O dată cu apariţia semiconductoarelor de putere, diode, tranzistoare de putere şi întreaga familie de tiristoare s-a produs, de fapt, al doilea impact în utilizarea energiei electrice: în acţionări electrice, redresoare, invertoare; convertizoare în general.
Dacă primul impact a fost mai puţin evidenţiat, din cauza nivelului încă scăzut de pondere a industriei electrotehnice în întreaga economie mondială, în anul 1902, când s-a inventat redresorul cu mercur de către Cooper Hewit, invenţie care a detronat în mod progresiv comutatricea şi grupurile convertizoare, al doilea impact datorat dispozitivelor semiconductoare, s-a produs prin anii ’50 şi a fost foarte puternic, în prezent asistând la o dezvoltare fără precedent în utilizarea energiei electrice în toate domeniile şi sub diferite forme. Spre deosebire de familia de redresoare, care făcea apel la proprietăţile de descărcare electrică în gaz sau vapori metalici, cum sunt tiratroanele sau ignitroanele, dispozitivele semiconductoare fac apel la proprietăţile fizice ale acestor materiale dopate cu diferite impurităţi, foarte exact dozate, ceea ce face ca tehnica de obţinere a diferitelor tipuri de dispozitive semiconductoare să devină foarte sofisticată, făcând apel la diferite tehnologii de vârf ale acestui sfârşit de secol.
Dacă realirarea tiristoarelor implică tehnologii de vârf, utilizarea lor în diferite domenii necesită doar un minim de cunoştinţe pentru corecta lor folosire, întrucât ele sunt destul de sensibile la supratensiuni şi supracurenţi, chiar de durată scurtă. O alegere corectă a tiristoarelor în echipamentele electrice, inclusiv a elementelor auxiliare de protecţie, poate duce la o viaţă de exploatare a echipamentelor cu tiristoare de peste 15-20 ani, fără apariţii de defecţiuni, aceasta din cauză că tiristoarele sunt elemente statice, neavând elemnte în mişcare, iar întreţinerea acestor elemente este foarte simplă.
Pentru atingerea acestor performanţe la echipamentele cu tiristoare, nu este suficientă doar cunoaşterea din cataloage a valorilor caracteristice ale acestor dispozitive electrice, ci şi raţiunea care a stat la baza alegerii acestora.
Întrucât domeniile de aplicaţie ale tiristoarelor s-au extins foarte mult, proiectanţii şi fabricanţii lor s-au văzut obligaţi să facă o diversificare largă a producţiilor de tiristoare atât ca structură, cât şi ca gamă de puteri.
În prezent, în anumite aplicaţii, sunt folosite anumite tipuri de tiristoare. Astfel, pentru redresoare obţinute pentru reţeaua de 50 Hz sunt folosite tiristoarele convenţionale care se fabrică de la curenţi de 0,5 A până la 2500 A şi chiar mai mult şi tensiuni de la 200 la 4000 V.
Pentru convertizoarele care lucrează la frecvenţe mai mari de 300 Hz, sunt folosite tiristoarele rapide, unele putând lucra până la frecvenţe de 10 kHz, pentru curenţi de la 5 A la 1000 A şi tensiuni până la 2000 V.
În ceea ce priveşte tiristoarele cu stingere pe poartă – GTO – acestea se fabrică în prezent pentru tensiuni de 2500 V şi curenţi de maximi stinşi de 2000 A, cu timp de stingere de 15 la 40 μs, ceea ce a permis realizarea de echipamente care lucrează la frecvenţe ridicate de la 500 la 1000 Hz şi peste.
În prezent sunt cercetate tiristoare cu stingere pe poartă cu curenţi stinşi de 2500 A şi tensiuni de 4500 V [22’]. În acest fel se va tinde în viitorii ani spre maximumul de putere ce se poate obţine la aceste dispozitive cu siliciu.
Aceste tipuri de tiristoare au avantajul, în comparaţie cu tranzistoarele de putere, că necesită puteri de comandă a porţii mai mici.
Pentru instalaţii cu tiristoare folosite la tensiuni ridicate se folosesc tiristoarele cu comandă optică (TAO). Aceste tiristoare pot fi conectate în serie în număr mare, şi realizate la curenţi de 3000 A şi tensiuni de 4000 V [11’].
În prezent, cu toate că se utilizează tiristoare având curent şi tensiuni de valori ridicate, s-au realizat echipamente de zeci şi sute megawaţi cu tiristoare, ceea ce a necesitat conectarea în serie sau în paralel a zeci de tiristoare.
Aceasta a dus la realizarea de subansambluri ultraspecializate pentru comanda şi protecţia tiristoarelor.
În viitor, realii competitori ai tiristoarelor tip GTO şi respectiv cu comandă optică (TAO) vor fi, probabil, tranzistoarele de putere cu efect de câmp (FET) şi tiristoarele cu inducţie statică, (STThy).










3.PREZENTAREA LUCRĂRII

3.1. CARACTERISTICI TEHNICE


În perioada 1957-1958, prin combinarea joncţiunilor cu proprietăţi diferite iau naştere diverse familii de dispozitive semiconductoare: tiristoare, triace, diace, fototiristoare etc.
Termenul “tiristor” desemnează o familie de dispozitive semiconductoare ale căror caracteristici, la origine, sunt apropiate de cele ale tuburilor tiratron. De altfel, numele TIRISTOR provine din contracţia numelor TIRatron şi tranzISTOR. El este mai cunoscut sub denumirea de S.C.R.
Tiristorul este un dispozitiv semiconductor format din patru straturi dopate p şi n, dispuse alternativ, alcătuind trei joncţiuni. El prezintă trei electrozi: anod, catod şi poartă. Simbolul său este prezentat în figura de mai jos.

Modul de funcţionare al tiristorului este ilustrat de caracteristica tensiune anodică-curent anodic .Dacă se aplică o tensiune continuă între anod şi catod, tiristorul rămâne blocat, indiferent de sensul acesteia. Mărind tensiunea aplicată, atât în polarizarea directă, cât şi în polarizarea inversă, tiristorul rămâne blocat până la o anumită valoare la care se străpunge, curentul prin el crescând foarte mult. Valoarea tensiunii anodice la care tiristorul se străpunge atunci când este polarizat invers se numeşte tensiune inversă continuă.
Valoarea tensiunii anodice la care tiristorul se străpunge în polarizare directă se numeşte tensiune de străpungere în direct sau tensiune de întoarcere.
Aplicând un impuls pe poartă atunci când titistorul este polarizat direct, deschiderea acestuia are loc la o valoare mai mică a tensiunii anodice. Acest fenomen este reprezentat printr-o deplasare a caracteristicii I-U spre stânga (fig. 3).

Aplicând un impuls pozitiv pe baza tranzistorului npn (T1), acesta se deschide, de asemenea se deschide şi T2 a cărui bază e conectată la colectorul lui T1. Ca urmare, colectorul lui T2, legat la baza lui T1, va furniza un curent care îl menţine deschis pe T1 chiar în absenţa semnalului iniţial.
Deschiderea tiristorului se numeşte amorsare.