الثايرستور
الثايرستور ( يُلفظ / θaɪˈrɪstər / ، من الكلمة اليونانية θύρα ، التي تعني "باب" أو "صمام"، وكلمة ترانزستور [ 1 ] ) هو جهاز شبه موصل ذو حالة صلبة ، يُمكن اعتباره ثنائيًا عالي المتانة وقابلًا للتبديل ، يسمح بمرور التيار في اتجاه واحد فقط، وغالبًا ما يكون ذلك تحت سيطرة قطب البوابة. يُستخدم الثايرستور في تطبيقات الطاقة العالية مثل العواكس ومولدات الرادار . يتكون عادةً من أربع طبقات من مواد من النوعين P و N بالتناوب. [ 2 ] : 12 ويعمل كمفتاح ثنائي الاستقرار (أو مزلاج ). [ 2 ] : 12 يوجد تصميمان مختلفان، يختلفان في آلية بدء حالة التوصيل. في الثايرستور ثلاثي الأطراف، يتحكم تيار صغير على طرف البوابة في التيار الأكبر في مسار الأنود إلى الكاثود. في الثايرستور ثنائي الأطراف، يبدأ التوصيل عندما يكون فرق الجهد بين المصعد والمهبط كبيرًا بما يكفي (جهد الانهيار). ويستمر الثايرستور في التوصيل حتى يتم عكس انحياز الجهد عبر الجهاز أو إزالة الجهد (بطريقة أخرى)، [ 2 ] : 12 أو من خلال إشارة بوابة التحكم في الأنواع الأحدث.
تُعرّف بعض المصادر مصطلحي " المقوم السيليكوني المتحكم به " (SCR) و"الثايرستور" على أنهما مترادفان. [ 3 ] بينما تُعرّف مصادر أخرى الثايرستورات على أنها أجهزة أكثر تعقيدًا تتضمن أربع طبقات على الأقل من الركائز المتناوبة من النوع N والنوع P.
طُرحت أولى أجهزة الثايرستور تجاريًا عام ١٩٥٦. ونظرًا لقدرة الثايرستور على التحكم في كمية كبيرة نسبيًا من الطاقة والجهد باستخدام جهاز صغير، فإنه يُستخدم على نطاق واسع في التحكم بالطاقة الكهربائية، بدءًا من مُخفِّضات الإضاءة والتحكم في سرعة المحركات الكهربائية وصولًا إلى نقل الطاقة بالتيار المستمر عالي الجهد . ويمكن استخدام الثايرستور في دوائر تبديل الطاقة، ودوائر استبدال المرحلات ، ودوائر العاكس، ودوائر المذبذب، ودوائر كاشف المستوى، ودوائر التقطيع ، ودوائر خفض الإضاءة، ودوائر المؤقت منخفضة التكلفة، والدوائر المنطقية، ودوائر التحكم في السرعة، ودوائر التحكم في الطور، وغيرها. في الأصل، كان الثايرستور يعتمد فقط على عكس اتجاه التيار لإيقافه، مما جعل استخدامه مع التيار المستمر صعبًا؛ أما الأنواع الأحدث من الأجهزة فيمكن تشغيلها وإيقافها عبر إشارة بوابة التحكم. ويُعرف هذا النوع الأخير باسم ثايرستور إيقاف البوابة ، أو ثايرستور GTO.
على عكس الترانزستورات ، تتميز الثايرستورات بخاصية تبديل ثنائية القيمة، أي أن الثايرستور لا يمكن أن يكون إلا في حالة تشغيل كاملة أو إيقاف كامل، بينما يمكن للترانزستور أن يكون في حالة بين التشغيل والإيقاف. هذا يجعل الثايرستور غير مناسب كمضخم تناظري، ولكنه مفيد كمفتاح.
تاريخ
تم تطوير مقوم السيليكون المتحكم به (SCR) أو الثايرستور، الذي اقترحه ويليام شوكلي عام 1950 ودعمه مول وآخرون في مختبرات بيل ، عام 1956 على يد مهندسي الطاقة في شركة جنرال إلكتريك (GE) بقيادة جوردون هول، وقام فرانك دبليو "بيل" جوتزويلر من جنرال إلكتريك بتسويقه تجاريًا. وقد أقر معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات ( IEEE ) بهذا الاختراع بوضع لوحة تذكارية في موقع الاختراع في كلايد، نيويورك ، وإعلانه معلمًا تاريخيًا بارزًا في تاريخ المعهد.
