6 Fragen zu Thyristor

Der Zündvorgang bei einem Thyristor erfolgt in mehreren Schritten: 1. **Ruhezustand: Im ausgeschalteten Zustand (Blocking State) ist der Thyristor nicht leitend. Er hat zwei Anschlüsse, den Anode- und den Kathodenanschluss, und der Stromfluss zwischen diesen Anschlüssen ist blockiert. 2. **Zündsignal**: Um den Thyristor zu zünden, wird ein positiver Steuerstrom (Gate-Strom) an den Gate-Anschluss angelegt. Dieser Steuerstrom kann von einem externen Schaltkreis bereitgestellt werden. 3. **Zündung**: Wenn der Gate-Strom anliegt, wird eine kleine Menge Ladung in die interne Struktur des Thyristors injiziert. Dies führt dazu, dass der Thyristor in den leitenden Zustand (On State) übergeht. Der Thyristor beginnt, Strom zwischen Anode und Kathode zu leiten. 4. **Selbsthaltung**: Nach der Zündung bleibt der Thyristor im leitenden Zustand, auch wenn der Gate-Strom entfernt wird. Dies geschieht, weil die interne Ladungsträgerinjektion aufrechterhalten wird, solange der Stromfluss über den Thyristor einen bestimmten Wert (den Haltestrom) überschreitet. 5. **Ausschalten**: Der Thyristor bleibt im leitenden Zustand, bis der Stromfluss unter den Haltestrom fällt oder bis eine negative Spannung an die Anode angelegt wird. In diesem Fall schaltet der Thyristor wieder in den Blocking State zurück. Zusammengefasst wird der Thyristor durch ein externes Zündsignal aktiviert und bleibt leitend, bis die Bedingungen für das Ausschalten erfüllt sind.

Der mittlere Gleichstrom durch einen Thyristor (T1) in einer B6C-Brücke mit induktiver Last kann berechnet werden, indem man die Eigenschaften der Schaltung und die Last berücksichtigt. Bei einer B6C-Brücke handelt es sich um eine dreiphas Gleichrichteranordnung, die aus sechs Thyristoren besteht. Für eine induktive Last ist der mittlere Gleichstrom \( I_{avg} \) über eine Periode \( T \) gegeben durch: \[ I_{avg} = \frac{1}{T} \int_0^T i(t) \, dt \] In einer idealen B6C-Brücke mit einer sinusförmigen Eingangsspannung und einer induktiven Last kann der mittlere Gleichstrom in der Regel als ein Bruchteil des maximalen Laststroms betrachtet werden. Der genaue Wert hängt von der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung ab, die durch die Induktivität verursacht wird. Für eine ideale B6C-Brücke kann man annehmen, dass der mittlere Gleichstrom etwa 0,9 bis 0,95 des maximalen Stroms beträgt, abhängig von der Last und der Schaltung. Um den genauen Wert zu bestimmen, sind spezifische Werte für die Spannung, die Frequenz und die Induktivität erforderlich. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der mittlere Gleichstrom durch den Thyristor in einer B6C-Brücke mit induktiver Last von den spezifischen Betriebsbedingungen abhängt und typischerweise in einem Bereich von 0,9 bis 0,95 des maximalen Stroms liegt.

Ein Thyristor wird in der Regel durch eine Sicherung oder einen Überspannungsschutz, wie z.B. eine Varistor oder eine Transzorb-Diode, geschützt. Diese Bauteile verhindern, dass der Thyristor durch Überstrom oder Überspannung beschädigt wird, insbesondere bei Pulsweitenmodulation (PWM), wo schnelle Schaltvorgänge auftreten können.

Die Schaltzeit eines Thyristors hängt von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich der spezifischen Bauart des Thyristors, der Ansteuerung und der Schaltung, in der er verwendet wird. Generell haben Thyristoren eine Schaltzeit im Bereich von Mikrosekunden bis einigen Millisekunden. Bei einer PWM-Frequenz von 80 kHz, was einer Periode von 12,5 Mikrosekunden entspricht, ist es wichtig, dass die Schaltzeiten des Thyristors deutlich kürzer sind als die Periodendauer, um eine effektive PWM-Steuerung zu gewährleisten. In der Praxis sollten Thyristoren für solche Anwendungen so ausgewählt werden, dass ihre Schaltzeiten im Bereich von wenigen Mikrosekunden liegen, um eine zuverlässige Funktion zu gewährleisten.

Die Vorwärtsrichtung und Rückwärtsrichtung eines Thyristors beziehen sich auf die Polarität der angelegten Spannung und die Richtung des Stromflusses durch dasuelement. 1. **Vorwärtsrichtung**: In dieser Richtung wird der Thyristor durch Anlegen einer positiven Spannung an die Anode (A) im Vergleich zur Kathode (K) betrieben. Wenn die Anode positiver ist als die Kathode und ein Steuerimpuls an das Gate (G) angelegt wird, wird der Thyristor leitend und bleibt in diesem Zustand, solange der Strom durch ihn über einen bestimmten Wert (Haltestrom) bleibt. 2. **Rückwärtsrichtung**: In dieser Richtung wird der Thyristor mit umgekehrter Polarität betrieben, d.h. die Kathode ist positiver als die Anode. In diesem Zustand ist der Thyristor gesperrt und leitet keinen Strom, es sei denn, die angelegte Rückwärtsspannung überschreitet die Durchbruchspannung, was zu einem unerwünschten Zustand führen kann, der als Rückwärtsdurchbruch bezeichnet wird. Zusammengefasst: Die Vorwärtsrichtung ermöglicht den Betrieb des Thyristors, während die Rückwärtsrichtung ihn in den gesperrten Zustand versetzt.

Thyristoren sind für verschiedene Spannungen ausgelegt, abhängig von ihrer spezifischen Anwendung und dem gewünschten Einsatzbereich. Generell werden sie in folgende Spannungsbereiche unterteilt: 1. **Niederspannungs-Thyristoren**: Diese sind typischerweise für Spannungen bis etwa 600 V ausgelegt und finden Anwendung in Haushaltsgeräten und kleinen Motorsteuerungen. 2. **Mittelspannungs-Thyristoren**: Diese können Spannungen von 600 V bis etwa 3 kV handhaben und werden häufig in industriellen Anwendungen, wie z.B. in Antriebssteuerungen und Schaltanlagen, eingesetzt. 3. **Hochspannungs-Thyristoren**: Diese sind für Spannungen über 3 kV ausgelegt, oft bis zu 10 kV oder mehr, und werden in Anwendungen wie Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HGÜ) und großen Energieverteilungsanlagen verwendet. Bei der Auswahl eines Thyristors ist es wichtig, die maximale Sperrspannung (V_R) und die Durchlassspannung (V_T) zu berücksichtigen, um sicherzustellen, dass der Thyristor unter den gegebenen Betriebsbedingungen zuverlässig funktioniert.