تریستور چیست؟

قطعه‌ای که در مدارهای الکترونیک قدرت و صنعتی به ‌طور فزآینده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد تریستور (Thyristor) نام دارد. تریستورها به دلیل خاصیت نیمه هادی بودن از سیلیسیوم ساخته می‌شوند و از 4 لایه متناوب تشکیل شده‌اند. تریستورها بطور رسمی در سال 1960 به بازار عرضه گردیدند و بطور مستمر در حال کامل شدن می‌باشند.

تریستورها دارای سه الکترود (پایه) می‌باشند: کاتد، آند و گیت. آند و کاتد به عنوان دو سر یک کلید می‌باشند و به مدار قدرت وصل می‌گردند. نحوه قرارگیری پایه‌های الکترود تریستور به این صورت است که همیشه بایستی پایه آند به سمت مثبت و کاتد به سمت منفی قرار گیرد. گیت نسبت به کاتد و آند جریان کمتری داشته و از آن برای فعالسازی تریستور استفاده می‌شود به این صورت که همانند شستی کلید، می‌توان با فعال کردن و تحریک آن به جریان اجازه عبور از آند به کاتد را داد، در غیر اینصورت تریستور اجازه نمی‌دهد جریان از آند به کاتد عبور کند و همانند یک کلید باز عمل می‌نماید.

تریستور در بیشتر موارد می‌تواند به عنوان یک کلید ایده‌آل در نظر گرفته شود. به راحتی می‌توان با فشار دادن یک کلید تریستور را از حالت نارسانایی به حالت رسانا تغییر حالت داد و به عنوان یک کلید دو حالته عمل نماید.

عملکرد تریستورها

از نظر عملکرد تریستور مثل یک سوئیچ عمل می‌کند و وظیفه اصلی آن کنترل برق و جریان متناوب می‌باشد. جایی که تغییر قطبیت جریان باعث خاموش شدن دستگاه بصورت خودکار می‌گردد. می‌توان با استفاده از تریستور از مدارهای ولتاژ بالا و با جریان زیاد ( تا 6000 آمپر و 4500 ولت) محافظت نمود.

ویژگی‌های تریستور

قابلیت بهره‌برداری در دو حالت پایدار روشن و خاموش
عمر طولانی به دلیل نداشتن حرکت مکانیکی
استفاده فقط به منظور کلیدزنی

انواع تریستور

تریستورهای قدرت صنعتی به دو دسته تقسیم می‌شوند:

استود
دیسکی

این دو تریستور دارای تفاوت‌هایی از جمله: پایین بودن سرعت قطع و وصل در تریستورهای استود نسبت به دیسکی، تحت فشار قرار دادن گیت توسط گرماگیر به منظور تحریک گیت در تریستور دیسکی، استفاده از تریستورهای استود برای مدارهای یکسوکننده کنترل شده در حالی ‌که از تریستورهای دیسکی در اینورترها و مبدل‌های تبدیل DC به AC استفاده می‌گردد.

تریستورهای SCR و GTO از جمله تریستورهای تک جهته می‌باشند در صورتی‌که ترایاک و سوییچ دو طرفه به عنوان مثالی از تریستورهای دو جهته می‌باشند که توانایی هدایت در هر دو جهت را دارند. در تریستورهای GTO معایب تریستورهای معمولی رفع گردیده است. از تریستورهای GTO در موارد تخصصی همچون: مبدل‌های DC به AC یا DC به DC ولتاژ بالا، درایور موتورهای سرعت متغیر، مدار با توان بالا و … کاربرد دارد.

انواع تریستورها

SCR: عمر طولانی به عنوان کلید.
GTO: توانایی خاموش‌کنندگی با گیت.
TRIAK: توانایی هدایت در دو جهت به منظور کنترل فاز AC.
RCT: بهبود نیاز خاموشی مدار کموتاسیون
MCT: جزء دسته‌ای از تریستورها می‌باشند که قابلیت کنترل با ولتاژ را دارند. کنترل این نوع از تریستورها بر عهده ماسفت‌ها (MOSEFT) می‌باشد.
SITH: در تریستور القایی استاتیک گیت بصورت پنهان می‌باشد، برای خاموش شدن این تریستورها بایستی الکترودهای گیت در منطقه منفی یا آند قرار داده شوند.

تریستور در جریان AC

در جریان‌های AC تریستور به مانند یک کلید معمولی نبوده و تنها نیم سیکل جریان از تریستور عبور می‌نماید.