في عام 1960، سوّقت شركة ترانزيترون إلكترونيك كوربوريشن صمامًا رباعيًا من نوع PNPN يتميز بكسب تيار عالٍ، وكان يُعرف آنذاك باسم "بينيستور" . [ 4 ] [ 5 ] وتوقع الباحثون استخدام هذا الجهاز في دوائر التبديل وتخزين البيانات. [ 4 ] [ 5 ] وقد أظهرت إحدى الأبحاث التي استخدمت صمام ترانزيترون الرباعي دائرة تغذية طاقة تعمل بوضع التبديل "غير مألوفة" (في ذلك الوقت). [ 6 ] [ 6 ] : 41

كان جهاز أنبوبي مملوء بالغاز يُسمى الثايراترون يوفر قدرة مماثلة على التبديل الإلكتروني، حيث يمكن لجهد تحكم صغير أن يُبدّل تيارًا كبيرًا. ومن دمج كلمتي "ثايراترون" و" ترانزستور " اشتُقّ مصطلح "الثايرستور". [ 2 ] : 12
في السنوات الأخيرة، قام بعض المصنّعين [ 7 ] بتطوير الثايرستورات باستخدام كربيد السيليكون (SiC) كمادة شبه موصلة. وتُستخدم هذه الثايرستورات في بيئات ذات درجات حرارة عالية، حيث إنها قادرة على العمل في درجات حرارة تصل إلى350 درجة مئوية .
تصميم

الثايرستور عبارة عن جهاز شبه موصل رباعي الطبقات وثلاثي الأطراف، تتكون كل طبقة فيه من مادة من النوع N أو النوع P بالتناوب ، مثل PNPN. تمتد الأطراف الرئيسية، المسماة المصعد والمهبط، عبر الطبقات الأربع. أما طرف التحكم، المسمى البوابة، فيتصل بمادة من النوع P بالقرب من المهبط. (يوجد نوع آخر يُسمى مفتاح التحكم بالسيليكون (SCS)، حيث تمتد جميع الطبقات الأربع إلى الأطراف). يمكن فهم آلية عمل الثايرستور من خلال زوج من ترانزستورات ثنائية القطبية متصلة بإحكام ، مرتبة بحيث تُحدث عملية إغلاق ذاتي.
للثايرستورات ثلاث حالات:
- وضع الحجب العكسي: يتم تطبيق الجهد في الاتجاه الذي يحجبه الصمام الثنائي
- وضع الحجب الأمامي: يتم تطبيق الجهد في الاتجاه الذي من شأنه أن يتسبب في توصيل الصمام الثنائي، ولكن لم يتم تشغيل الثايرستور للتوصيل.
- وضع التوصيل الأمامي: تم تشغيل الثايرستور في وضع التوصيل وسيظل موصلاً حتى ينخفض التيار الأمامي إلى ما دون قيمة عتبة تُعرف باسم "تيار التثبيت".
بوابة المحطة

يحتوي الثايرستور على ثلاثة وصلات pn (مسماة بالتسلسل J 1 و J 2 و J 3 من المصعد).
عندما يكون المصعد عند جهد موجب V <sub> AK</sub> بالنسبة للمهبط، مع عدم وجود جهد مطبق على البوابة، تكون الوصلتان J<sub> 1</sub> وJ<sub> 3</sub> منحازتين انحيازًا أماميًا، بينما تكون الوصلة J<sub> 2</sub> منحازة انحيازًا عكسيًا. ولأن J<sub> 2 </sub> منحازة انحيازًا عكسيًا، لا يحدث توصيل (حالة إيقاف). الآن، إذا زاد V<sub> AK </sub> عن جهد الانهيار V<sub> BO</sub> للثايرستور، يحدث انهيار انهياري للوصلة J <sub>2 </sub> ويبدأ الثايرستور بالتوصيل (حالة تشغيل).
إذا طُبِّق جهد موجب V<sub> G</sub> على طرف البوابة بالنسبة للكاثود، فإن انهيار الوصلة J<sub> 2</sub> يحدث عند قيمة أقل لـ V <sub>AK</sub> . باختيار قيمة مناسبة لـ V<sub> G </sub>، يمكن تشغيل الثايرستور بسرعة.
