Qual è la funzione di un tiristore nei circuiti elettrici?

Qual è la funzione di un tiristore nei circuiti elettrici?

Nel campo dell'ingegneria elettrica, il tiristore è un componente chiave che svolge un ruolo vitale in numerosi circuiti elettrici. In qualità di fornitore di componenti elettrici, ho assistito in prima persona alle diverse applicazioni e funzioni dei tiristori, che da decenni alimentano un'ampia gamma di dispositivi e sistemi elettrici. In questo blog approfondirò cos'è un tiristore, i suoi diversi tipi e, soprattutto, le sue funzioni nei circuiti elettrici.

Cos'è un tiristore?

Un tiristore è un dispositivo a semiconduttore con quattro strati di materiali alternati di tipo P e di tipo N, che formano tre giunzioni PN. È un interruttore bistabile, il che significa che ha due stati stabili: lo stato OFF (non conduttivo) e lo stato ON (conduttivo). Una volta che il tiristore viene attivato e portato nello stato ON, rimane in conduzione anche se il segnale di attivazione viene rimosso, finché la corrente che lo attraversa non scende al di sotto di un determinato valore chiamato corrente di mantenimento.

Il tipo più comune di tiristore è il raddrizzatore controllato al silicio (SCR), ampiamente utilizzato nelle applicazioni di controllo della potenza. Altri tipi includono il tiristore di spegnimento (GTO), il TRIAC e l'SCR attivato dalla luce (LASCR). Ciascun tipo ha caratteristiche e funzioni uniche, ma tutti condividono le proprietà di commutazione fondamentali dei tiristori.

Tipi di tiristori e loro applicazioni

Raddrizzatore controllato al silicio (SCR)

L'SCR è il tipo di tiristore più basilare e ampiamente utilizzato. Viene utilizzato principalmente per la rettifica e il controllo della potenza. In un circuito raddrizzatore, un SCR può convertire la corrente alternata (CA) in corrente continua (CC). A differenza di un semplice raddrizzatore a diodi, un SCR può controllare la quantità di potenza erogata al carico regolando l'angolo di accensione, che è il punto del ciclo CA in cui l'SCR viene attivato in conduzione.

Ad esempio, in un sistema di controllo della velocità di un motore, è possibile utilizzare un SCR per regolare la tensione applicata al motore, controllandone così la velocità. L'SCR consente un controllo della potenza efficiente e preciso, essenziale in molte applicazioni industriali e di consumo.

Cancello - Spegnimento - Tiristore (GTO)

Il GTO è un tipo speciale di tiristore che può essere disattivato applicando una corrente di gate negativa oltre ad essere attivato da una corrente di gate positiva. Questa possibilità di disattivazione lo rende adatto per applicazioni in cui è richiesta una commutazione rapida, come nei circuiti CC ad alta potenza e nelle applicazioni di alimentazione a impulsi.

In un sistema di azionamento CC ad alta potenza, è possibile utilizzare un GTO per controllare il flusso di potenza al motore, consentendo una rapida accelerazione e decelerazione. Può essere utilizzato anche negli alimentatori per acceleratori di particelle e altri dispositivi ad alta energia.

TRIAC

Un TRIAC è un tiristore bidirezionale che può condurre corrente in entrambe le direzioni. Viene comunemente utilizzato nelle applicazioni di controllo dell'alimentazione CA, ad esempio nei variatori di luce e nei controller di velocità del motore. A differenza di un SCR, che può condurre la corrente solo in una direzione, un TRIAC può controllare la potenza in un circuito CA senza la necessità di complessi circuiti di rettifica e inversione.

Ad esempio, in un variatore di luce domestico, è possibile utilizzare un TRIAC per variare la quantità di potenza fornita alla lampadina, consentendo all'utente di regolare la luminosità. Il TRIAC fornisce una soluzione semplice ed economica per il controllo dell'alimentazione CA.

SCR attivato dalla luce (LASCR)

Il LASCR viene messo in conduzione dalla luce anziché da un segnale di gate elettrico. Viene spesso utilizzato in applicazioni in cui è richiesto l'isolamento elettrico, come fotocopiatrici, stampanti e sistemi di comunicazione ottica.

