1600 260
TT162N16KOF-K 1600 260

De Gate Turn Off(GTO)-thyristor:

gto.png
Hierboven het algemeen toegepast symbool voor GTO-thyristor in schakelingen, op finimuis.nl is dit symbool ook in gebruik.

Een GTO-thyristor is een thyristor die men vanuit de gate in geleiding kan brengen door een positieve puls te genereren op deze gate.
Men kan de GTO uit geleiding sturen(sperren) door een negatieve impuls naar de gate te sturen. Buiten dit is de werking van de GTO gelijk aan die van de thyristor.
Het stuurcircuit van de GTO zal meer complex zijn dan dit van de thyristor daar wij hier een manier moeten bedenken om zowel positieve als negatieve pulsen te genereren.
Deze GTO-thyristor wordt, veel toegepast in zware choppers en invertors voor de elektrische tractie in bijvoorbeeld elektrisch aangedreven trams/treinen.

Een GTO-thyristor is een thyristor die men vanuit de gate in geleiding kan brengen door een positieve puls te genereren op deze gate. Men kan de GTO uit geleiding sturen (sperren) door een negatieve impuls naar de gate te sturen. Buiten dit is de werking van de GTO gelijk aan die van de thyristor.
Het stuurcircuit van de GTO-thyristor zal meer complex zijn dan dit van de thyristor daar wij hier een manier moeten bedenken om zowel positieve als negatieve pulsen te genereren.
gtostuurschak.png
Hierboven een stuurcicuit voor de GTO-thyristor in schakelingen.
Uitleg van het stuurcircuit: U sluit de startschakelaar om de GTO-thyristor in geleiding te sturen. Er vloeit nu een stroom door de schakelaar, de condensator(C), de spoel(L) via de gate terug naar de bron. Via de parallelle weerstand(R) zal steeds een kleine stroom vloeien naar de gate van de GTO-thyristor, om de geleiding te garanderen(de GTO-thyristor kan namelijk plots sperren).
Wanneer u de startschakelaar open zet en u sluit voor korte tijd de stopschakelaar, zal de condensator(C) zich nu ontladen via de spoel(L) en de gate van de GTO-thyristor. Let op! De stroom die nu vloeit is tegengesteld in richting aan de stroom van het laadschema. Door de richtingswissel vloeit er een negatieve stroom door de gate van de GTO-thyristor. De stopschakelaar moet zo lang actief zijn tot de stroom door de GTO-thyristor onder de houdstroom is gezakt.
De condensator met weerstand welke parallel staan met de GTO-rhyristor (als RC-netwerk) noemt men voor deze toepassing een snubbernetwerk). De spanning over een condensator zal geleidelijk stijgen. Hierdoor kan de spanningstijging over de GTO-thyristor dus niet meer zo abrupt verlopen. Het ontwikkelde vermogen zal dus dankzij het snubbernetwerk dalen.

De GTO-thyristor wordt als een oplossing gezien voor het probleem dat vermogenregeling van een belasting op DC(gelijkstroom) gebied erg moeilijk te realiseren valt. Bij een AC(wisselstroom) vermogenregeling is dit veel eenvoudiger omdat we hier met behulp van de nuldoorgangen de faseaansnijding perfect kunnen regelen.
Goede DC-spanningen hebben geen perioden en hebben meestal geen nulpunt. Voor DC-spanningen die wel een nulpunt hebben(dubbelzijdige gelijkrichting zonder afvlakking) rijzen er geen problemen.
Dankzij de GTO-thyristor kunnen we nu dus de component uitschakelen zonder dat er een nuldoorgang vereist is.

Toepassing van een GTO-thyristor:

Een belangrijke toepassing is de snelheidsregeling van zware driefasige motoren. Deze motoren worden het best geregeld door de frequentie aan te passen.
Omdat de netfrequentie niet aanpasbaar is zullen we de netspanning eerst dubbelzijdig gelijkrichten en afvlakken.
We kunnen van deze perfecte DC(gelijk)-spanning terug een AC(wissel)-spanning maken door de 66 GTO’s via een zelfgekozen frequentie correct te schakelen.
gtothyristor.png
Hierboven diverse uitvoeringen GTO-thyristoren.
Klik hier voor de datasheet van bovenstaande GTO-thyristor

Laatste update : 26 december 2014

Terug naar de Diode en dergelijke pagina
Terug naar Component informatie
Terug naar Startpagina
Email aan Finimuis.nl