بمجرد حدوث انهيار الانهيار الجليدي، يستمر الثايرستور في التوصيل، بغض النظر عن جهد البوابة، حتى يزول الجهد V <sub> AK </sub> أو يصبح التيار المار عبر الجهاز (الأنود-الكاثود) أقل من تيار التثبيت المحدد من قبل الشركة المصنعة. لذا، يمكن أن يكون V<sub> G</sub> نبضة جهد، مثل جهد الخرج من مذبذب استرخاء UJT .
تتميز نبضات البوابة بجهد تشغيل البوابة ( V<sub> GT</sub> ) وتيار تشغيل البوابة ( I<sub> GT</sub> ). يتناسب تيار تشغيل البوابة عكسيًا مع عرض نبضة البوابة، مما يدل على وجود حد أدنى من شحنة البوابة اللازمة لتشغيل الثايرستور.
خصائص التبديل

في الثايرستور التقليدي، بمجرد تشغيله بواسطة طرف البوابة، يبقى الجهاز في حالة التشغيل (أي لا يحتاج إلى تيار بوابة مستمر للبقاء في حالة التشغيل)، شريطة أن يتجاوز تيار المصعد تيار التثبيت ( IL ) . وطالما بقي المصعد منحازًا إيجابيًا، لا يمكن إيقاف تشغيله إلا إذا انخفض التيار إلى ما دون تيار التثبيت ( IH ) . في ظروف التشغيل العادية ، يكون تيار التثبيت دائمًا أكبر من تيار التثبيت. في الشكل أعلاه، يجب أن يكون IL أعلى من IH على المحور الرأسي لأن IL > IH .
يمكن إيقاف تشغيل الثايرستور إذا تسببت الدائرة الخارجية في انحياز المصعد انحيازًا سالبًا (وهي طريقة تُعرف بالتبديل الطبيعي أو التبديل الخطي). في بعض التطبيقات، يتم ذلك عن طريق تشغيل ثايرستور ثانٍ لتفريغ مكثف في مصعد الثايرستور الأول. تُسمى هذه الطريقة بالتبديل القسري.
عندما ينخفض التيار المار عبر الثايرستور إلى ما دون تيار التثبيت، يجب أن يكون هناك تأخير قبل أن يتم تحيز المصعد بشكل موجب ، مما يُبقي الثايرستور في حالة الإيقاف. يُسمى هذا التأخير الأدنى زمن إيقاف الدائرة ( tQ ). محاولة تحيز المصعد بشكل موجب خلال هذا الزمن تؤدي إلى تشغيل الثايرستور ذاتيًا بواسطة حاملات الشحنة المتبقية ( الفجوات والإلكترونات ) التي لم تتحد بعد .
تكرار
تم تصميم الثايرستورات لتطبيقات التردد المنخفض؛ أي تلك التي تقل عن1 كيلوهرتز . [ 8 ] ترددات أعلى من تردد التيار المتردد المنزلي (مثل50 هرتز أوتتطلب الثايرستورات ذات الترددات المنخفضة (60 هرتز ) قيمًا أقل لمعامل التوصيل الحراري (tQ ) . ويمكن تصنيع هذه الثايرستورات السريعة عن طريق نشر أيونات المعادن الثقيلة ، مثل الذهب أو البلاتين ، التي تعمل كمراكز لتجميع الشحنات، في السيليكون. أما اليوم، فتُصنع الثايرستورات السريعة عادةً عن طريق تشعيع السيليكون بالإلكترونات أو البروتونات ، أو عن طريق زرع الأيونات . ويُعد التشعيع أكثر تنوعًا من تطعيم المعادن الثقيلة لأنه يسمح بضبط الجرعة بدقة متناهية، حتى في مراحل متأخرة من معالجة السيليكون.
