Was ist ein Thyristoren?
Thyristoren sind Halbleiterbauelemente mit gleichrichtender Wirkung, auch SCR (Silicon Controlled Rectifier) oder siliziumgesteuerter Gleichrichter genannt. Die gleichrichtende Wirkung bezieht sich auf die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom. Ein typisches elektronisches Bauteil mit Gleichrichterfunktion ist eine Diode.
Der Unterschied zwischen einer Diode und einem Thyristor ist der Gate-Anschluss. Thyristoren haben einen Anschluss, der Gate genannt wird, und wirken nur gleichrichtend, wenn Strom durch den Gate-Anschluss fließt.
Verwendungszwecke von Thyristoren
Thyristoren werden in der Soda-Industrie und in der elektrolytischen Beschichtung als industrielle Anwendungen eingesetzt. In der Sodaindustrie wird Salzwasser elektrolysiert, um Natronlauge und Wasserstoff zu erzeugen. Ätznatron wird zur Herstellung von Seife und Reinigungsmitteln verwendet. Der hohe Gleichstrom für die Elektrolyse von Salzwasser wird von Thyristoren erzeugt.
Im Alltag werden Thyristoren z. B. zum Dimmen von LED-Beleuchtung verwendet: Der Strom zu den LEDs wird durch den Thyristor gesteuert, und das Gerät, das die LED-Beleuchtung steuert, wird als LED-Treiber bezeichnet, der immer einen Thyristor enthält.
Das Prinzip des Thyristors
Thyristoren haben eine PNPN-Vierfachstruktur, die aus p- und n-Typ-Halbleitern besteht. Die Gate-Anschlüsse werden aus den dazwischen liegenden n- bzw. p-Halbleitern herausgezogen, die als N-Gate bzw. P-Gate bezeichnet werden.
Aufgrund seiner Vierfachstruktur hat er drei Übergänge. Betrachtet man die Übergänge von der Anodenseite (Anode) zur Kathodenseite (Kathode), so sind der erste und der dritte Übergang in Durchlassrichtung vorgespannt. Im Gegensatz dazu ist der zweite Übergang in Sperrrichtung vorgespannt. Versucht man in diesem Zustand, Strom von der Anodenseite zur Kathodenseite zu leiten, so fließt nur sehr wenig.
Legt man jedoch eine Vorwärtsspannung an den Thyristor an und fließt Strom zum Gate-Anschluss, kommt es zu einem Phänomen, das als Lawinendurchbruch bekannt ist, und es kommt zu einem Stromfluss zwischen Anode und Kathode. Dies wird als Thyristor-Punktbogen oder Einschaltung bezeichnet.
Nach dem Einschalten des Thyristors wird die Leitung unterbrochen, wenn der zur Anode fließende Strom Null wird. Dies wird als Abschaltung oder Löschung bezeichnet. Die Abschaltung eines Thyristors erfolgt spontan, da der Wechselstrom periodische Momente der Spannungslosigkeit aufweist.
Weitere Informationen über Thyristoren
Anwendungen von Thyristoren
Thyristoren können zur Steuerung hoher Leistungen verwendet werden. Thyristoren werden im Leistungsteil von Geräten eingesetzt, die große Mengen an Leistung steuern. Spezifische Beispiele sind unten aufgeführt.
1. Gleichrichter
Die Gleichrichtung ist die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom. Dioden und Thyristoren werden als Gleichrichter verwendet, die wichtige Bestandteile von Gleichrichterschaltungen sind. Thyristoren-Gleichrichter sind kleiner und leichter als Dioden-Gleichrichter, aber die hohen Frequenzen erzeugen Rauschen im Stromversorgungssystem. In den letzten Jahren wurden Gleichrichter mit Transistoren entwickelt, um Oberwellen zu unterdrücken.
2. Steuerung von Wechselstrommotoren
Das Gerät, das die Drehzahl von Wechselstrommotoren steuert, wird als VVVF-Gerät bezeichnet; in einem VVVF-Gerät gibt es einen Stromrichterteil und einen Wechselrichterteil. Der Wandlerteil wandelt Wechselstrom in Gleichstrom um. Im Wandlerteil werden hauptsächlich Dioden verwendet.
Der Wechselrichterteil ist ein Gerät, das die Gleichstromversorgung durch Umkehrung der Gleichrichtung in eine Wechselstromversorgung umwandelt. Im Wechselrichter wird die AC-Stromversorgung einmal in eine DC-Stromversorgung umgewandelt. Der Wechselstrom wird durch schnelles Schalten der Gleichstromversorgung mit Thyristoren und anderen Geräten erzeugt.