الثايرستور thyristor من أساسات الكترونيك القدرة

14-scr_html_m190de278

 

 

الكترونيك القدرة power electronics هو فرع من الهندسة الالكترونية يهتم بدارات التحكم في القدرة الكهربائية العالية
يمثل الثايرستور العمود الفقري ان صح التعبير لهذا الفرع من الهندسة الالكترونية والكلمة مشتقة من اصل يوناني وتعني الباب .
*
مقاربة الكترونية :
الثايرستور يعد من انصاف النواقل ويتكون من 4 طبقات p و n ولديه 3 اقطاب هي المصعد والمهبط والزناد
يعتمد تصميم الثايرستور على مبدأ التغذية الراجعة الموجبة وهي طريقة ربط لخرج الدارة مع دخلها والذي يؤدي بدوره الى زيادة خرج الدارة
بالنتيجة يصل الثايرستور الى حالة الاشباع بسرعة كبيرة جدا ولهذا فهو يصلح للعمل كمفتاح وليس كمضخم عكس الترانزيستور
*
الشكل يوضح التغذية العكسية الموجبة ( الثاني من اليمين )

*

*

لكي ينطلق الثايرستور في العمل يشترط شرطان هما:

*
أولا: الاستقطاب الصحيح بمعنى التوتر الكهربائي الموجب على مصعد الثايرستور Va<Vk.

*
ثانيا: إعطاء نبضة كهربائية صغيرة الى الزناد.

*
ينطلق حينها الثايرستور ويصبح عبوريا ولا يتوقف حتى عند غياب النبضة الكهربائية التي تعطى له عادة عبر زر ضغط ما يجعله العنصر الالكتروني الملائم للتحكم في دارات القدرة العالية حيث انه يتحمل الجهود العالية ولكنه يسخن بفعل ذلك وقد يحتاج الى مروحة للتبريد.

*
حساسية الزناد لتيار القدح تستدعي اتخاذ تدابير الملائمة مثل تركيب الثايرستور على المشتت لحمايته من التداخل الكهرومغناطيسي للملفات والمحولات كما في علبة تغذية الحاسوب مثلا او وضع مقاومة للحد من حساسية الزناد وتفادي القدح الخاطئ

*

الثايرستور كبقية انصاف النواقل ينطبق عليه تيار التسريب leak current ويمكن ملاحظة الظاهرة عيينا عند فتح غطاء الوحدة المركزية للحاسوب وهي مطفأة ونزع المقبس لعدة ثواني ثم ارجاعه ستلاحظ تحرك ريشة تبريد المعالج لمدة زمنية وجيزة ثم توقفها رغم عدم اعطاء الامر بتشغيل الحاسوب وعدم قدح اي من الثايرستورات ولهذا عند التعامل مع التطبيقات الخطرة يجب اولا اكمال الدارة وقفلها عبر مقاومة وتخطي مرحلة تيار التسريب ثم بعد ذلك اكمال الدارة وعدم نزع تلك المقاومة المتفرعة الا بعد الانتهاء التام من العمل .

*

عند انطلاق الثايرستور لا يتوقف الا عند هبوط التيار المار فيه الى قيمة معينة قريبة من الصفر ومن اجل ايقافه يمكن قصره عبر زر موصول معه على التفرع وهي الطريقة الاسهل والابسط او تمرير تيار في الاتجاه المعاكس او فتح الدارة بكاملها عبر زر موصول على التوالي.

*

تطبيقات الثايرستور :

التحكم في المحركات والمحولات وعموما في دارات الحماية وكل دارات القدرة العالية التي تتطلب التحكم فيها وهو بذلك همزة الوصل بين الهندسة الكهربائية والهندسة الالكترونية

بعض دارات الثايرستور :

*

*

الدارة التالية توضح استعمال الثايرستور كمفتاح للتحكم الالكتروني عبر الازرار في اشعال واطفاء لمبة المقاومة rg للحد من تيار الزناد بينما المقاومة rgk للحد من حساسية الزناد المفرطة للقدح.

*
عند الضغط على الزر on لاجزاء من الثانية يتم قدح الثايرستور ويصبح عبوريا لتوفر كل الشروط من قدح واستقطاب فتغلق الدارة وتضيئ اللمبة ولايقاف العمل يتم الضغط على الزر off الموجود على التوالي مع الثايرستور ما يسبب قصره ( دارة قصيرة ) وتوقف التار الهكربائي المار فيه كليا فتفح الدارة مباشرة بمجرد نزع الاصبع عن الزر off ومن اجل التشغيل من جديد يجب اعادة الضغط على زر on ويمكن ملاحظة ان كلا الزرين من نوع ( اضغط لتغلق ).

*
الدارة اعلاه فيها مشكلة وهي ان الزر off يقصر الدارة بكاملها وليس فقط الثايرستور ولهذا اما الدارة فيها خطا او ان اللمبة ذات مقاومة ذاتية عالية او التوتر الكهربائي المستخدم للتغذية ضعيف في حدود بضعة فولت فقط.

*

*

نفس الدارة الاولى مع اختلاف بسيط ولكن مهم جدا وه وان الزر off موجود على التوالي مع عناصر الدارة وليس على التوازي مع الثايرستور وهو من النوع اضغط لتفتح وليس اضغط لتغلق وهذه الدارة اكثر امنا لانها لا تستخدم اسلوب الدارة القصيرة الذي يسبب تيارا كهربائيا عاليا وهو خطير جدا في الدارات التي تغذيها جهود عالية.

*

*

التحكم في دارة تقويم عن الطريق الثايرستور فهو يتصرف مثل الدايود بعد قدحه وعليه يمكن استعماله في التحكم للدارة والسماح بتقويم النصف الموجب او السالب فقط او كلاهما معا بطريقة الكترونية.

*

*

التحكم في الاستطاعة الكهربائية المستهلكة من طرف اللمبة ( او ما ينوب عنها من حمولة ) وهنا تلعب الدايود d1 دور العتبة ويشترط ان يتجاوز التوتر في النقطة a التوتر العبوري للدايود لكي تسمع بتمرير التيار وقدح الزناد علما ان التوتر في النقطة a هو نفسه توتر المكثف الذي يتزايد مع الشحن في النوبة الموجبة ولكن ببطئ وحسب قيمة المقاومة r1 وبتغيير قيمة المقاومة يمكن تسريع او ابطاء وتيرة شحن المكثف c وبالتالي زيادة او انقاص زمن تغذية اللمبة اي التحكم في الاستطاعة المستهلكة من طرفها وفي النوبة السالبة يتوقف الثايرستور عن العمل بسب الاستقطاب العكسي وتعاد العملية من جديد في النوبة الموجبة.