الأنواع
- مفتاح التيار المتردد (ACS): عبارة عن تراياك عالي التبديل ومحمي من الجهد الزائد مع عازل بوابة
- ACST: مفتاح التيار المتردد: TRIAC عالي التبديل ومحمي من الجهد الزائد
- AGT: ثايرستور ذو بوابة أنودية: ثايرستور ذو بوابة على طبقة من النوع n بالقرب من الأنود
- ASCR : SCR غير متماثل
- BCT: ثايرستور تحكم ثنائي الاتجاه: جهاز تبديل ثنائي الاتجاه يحتوي على بنيتين من الثايرستور مع نقاط تلامس بوابة منفصلة
- ثنائي الانهيار (BOD) : ثايرستور بدون بوابة يتم تشغيله بواسطة تيار الانهيار الجليدي
- جهاز تشغيل ثنائي الاتجاه (DIAC )
- دينستور: جهاز تبديل أحادي الاتجاه
- ثنائي شوكلي : جهاز تشغيل وتبديل أحادي الاتجاه
- جهاز SIDAC : جهاز تبديل ثنائي الاتجاه
- تريسيل ، سيداكتور: أجهزة حماية ثنائية الاتجاه
- BRT: ثايرستور يتم التحكم فيه بمقاومة القاعدة
- ETO : ثايرستور إيقاف تشغيل الباعث [ 9 ]
- GTO : ثايرستور إيقاف تشغيل البوابة
- DB-GTO: ثايرستور إيقاف تشغيل بوابة المخزن المؤقت الموزع
- MA-GTO: ثايرستور إيقاف تشغيل البوابة ذو الأنود المعدل
- IGCT : ثايرستور ذو بوابة تبديل متكاملة
- جهاز الإشعال: مولدات شرارة لدوائر إشعال النار
- LASCR: SCR مُنشط بالضوء، أو LTT: ثايرستور مُشغل بالضوء
- LASS: مفتاح شبه موصل يعمل بالضوء
- MCT : ثايرستور يتم التحكم فيه بواسطة MOSFET: يحتوي على بنيتين إضافيتين من FET للتحكم في التشغيل/الإيقاف
- CSMT أو MCS: ثايرستور حثي ثابت مركب من أكسيد المعدن والكبريت
- ترانزستور أحادي الوصلة قابل للبرمجة (PUT أو PUJT): هو عبارة عن ثايرستور ذو بوابة على طبقة من النوع n بالقرب من المصعد، ويُستخدم كبديل وظيفي للترانزستور أحادي الوصلة.
- الكوادراك : نوع خاص من الثايرستور يجمع بين ثنائي DIAC وثلاثي TRIAC في حزمة واحدة
- RCT : الثايرستور الموصل العكسي
- مفتاح التحكم بالسيليكون (SCS): أو رباعي الثايرستور : ثايرستور مزود ببوابات كاثود وأنود - وهو في الواقع مزيج من SCR وPUT في جهاز واحد
- SCR : مقوم متحكم به بالسيليكون
- SITh : ثايرستور الحث الساكن، أو FCTh : ثايرستور مُتحكم فيه بالمجال: يحتوي على بنية بوابة يمكنها إيقاف تدفق تيار الأنود
- الترياك : صمام ثلاثي للتيار المتردد: جهاز تبديل ثنائي الاتجاه يحتوي على بنيتين من الثايرستور مع وصلة بوابة مشتركة
الثايرستور ذو التوصيل العكسي
يحتوي الثايرستور ذو التوصيل العكسي (RCT) على ثنائي عكسي مدمج ، لذا فهو غير قادر على منع التوصيل العكسي. تُعد هذه الأجهزة مفيدة عند الحاجة إلى استخدام ثنائي عكسي أو ثنائي حر. ولأن الثايرستور المتحكم به بالسيليكون (SCR) والثنائي لا يعملان في الوقت نفسه، فإنهما لا يُنتجان حرارة في آنٍ واحد، ويمكن دمجهما وتبريدهما معًا بسهولة. تُستخدم الثايرستورات ذات التوصيل العكسي غالبًا في مُغيرات التردد والمحولات .
