Der Thyristor ist eines der wichtigsten Bauelemente der Leistungselektronik. Dieses Halbleiterbauelement ist für den Bau von gesteuerten Stromrichteranlagen unersetzlich. In den Datenblättern der Hersteller findet man eine Vielzahl von Kennwerten und Parametern. Die genaue Definition und praktische Bedeutung dieser Daten findet man selten und sie werden in der einschlägigen Literatur meist nur am Rande behandelt. Das vorliegende Buch stellt alle wichtigen Kennwerte und die praktische Anwendung dieser Daten bei der Dimensionierung einer Thyristoranwendung ausführlich dar. Damit ist diese Arbeit eine Hilfe für die betriebssichere Dimensionierung einer Thyristorschaltung.
Die folgenden Themen werden ausführlich dargestellt:
• Alle wesentlichen Kennwerte in den Herstellerangaben und deren praktische Bedeutung.
• Die dynamischen und statischen Betriebszustände eines Thyristors.
• Das Sperrverhalten und die richtige Thyristorwahl in Hinblick auf die Spannungsbelastungen.
• Das Einschaltverhalten und das sichere Zünden bei allen Betriebszuständen.
• Das Durchlassverhalten mit den dabei wichtigen Grenzwerten.
• Die zeitlichen Vorgänge beim Ausschalten und die TSE Beschaltung.
• Die Verlustleistung im Thyristor bei den verschiedenen Betriebszuständen.
• Die Bedeutung der Stromangaben in den Datenblättern für die Belastbarkeit des Bauteiles.
• Die thermischen Grenzen bei unterschiedlichen Formfaktoren des Betriebsstromes.
• Die Grundlagen der thermischen Dimensionierung eines Halbleiterbauteiles.
• Die Bemessung von Kühlkörpern.
• Berechnung des zulässigen Thyristorstromes bei einer gegebenen Kühlung.
• Der transiente thermische Widerstand.
• Erwärmungsvorgänge bei statischer Belastung sowie bei Impulsstrombelastungen.
• Überstromschutz und die Festlegung einer korrekten Sicherung.
• In einem kompletten Berechnungsbeispiel mit einem typischen, handelsüblichen Thyristor,
werden alle angeführten Berechnungsverfahren praktisch durchgeführt.
Anhand vieler Berechnungsbeispiele und ergänzender Messungen wird das Thema verständlich und für die praktische Anwendung leicht zugänglich.
Zusätzlich findet man eine Zusammenstellung der Kurzzeichen für die Thyristorkennwerte mit den deutschen und englischen Bezeichnungen.
Inhaltsverzeichnis
- Der Thyristor
- Die Sperreigenschaften des Thyristors
- Sperrzustand in Rückwärtsrichtung
- Sperrzustand in Vorwärtsrichtung
- Die Spannungsbelastung
- Das Einschalten des Thyristors
- Die Steuerkennlinie
- Der Zündbereich
- Der Einschaltvorgang
- Die Durchlasseigenschaften
- Die Durchlasskennlinie:
- Messung der Durchlasskennlinie
- Wichtige Grenzwerte
- Der Ausschaltvorgang
- Das Zeitverhalten
- Die TSE-Beschaltung
- Die Verlustleistung
- Berechnung der mittleren Durchlassverluste
- Berechnung der Verlustleistung
- Die Grenzwerte der Durchlass Ströme:
- Bestimmung des Formfaktors
- Thermisches Verhalten
- Arten der Wärmeübertragung
- Der thermische Widerstand
- Berechnung des zulässigen Durchlass-Stromes
- Die Gehäusetemperatur abhängig vom Thyristorstrom
- Transienter thermischer Widerstand
- Die Belastungsarten
- Thyristorbelastung bei einer stationären Belastung
- Erwärmungsvorgang bei einer gleichmäßigen Belastung
- Praktische Messung der Erwärmungskurve
- Impulsstrombelastung im Dauerbetrieb
- Impulsstrombelastung während der Erwärmungsphase
- Impulsstrombelastung mit Aussetzbetrieb
- Mehrere Thyristoren auf einem Kühlkörper
- Überstromschutz
- Berechnungsbeispiel
- Der Steuersatz
- Kurzzeichen
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Arbeit erläutert die typischen Datenblattangaben für Thyristoren und zeigt anhand des Beispiels des Thyristors CS8, wie diese bei der Dimensionierung von Thyristoren für Klein- und Mittelleistungen verwendet werden können. Die Arbeit befasst sich mit den wichtigsten Betriebsarten und deren Berechnung. Sie setzt Grundkenntnisse über die Funktionsweise des Thyristors voraus und konzentriert sich auf die praktischen Aspekte der Dimensionierung.
- Sperreigenschaften des Thyristors
- Einschalten des Thyristors
- Durchlasseigenschaften des Thyristors
- Ausschaltvorgang des Thyristors
- Thermisches Verhalten und Verlustleistung
Zusammenfassung der Kapitel
- Kapitel 1: Die Einführung stellt den Thyristor als Leistungshalbleiter vor, erläutert seine Funktionsweise und die wichtigsten Betriebszustände. Der Fokus liegt auf dem Thyristor CS8 als Beispiel für die praktische Anwendung.
- Kapitel 2: Die Sperreigenschaften des Thyristors werden in Rückwärts- und Vorwärtsrichtung behandelt. Es werden wichtige Kenndaten wie die Sperrspannung und die Sperrstromstärke erläutert.
- Kapitel 3: Das Einschalten des Thyristors wird erklärt, wobei die Steuerkennlinie, der Zündbereich und der Einschaltvorgang im Detail behandelt werden.
- Kapitel 4: Die Durchlasseigenschaften des Thyristors werden analysiert, einschließlich der Durchlasskennlinie, der Messung dieser Kennlinie und der wichtigen Grenzwerte für den Durchlassstrom.
- Kapitel 5: Der Ausschaltvorgang des Thyristors wird beleuchtet, wobei das Zeitverhalten und die TSE-Beschaltung erklärt werden.
- Kapitel 6: Die Verlustleistung des Thyristors wird berechnet, wobei die mittleren Durchlassverluste und die Gesamtverlustleistung analysiert werden. Die Grenzwerte für den Durchlassstrom und die Berechnung des Formfaktors werden erläutert.
- Kapitel 7: Das thermische Verhalten des Thyristors wird detailliert behandelt. Die verschiedenen Arten der Wärmeübertragung, der thermische Widerstand, die Berechnung des zulässigen Durchlassstroms, die Gehäusetemperatur und der transiente thermische Widerstand werden erörtert. Es werden verschiedene Belastungsarten betrachtet.
- Kapitel 8: Der Überstromschutz des Thyristors wird behandelt, wobei wichtige Schutzmaßnahmen erläutert werden.
- Kapitel 9: Ein praktisches Berechnungsbeispiel demonstriert die Anwendung der in den vorherigen Kapiteln besprochenen Prinzipien.
- Kapitel 10: Der Steuersatz für den Thyristor wird erklärt und wichtige Aspekte bei der Verwendung eines Steuersatzes werden behandelt.
- Kapitel 11: Eine Übersicht aller verwendeten Kurzzeichen in Deutsch und Englisch wird bereitgestellt.
Schlüsselwörter
Thyristor, Sperreigenschaften, Einschalten, Durchlasseigenschaften, Ausschaltvorgang, Verlustleistung, thermisches Verhalten, Überstromschutz, Dimensionierung, Datenblatt, CS8, Klein- und Mittelleistung, Betriebsarten.
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- Dipl.-HTL-Ing. Herbert Schwaiger (Autor), 2002, Die Kenndaten des Thyristors, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/88211
