El tiristor
es un componente electrónico constituido
por elementos semiconductores que
utiliza realimentación interna para
producir una conmutación Los materiales de los que se compone son de tipo
semiconductor, es decir, dependiendo de la temperatura a la que se encuentren
pueden funcionar como aislantes o como conductores.
Son dispositivos unidireccionales porque solamente transmiten la corriente en un único sentido. Se emplea generalmente para el control de potencia eléctrica.
El dispositivo consta de un ánodo y un cátodo, donde las uniones son de
tipo P-N-P-N entre los mismos. Por tanto se puede modelar como 2 transistores
típicos P-N-P y N-P-N, por eso se dice también que el tiristor funciona con
tensión realimentada. Se crean así 3 uniones (denominadas J1, J2, J3
respectivamente), el terminal de puerta está conectado a la unión J2 (unión
NP).
Algunas fuentes definen como sinónimos al tiristor y al rectificador controlado de silicio
(SCR);2 otras
definen al SCR como un tipo de tiristor, a la par que los dispositivos DIAC y TRIAC.
Este elemento fue desarrollado por ingenieros de General Electric en
los años 1960. Aunque un origen más remoto de este dispositivo lo
encontramos en el SCR creado por William Shockley (premio
Nobel de física en 1956) en 1950, el cual fue defendido y desarrollado en los
laboratorios Bell en 1956. Gordon Hall lideró el desarrollo en
Morgan Stanley para su posterior comercialización por parte de Frank W.
"Bill" Gutzwiller, de General Electric
símbolo de tirsitor
Características
estáticas:
Estudian
el comportamiento del tiristor entre A (ánodo) y K (cátodo), con la
G (puerta) abierta. Son valores máximos que nunca deben ser superados en
el funcionamiento del tiristor.
VRWN --> Tensión inversa de Trabajo máximo
VFDM --> Tensión directa de Trabajo máximo
VFT --> Caída de tensión directa de cebado
IFAV, Ief --> Corriente media y corriente eficaz
IFD --> corriente directa de fugas (en corte)
IR --> Corriente inversa de fugas
TF --> Temperatura de funcionamiento
IH --> Corriente de mantenimiento
VRWN --> Tensión inversa de Trabajo máximo
VFDM --> Tensión directa de Trabajo máximo
VFT --> Caída de tensión directa de cebado
IFAV, Ief --> Corriente media y corriente eficaz
IFD --> corriente directa de fugas (en corte)
IR --> Corriente inversa de fugas
TF --> Temperatura de funcionamiento
IH --> Corriente de mantenimiento
Características
dinámicas:
Estudian el comportamiento del
tiristor en régimen transitorio.
Comportamiento del tiristor frente a
sobre tensiones: Podemos sobrepasar durante un tiempo menos de 10 ms, la
tensión VRWM sin peligro de dañar al tiristor. Por ejemplo:
El tiristor (BT W 30 / 800RS) donde
"B" significa silicio "T" tiristor y 800 es la tensión
máxima, el cual también puede ser 1000 y 1200.
Comportamiento del tiristor frente a
sobre corrientes: Podemos sobrepasar durante un tiempo menor de 10 ms, la
corriente IFAV o Ief sin peligro a dañar el tiristor. Por ejemplo:
El tiristor (BT W 30 / 800RS) puede
aguantar hasta IT (AV)=16 A, IT (RMS)=24A.
Tensiones
transitorias:
− Valores de la tensión superpuestos
a la señal de la fuente de alimentación.
− Son breves y de gran
amplitud.
− La tensión inversa de pico no
repetitiva (VRSM) debe estar dentro de esos valores.
• Impulsos de corriente:
− Para cada tiristor se
publican curvas que dan la cantidad de ciclos durante los cuales puede
tolerarse una corriente de pico dada.
− A mayor valor del impuso de corriente,
menor es la cantidad de ciclos. − El tiempo máximo de cada impulso está
limitado por la Tra media de la unión.
• Ángulos de conducción:
− La corriente y tensión media de un
SCR dependen del ángulo de conducción.
− A mayor ángulo de conducción, se
obtiene a la salida mayor potencia.
− Un mayor ángulo de bloqueo o
disparo se corresponde con un menor ángulo de conducción:
Angulo de conducción = 180º−
Angulo de disparo
− Conociendo la variación de la
potencia disipada en función de los diferentes ángulos de conducción podremos
calcular las protecciones necesarias.
Los dispositivos más conocidos de la
familia de los tiristores para aplicaciones de potencia son:
· SRC (Silicon Controled
Rectifiers)
· TRIACS
· GTO (Gate Turn Off)
DIAC
es un dispositivo semiconductor de
dos conexiones. Es un diodobidireccional disparable que conduce la corriente sólo
tras haberse superado su tensión de disparo, y
mientras la corriente circulante no sea inferior al valor característico para
ese dispositivo. El comportamiento es fundamentalmente el mismo para ambas
direcciones de la corriente. La mayoría de los DIAC tienen una tensión de
disparo de alrededor de 30 V. En este sentido, su comportamiento es similar a una lámpara de neón.
Los DIAC son una clase de tiristor,
y se usan normalmente para disparar los triac, otra clase de
tiristor.
Es un dispositivo semiconductor de dos terminales, ánodo 1 y ánodo 2.
Actúa como un interruptor bidireccional el cual se activa cuando el voltaje
entre sus terminales alcanza el voltaje de ruptura, dicho voltaje puede estar
entre 20 y 36 volts según la referencia.