الثايرستورات الضوئية

يتم تنشيط الثايرستورات الضوئية بواسطة الضوء. وتكمن ميزتها في عدم تأثرها بالإشارات الكهربائية، التي قد تتسبب في خلل في التشغيل في البيئات ذات التشويش الكهربائي. يحتوي الثايرستور المُشغَّل ضوئيًا (LTT) على منطقة حساسة ضوئيًا في بوابته، حيث يتم إدخال الإشعاع الكهرومغناطيسي (عادةً الأشعة تحت الحمراء ) عبر ألياف بصرية . ولأنه لا حاجة لتوفير لوحات إلكترونية عند جهد الثايرستور لتنشيطه، فإن الثايرستورات المُشغَّلة ضوئيًا تُعد ميزة في تطبيقات الجهد العالي مثل أنظمة نقل التيار المستمر عالي الجهد (HVDC) . تتوفر الثايرستورات المُشغَّلة ضوئيًا مزودة بحماية مدمجة ضد الجهد الزائد (VBO)، والتي تُشغِّل الثايرستور عندما يصبح الجهد الأمامي عبره مرتفعًا جدًا؛ كما تم تصنيعها أيضًا بحماية مدمجة لاستعادة الجهد الأمامي ، ولكنها غير متوفرة تجاريًا. على الرغم من التبسيط الذي يمكن أن توفره هذه التقنية للإلكترونيات الخاصة بصمام HVDC، إلا أن الثايرستورات التي تعمل بالضوء قد لا تزال تتطلب بعض الإلكترونيات البسيطة للمراقبة، وهي متوفرة فقط من عدد قليل من الشركات المصنعة.
من بين الثايرستورات الضوئية الشائعة، نجد الثايرستور المُنشط ضوئيًا (LASCR) والثايرستور المُنشط ضوئيًا ( TRIAC ). يعمل الثايرستور المُنشط ضوئيًا (LASCR) كمفتاح يُفعّل عند تعرضه للضوء. بعد التعرض للضوء، وعند انقطاع التيار الكهربائي، إذا لم يتم فصل التيار ولم تنعكس قطبية المهبط والمصعد، يبقى الثايرستور المُنشط ضوئيًا (LASCR) في حالة التشغيل. أما الثايرستور المُنشط ضوئيًا (TRIAC) فيشبه الثايرستور المُنشط ضوئيًا (LASCR)، إلا أنه مُصمم للعمل مع التيارات المترددة.
أنماط الفشل
يُحدد مصنّعو الثايرستورات عادةً نطاقًا آمنًا للتشغيل، يُعرّف مستويات الجهد والتيار المقبولة عند درجة حرارة تشغيل معينة . ويُحدد جزء من حدود هذا النطاق بشرط عدم تجاوز الحد الأقصى المسموح به لقدرة البوابة ( PG )، المحدد لمدة نبضة تشغيل معينة. [ 10 ]
بالإضافة إلى أنماط الفشل المعتادة الناتجة عن تجاوز قيم الجهد أو التيار أو الطاقة، فإن للثايرستورات أنماط فشل خاصة بها، بما في ذلك:
- معدل التشغيل d i /d t : حيث يكون معدل ارتفاع تيار التشغيل بعد التشغيل أعلى مما يمكن أن تدعمه سرعة انتشار منطقة التوصيل النشطة (SCRs & TRIACs).
- التبديل القسري: حيث يتسبب تيار الاسترداد العكسي العابر في انخفاض الجهد العالي في منطقة الكاثود الفرعي لدرجة أنه يتجاوز جهد الانهيار العكسي لوصلة ثنائي الكاثود للبوابة (SCRs فقط).
- تشغيل d v /d t : يمكن تشغيل الثايرستور بشكل زائف دون تشغيل من البوابة إذا كان معدل ارتفاع الجهد من المصعد إلى المهبط كبيرًا جدًا.
التطبيقات

تُستخدم الثايرستورات بشكل أساسي في التطبيقات التي تتطلب تيارات وفولتيات عالية، وغالبًا ما تُستخدم للتحكم في التيارات المترددة ، حيث يؤدي تغير قطبية التيار إلى إيقاف تشغيل الجهاز تلقائيًا، وهي عملية تُعرف باسم " عبور الصفر ". ويمكن القول إن الجهاز يعمل بشكل متزامن ؛ أي أنه بمجرد تشغيله، يمرر التيار بنفس طور الفولتية المطبقة على وصلة الكاثود-الأنود دون الحاجة إلى تعديل إضافي للبوابة، أي أن الجهاز يكون في حالة انحياز كامل . ويجب عدم الخلط بين هذه العملية والتشغيل غير المتماثل، لأن الخرج أحادي الاتجاه، حيث يتدفق فقط من الكاثود إلى الأنود، وبالتالي فهو غير متماثل بطبيعته.
يمكن استخدام الثايرستورات كعناصر تحكم لوحدات التحكم التي يتم تشغيلها بزاوية الطور، والمعروفة أيضًا باسم وحدات التحكم التي يتم تشغيلها بالطور .