تریستور در جریان DC

در جریان‌های DC تریستور همانند یک کلید معمولی عمل کرده و به منظور روشن کردن تریستور یک پالس مثبت به پایه گیت داده می‌‌شود.

چگونگی خاموش کردن تریستورها

به خاموش شدن‌های تریستور کموتاسیون گفته می‌شود. برای خاموش کردن تریستور می‌توان منبع تغذیه را به صورت مقطعی قطع نمود یا یک اتصال کوتاه بین پایه‌های کاتد و آند ایجاد نمود. اگر تریستور بطور طبیعی و خودکار خاموش گردد کموتاسیون طبیعی رخ می‌دهد، در صورتی که اگر مجبور به صفر کردن جریان باشیم کموتاسیون اجباری اتفاق می‌افتد.

زمان خاموش‌سازی

حداقل زمان لازم به جهت سد ولتاژ مستقیم از زمان صفر شدن جریان آند که با toff نشان داده می‌شود را زمان خاموش‌سازی تریستور گویند. بعد از صفر شدن جریان آند به منظور سد کردن ولتاژ مستقیم، تریستور بایستی برای لحظاتی مشخص در حالت گرایش معکوس قرار بگیرد، به این علت که حتی با صفر بودن جریان گیت در صورتی که به تریستور ولتاژ گرایش مستقیم اعمال شود امکان هدایت مجدد توسط تریستور وجود دارد.

کاربرد تریستورها

با کمک تریستور می‌توان با استفاده از یک ولتاژ پایین وسیله‌ای با ولتاژ زیاد را روشن نمود. به دلیل توانایی تغییر وضعیت سریع روشن و خاموش تریستورها در موارد کاربرد دارد:

کنترل موتورهای AC در مدارات یکسوسازی
کنترل‌گرهای سرعت موتورکنترل نور
کنترل فاز مفید
سیستم‌های کنترل کننده سطح فشار
تنظیم کننده‌های سطح مایعات
جایگزین رله
اهرم حفاظتی اضافه ولتاژ در منابع تغذیه
استفاده در انتقال برق HVDC

موارد دارای اهمیت در تریستورها

توانایی تحمل ولتاژ معکوس زیاد
سرعت روشن و خاموش شدن
توانایی عبور جریان‌های قوی

شباهت و تفاوت تریستور با سایر قطعات الکتریکی

شباهت و تفاوت تریستور با سایر قطعات الکتریکی مثل زیمنس plc شامل موارد زیر است:

تریستور و دیود

تریستور به دیود شباهت دارد، به اینصورت که پس از یکبار روشن شدن رفتاری مشابه با دیود یکسو از خود بروز می‌دهد. دیود و تریستور هر دو تک جهته هستند و تنها قادر به عبور جریان از یک سو می‌باشند.
تریستور از چهار لایه نیمه‌رسانا تشکیل شده در صورتی که دیود دارای دو لایه می‌باشد. از دیگر تفاوت‌های دیود و تریستور می‌توان به توانایی کنترل تریستور به عنوان یکسوساز یا سوئیچینگ با تحریک پایه گیت اشاره نمود. تریستور را می‌توان معادل سه دیود پشت سر هم فرض نمود، بطوری که بایاس دیود میانی در همه حال بر خلاف دو دیود کناری باشد.

تریستور و ترانزیستور

تریستور چهار لایه می‌باشد ولی ترانزیستور سه لایه دارد. تریستورها نسبت به ترانزیستورها تلفات کلیدزنی کمتری دارند که این موضوع به دلیل عملکرد کلید زنی بهتر آن‌ها می‌باشد.

تریستور و رله

در تریستورها برای برقراری جریان بین پایه‌های آند و کاتد، بایستی به پایه‌های کاتد و گیت ولتاژی اعمال نماییم، ساختار و نحوه کارکرد رله با اعمال ولتاژ به بوبین باعث بسته شدن کنتاکت باز رله می‌گردد.‌ تریستور بدون صدا و جرقه و یک کلید الکترونیکی است در صورتی‌که رله یک کلید الکترومکانیکی می‌باشد. برای خاموش کردن رله می‌توان ولتاژ بوبین رله را قطع نمود در حالی‌که اگر ولتاژ گیت تریستور قطع گردد تریستور خاموش نمی‌شود. تریستور بصورت یک جهته بوده و در صورت نیاز به جریان دو طرفه بایستی دو تریستور را بصورت برعکس و موازی به یکدیگر وصل نمود.