Existen dos tipos de DIAC:
·
DIAC de tres capas: Es similar a
un transistor bipolar
sin conexión de base y con las regiones de colector y emisor iguales y muy
dopadas. El dispositivo permanece bloqueado hasta que se alcanza la tensión de avalancha en
la unión del colector. Esto inyecta corriente en la base que vuelve el
transistor conductor, produciéndose un efecto regenerativo. Al ser un
dispositivo simétrico, funciona igual en ambas polaridades, intercambiando el
emisor y colector sus funciones.
·
DIAC de cuatro capas. Consiste en
dos diodos Shockley conectados en antiparalelo,
lo que le da la característica bidireccional.
Características
generales:
· Tensión
de disparo
· Corriente
de disparo
· Tensión
de simetría
· Tensión
de recuperación
· Disipación
de potencia (Los DIAC se fabrican con capacidad de disipar
potencia de 0.5 a1 watt.)
· Es
otro dispositivo tiristor y
se usa normalmente para disparar a un TRIAC.
· Se
comporta como dos Diodos Zener conectados en paralelo pero orientados en formas
opuestas. La conducción se da cuando se ha superado el valor de tensión del
zener que está conectado en sentido opuesto.
Normalmente no conduce, sino que tiene una pequeña corriente de fuga, la
conducción aparece cuando la
TRIAC o Triodo para
Corriente Alterna
es un dispositivo semiconductor,
de la familia de los tiristores. La diferencia con un tiristor convencional
es que éste es unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De forma coloquial
podría decirse que el TRIAC es un interruptor capaz
de conmutar la corriente alterna.
Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposición que
formarían dos SCR en direcciones
opuestas. Posee tres electrodos: A1, A2 (en este caso pierden la denominación de
ánodo y cátodo) y puerta (gate).
El disparo del TRIAC se realiza aplicando una corriente al electrodo de
gate/puerta
símbolo de triac entrada salida y puerta G
Características
generales:
· Interruptor
casi ideal.
· Soporta
tensiones altas.
· Amplificador
eficaz.
· Es
capaz de controlar grandes potencias.
· Fácil
controlabilidad.
· Relativa
rapidez.
· Características
en función de situaciones pasadas (memoria).
· El
hecho de que entre en conducción, si se supera la tensión de ruptura en
cualquier sentido, lo hace inmune a destrucción por sobretensión.
· Su
curva característica refleja un funcionamiento muy parecido al del tiristor apareciendo
en el primer y tercer cuadrante del sistema de ejes.
· La
principal utilidad de los triacs es como regulador de potencia entregada a una
carga, en corriente alterna.
· El
encapsulado del triac es idéntico al de los tiristores.
· El TRIAC conmuta del modo de corte al modo de conducción
cuando se inyecta corriente a la compuerta. Después del disparo la
compuerta no posee control sobre el estado del TRIAC. Para apagar
el TRIAC la corriente anódica debe reducirse por debajo del valor de
la corriente de retención Ih
· La
corriente y la tensión de encendido disminuyen con el aumento de temperatura y
con el aumento de la tensión de bloqueo.
· La
aplicación de los TRIACS, a diferencia de los Tiristores, se encuentra
básicamente en corriente alterna. Su curva característica refleja un
funcionamiento muy parecido al deltiristor apareciendo
en el primer y tercer cuadrante del sistema de ejes. Esto es debido a su
bidireccionalidad
· La
principal utilidad de los TRIACS es como regulador de potencia entregada a
una carga, en corriente alterna.
rectificador controlado de silicio
(SCR)
El rectificador controlado de silicio (en inglés SCR: Silicon
Controlled Rectifier) es un tipo de tiristor formado
por cuatro capas de material semiconductor con
estructura PNPN o bien NPNP. El nombre proviene de la unión de Tiratrón (tyratron)
y Transistor.
SIMBOLO DE SCR
Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y gate (puerta). La puerta es la encargada
de controlar el paso de corriente entre el ánodo y el cátodo. Funciona
básicamente como un diodo rectificador controlado, permitiendo circular la
corriente en un solo sentido. Mientras no se aplique ninguna tensión en la
puerta del SCR no se inicia la conducción y en el instante en que se aplique dicha
tensión, el tiristor comienza a conducir. Trabajando en corriente
alterna el SCR se desexcita en cada alternancia o semiciclo.
Trabajando en corriente continua, se necesita un circuito de bloqueo forzado, o
bien interrumpir el circuito.
El pulso de conmutación ha de ser de una duración considerable, o bien,
repetitivo si se está trabajando en corriente
alterna. En este último caso, según se atrase o adelante el pulso de
disparo, se controla el punto (o la fase) en el que la corriente pasa a la carga.
Una vez arrancado, podemos anular la tensión de puerta y el tiristor continuará
conduciendo hasta que la corriente de carga disminuya por debajo de la
corriente de mantenimiento (en la práctica, cuando la onda senoidal cruza por
cero)
Cuando se produce una variación
brusca de tensión entre ánodo y cátodo de un tiristor, éste puede dispararse y
entrar en conducción aún sin corriente de puerta. Por ello se da como
característica la tasa máxima de subida de tensión que permite mantener
bloqueado el SCR. Este efecto se produce debido al condensador parásito
existente entre la puerta y el ánodo.
.Características generales:
· Interruptor
casi ideal.
· Soporta
tensiones altas.
· Amplificador
eficaz.
· Es
capaz de controlar grandes potencias.
· Fácil
controlabilidad.
· Relativa
rapidez.
· Características
en función de situaciones pasadas (memoria)
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