تُستخدم الثايرستورات أيضًا في وحدات التغذية الكهربائية للدوائر الرقمية ، حيث تعمل كنوع من " قواطع الدائرة المُحسّنة " لمنع تعطل وحدة التغذية من إتلاف المكونات المتصلة بها. يُستخدم الثايرستور مع ثنائي زينر مُتصل ببوابته؛ فإذا ارتفع جهد خرج وحدة التغذية فوق جهد زينر، فإن الثايرستور سيُوصل التيار ويُحدث قصرًا كهربائيًا بين خرج وحدة التغذية والأرض (مما يؤدي عادةً إلى فصل قاطع الدائرة أو المصهر ). يُعرف هذا النوع من دوائر الحماية باسم "قاطع الدائرة" ، ويتميز عن قاطع الدائرة أو المصهر التقليدي بتوفير مسار عالي التوصيل إلى الأرض، مما يحمي جهد التغذية من التلف، وربما يحفظ الطاقة المُخزنة (في النظام المُغذّى).
كان أول تطبيق واسع النطاق للثايرستورات، مع ثنائي التشغيل المصاحب لها ، في المنتجات الاستهلاكية المتعلقة بمصادر الطاقة المستقرة داخل أجهزة استقبال التلفزيون الملون في أوائل سبعينيات القرن الماضي. وقد تم الحصول على مصدر تيار مستمر عالي الجهد مستقر لجهاز الاستقبال عن طريق تحريك نقطة تبديل جهاز الثايرستور صعودًا وهبوطًا على طول الجزء الهابط من النصف الموجب لمدخل التيار المتردد (في حال استخدام الجزء الصاعد، سيرتفع جهد الخرج دائمًا نحو ذروة جهد الدخل عند تشغيل الجهاز، مما يُفقد عملية التنظيم جدواها). وقد تم تحديد نقطة التبديل بدقة بناءً على الحمل على مصدر خرج التيار المستمر، بالإضافة إلى تقلبات دخل التيار المتردد.
استُخدمت الثايرستورات لعقود كأجهزة خافتة للضوء في التلفزيون والأفلام والمسرح ، حيث حلت محل التقنيات الأقل جودة مثل المحولات الذاتية والمقاومات المتغيرة . كما استُخدمت في التصوير الفوتوغرافي كجزء أساسي من ومضات الإضاءة (الستروب).
دوائر التخميد
يمكن تشغيل الثايرستورات عن طريق ارتفاع سريع في جهد حالة الإيقاف. عند زيادة جهد حالة الإيقاف بين المصعد والمهبط للثايرستور، يتدفق تيار من الشحنات مشابه لتيار شحن المكثف. يُعدّ معدل الارتفاع الأقصى لجهد حالة الإيقاف، أو معدل تغير الجهد (dV / dt ) ، للثايرستور معيارًا مهمًا، لأنه يُشير إلى أقصى معدل ارتفاع لجهد المصعد الذي لا يُؤدي إلى توصيل الثايرستور عند عدم تطبيق إشارة البوابة. عندما يُصبح تدفق الشحنات الناتج عن معدل ارتفاع جهد حالة الإيقاف بين المصعد والمهبط للثايرستور مساويًا لتدفق الشحنات المُحقونة عند تنشيط البوابة، فإن ذلك يُؤدي إلى تشغيل عشوائي وغير مرغوب فيه للثايرستور. [ 11 ]
يُمنع حدوث ذلك بتوصيل دائرة تخميد مكونة من مقاومة ومكثف (RC) بين المصعد والمهبط للحد من معدل تغير الجهد (dV / dt ) . دوائر التخميد هي دوائر تمتص الطاقة وتُستخدم لكبح ارتفاعات الجهد الناتجة عن حث الدائرة عند فتح مفتاح كهربائي أو ميكانيكي. الدائرة الأكثر شيوعًا للتخميد هي مكثف ومقاومة موصلان على التوالي عبر المفتاح (الترانزستور).