In un sistema di comunicazione ottica, un LASCR può essere utilizzato per convertire i segnali ottici in segnali elettrici, fornendo un modo affidabile ed efficiente per trasmettere dati su lunghe distanze.

Funzioni dei tiristori nei circuiti elettrici

Controllo della potenza

Una delle funzioni principali dei tiristori nei circuiti elettrici è il controllo della potenza. Regolando l'angolo di accensione di un tiristore, la quantità di potenza erogata a un carico può essere regolata con precisione. Ciò è particolarmente utile nelle applicazioni in cui è richiesta una potenza variabile, come nel controllo della velocità del motore, nel controllo del riscaldamento e nel controllo dell'illuminazione.

Ad esempio, in un sistema di riscaldamento industriale, è possibile utilizzare un tiristore per controllare la potenza fornita agli elementi riscaldanti, garantendo che la temperatura venga mantenuta al livello desiderato. Ciò non solo migliora l’efficienza energetica, ma prolunga anche la durata degli elementi riscaldanti.

Rettifica

I tiristori possono essere utilizzati come raddrizzatori per convertire l'energia CA in energia CC. Come accennato in precedenza, un SCR può essere utilizzato in un circuito raddrizzatore per fornire una tensione di uscita CC variabile controllando l'angolo di innesco. Ciò è importante in applicazioni quali caricabatterie, alimentatori CC e stazioni di ricarica per veicoli elettrici.

In un caricabatterie, è possibile utilizzare un raddrizzatore basato su SCR per caricare la batteria in modo efficiente regolando la corrente di carica in base allo stato di carica della batteria.

Regolazione della tensione

I tiristori possono essere utilizzati anche per la regolazione della tensione nei circuiti elettrici. Controllando la conduzione di un tiristore, la tensione su un carico può essere mantenuta a un livello costante. Ciò è fondamentale nelle applicazioni in cui è richiesta una tensione stabile, come nei dispositivi elettronici e nei sistemi di alimentazione.

Ad esempio, in un alimentatore regolato in tensione, è possibile utilizzare un tiristore per compensare le variazioni della tensione di ingresso, garantendo che la tensione di uscita rimanga costante.

Commutazione

I tiristori sono eccellenti dispositivi di commutazione grazie alla loro capacità di passare rapidamente dallo stato ON a quello OFF. Possono essere utilizzati per commutare carichi ad alta potenza nei circuiti elettrici, come motori, riscaldatori e sistemi di illuminazione.

In un circuito di controllo del motore, è possibile utilizzare un tiristore per avviare, arrestare e invertire la direzione del motore. L'elevata velocità di commutazione dei tiristori consente una risposta rapida e un controllo preciso del motore.

Esempi del mondo reale

Diamo un'occhiata ad alcuni esempi reali in cui vengono utilizzati i tiristori. Nell'industria automobilistica, i tiristori vengono utilizzati in vari sistemi elettrici. Ad esempio, ilPompa acqua DAF 2184202, con frizione elettromagneticapuò utilizzare un tiristore per il controllo e la commutazione della potenza. La pompa dell'acqua è un componente importante nel sistema di raffreddamento del motore e il tiristore aiuta a garantire che la pompa funzioni in modo efficiente controllando la potenza erogata ad essa.

Un altro esempio è ilDaf 1622831, 1447928 Valvola di controllo della pressione del carburante. In questo sistema è possibile utilizzare un tiristore per regolare la tensione fornita alla valvola, che a sua volta controlla la pressione del carburante nel motore. Ciò è fondamentale per il corretto funzionamento del motore e per ottenere un'efficienza ottimale del carburante.

ILSensore di temperatura Daf 1782431può anche incorporare un tiristore nel suo circuito elettrico. Il tiristore può essere utilizzato per controllare l'alimentazione del sensore, garantendo che funzioni entro l'intervallo di temperatura appropriato e fornendo misurazioni di temperatura accurate.

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Riferimenti

• Schilling, DL e Belove, C. (1979). Circuiti elettrici: discreti e continui. McGraw-Hill.
• Rashid, MH (2019). Elettronica di potenza: circuiti, dispositivi e applicazioni. Pearson.
• Millman, J. e Grabel, A. (1987). Microelettronica. McGraw-Hill.