نقل الكهرباء بالتيار المستمر عالي الجهد

نظرًا لقدرة الثايرستورات الحديثة على تحويل الطاقة بمقياس الميغاواط ، أصبحت صمامات الثايرستور عنصرًا أساسيًا في تحويل التيار المستمر عالي الجهد (HVDC) من وإلى التيار المتردد. في هذا المجال، وفي تطبيقات أخرى عالية الطاقة، لا تزال الثايرستورات المُشغَّلة كهربائيًا (ETT) والضوئيًا (LTT) الخيارَ الأمثل. تُرتَّب الثايرستورات في دائرة جسر ثنائي ، ولتقليل التوافقيات، تُوصَّل على التوالي لتشكيل مُحوِّل 12 نبضة . يُبرَّد كل ثايرستور بالماء منزوع الأيونات ، ويُصبح الترتيب بأكمله واحدًا من وحدات متطابقة متعددة تُشكِّل طبقة في مكدس صمامات متعدد الطبقات يُسمى الصمام الرباعي . عادةً ما تُركَّب ثلاث من هذه المكدسات على أرضية أو تُعلَّق من سقف قاعة الصمامات في محطة نقل الطاقة لمسافات طويلة.
مقارنة بالأجهزة الأخرى
يتمثل العيب الوظيفي للثايرستور، مثله مثل الصمام الثنائي، في أنه يوصل التيار في اتجاه واحد فقط، لذا لا يمكن استخدامه بأمان مع التيار المتردد . أما جهاز الترياك ، وهو جهاز مماثل ذاتي الإغلاق مكون من 5 طبقات ، فيمكنه العمل في كلا الاتجاهين. إلا أن هذه الميزة الإضافية قد تتحول إلى عيب. فبسبب قدرة الترياك على التوصيل في كلا الاتجاهين، قد تتسبب الأحمال التفاعلية في عدم إيقاف تشغيله خلال لحظات انعدام الجهد في دورة التيار المتردد . ولهذا السبب، يتطلب استخدام الترياك مع أحمال المحركات الحثية العالية (على سبيل المثال) عادةً استخدام دائرة تخميد حول الترياك لضمان إيقاف تشغيله مع كل نصف دورة من التيار الكهربائي الرئيسي. كما يمكن استخدام مقومات السيليكون المتحكم بها بالتوازي العكسي (SCRs) بدلاً من الترياك؛ لأن كل مقوم سيليكون متحكم به في الزوج يتعرض لنصف دورة كاملة من عكس القطبية، فإن مقومات السيليكون المتحكم بها، على عكس الترياك، ستتوقف عن العمل حتماً. لكن "الثمن" الذي يجب دفعه مقابل هذا الترتيب هو التعقيد الإضافي المتمثل في وجود دائرتين منفصلتين، ولكنهما متطابقتان بشكل أساسي، للبوابات.
على الرغم من الاستخدام المكثف للثايرستورات في تقويم التيار المتردد إلى التيار المستمر على نطاق الميغاواط، إلا أنها استُبدلت فعليًا في تطبيقات الطاقة المنخفضة والمتوسطة (من بضع عشرات من الواط إلى بضع عشرات من الكيلوواط) بأجهزة أخرى ذات خصائص تبديل فائقة، مثل ترانزستورات MOSFET أو IGBT . إحدى المشكلات الرئيسية المرتبطة بـ SCRs هي أنها ليست مفاتيح قابلة للتحكم الكامل. يُعد كل من ثايرستور GTO وثايرستور IGCT جهازين مرتبطين بالثايرستور يعالجان هذه المشكلة. في تطبيقات الترددات العالية، تُعد الثايرستورات خيارًا غير مناسب نظرًا لأوقات التبديل الطويلة الناتجة عن التوصيل ثنائي القطب. في المقابل، تتمتع ترانزستورات MOSFET بقدرة تبديل أسرع بكثير نظرًا لتوصيلها أحادي القطب (حيث تحمل حاملات الشحنة الأغلبية فقط التيار).
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ "نسخة مؤرشفة" (PDF) . مؤرشفة من الأصل (PDF) بتاريخ 2012-09-05 . تم الاطلاع عليها بتاريخ 2014-01-28 .
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title ( link ) - 1 2 3 4 5 بول، بي جيه (2003). الأجهزة والدوائر الإلكترونية . نيودلهي: نيو إيج إنترناشونال. ISBN 81-224-1415-X. OCLC 232176984 .
- ↑ كريستيانسن، دونالد؛ ألكسندر، تشارلز ك. (2005)؛ الدليل القياسي للهندسة الكهربائية (الطبعة الخامسة). ماكجرو هيل، ISBN 0-07-138421-9
- 1 2 "Binistor للتخزين والتحويل" . مجلة الإلكترونيات الأسبوعية . 10 أبريل 2017 [12 أكتوبر 1960]. ISSN 0013-5224 .
- 1 2 "ترانزيترون تطلق بينيستور" . إلكترونيكس ويكلي . 19 مايو 2020 [12 أكتوبر 1960]. ISSN 0013-5224 .
- 1 2 باليو إل.، هوارد (يونيو 1962)، باليو هوارد إل.، الثنائي (الثايرستور) كعنصر تبديل إلكتروني ، أوريغون: جامعة ولاية أوريغون ، تم استرجاعه في 28 أبريل 2025
- ↑ مثال: عاكس كربيد السيليكون يُظهر خرج طاقة أعلى. مؤرشف بتاريخ 22-10-2020 في Wayback Machine في تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة (01-02-2006)
- ↑ أساسيات بنية الثايرستور (SCR) وتطبيقاته، AN4607 (PDF) ، شركة NXP لأشباه الموصلات ، 2018
- ↑ رشيد، محمد ح. (2011)؛ إلكترونيات القدرة (الطبعة الثالثة) . بيرسون، ISBN 978-81-317-0246-8
- ↑ " تشغيل آمن للثايرستورات " [ تمت إزالة الرابط ] على موقع powerguru.org
- ↑ "معدلات تغير التيار (di/dt) ومعدل تغير الجهد (dv/dt) وحماية الثايرستور أو SCR" . إلكترونيكس مايند . 5 ديسمبر 2021.
- ↑ "الفصل 5.1". نقل التيار المستمر عالي الجهد - تقنية مثبتة لتبادل الطاقة (ملف PDF) . سيمنز . تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 أغسطس 2013 .
- ↑ "مقارنة بين تقنية ETT وتقنية LTT لأنظمة نقل التيار المستمر عالي الجهد" (ملف PDF) . شركة ABB Asea Brown Boveri . تاريخ الاطلاع: 24 يناير 2014 .
{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal= - ↑ "صمامات الثايرستور عالية الجهد للتيار المستمر" . ABB Asea Brown Boveri . مؤرشف من الأصل في 22 يناير 2009. تم الاطلاع عليه في 20 ديسمبر 2008 .
{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal= - ↑ "الطاقة العالية" . معهد الهندسة والتكنولوجيا . مؤرشف من الأصل في 10 سبتمبر 2009. تم الاسترجاع في 12 يوليو 2009 .
{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
مصادر
- وينتريش، أرندت؛ نيكولاي، أولريش؛ تورسكي، فيرنر؛ ريمان، توبياس (2011). دليل تطبيقات أشباه موصلات الطاقة 2011 (ملف PDF) ( الطبعة الثانية). نورمبرغ، ألمانيا: سيميكرون . ISBN 978-3-938843-66-6تمت أرشفة النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 2013-09-16.
- نظرية الثايرستور واعتبارات التصميم (ملف PDF) . شركة ON Semiconductor . يونيو 2005. HBD855/D الإصدار 0. مؤرشف (ملف PDF) من النسخة الأصلية بتاريخ 31 أغسطس 2025. تم الاطلاع عليه بتاريخ 31 أغسطس 2025 .(1+240 صفحة)
- نيكولاي، أولريش. ريمان، توبياس. بيتزولدت، يورغن. لوتز، جوزيف (1998). دليل التطبيق لوحدات الطاقة IGBT وMOSFET ( طبعة واحدة). جزيرة فيرلاغ. رقم ISBN 3-932633-24-5تمت أرشفة النسخة الأصلية بتاريخ 2012-03-02.
- شركة جنرال إلكتريك ، محررة (1979). دليل SCR ( الطبعة السادسة). برنتيس هول .
روابط خارجية
- التاريخ المبكر للمقوم السيليكوني المتحكم به بقلم فرانك ويليام غوتزويلر (من شركة جنرال إلكتريك)
- الثايرستورات من شركة All About Circuits
- دائرة قيادة الثايرستور العالمية
- موارد الثايرستور (شرح مبسط)
- الثايرستورات من شركة STMicroelectronics
- أساسيات الثايرستور
ل
- مكونات أنظمة الطاقة الكهربائية
- تيار مستمر عالي الجهد
- إلكترونيات الطاقة
- مفاتيح الحالة الصلبة
