Cos’è l’Unità a Tiristore

 

L’Unità a Tiristore è un semiconduttore che si comporta come un interruttore ed è costituito da due tiristori in antiparallelo.

Ogni tiristore è come una valvola che conduce soltando quando sono soddisfatte le seguenti condizioni:

Per realizzare un interruttore da utilizzare con la corrente alternata è necessario collegare due tiristori in antiparallelo. E’ importante comprendere che il tiristore non funziona con una tensione di alimentazione a corrente continua. Il tiristore che si trova in stato di conduzione non si ferma dal condurre sino a quando la tensione arriva a zero. Tutto ciò accade anche quando si rimuove il segnale sulla porta ( gate ) dopo averlo acceso.

 

Adesso vediamo come funziona un Tiristore:

 

Segnale sulla Porta (Gate) ON Quando L1 è positivo la corrente fluisce nella direzione A e il Tiristore Th1 entra in conduzione. Quando L1 è negativo la corrente fluisce nella direzione B e il Tiristore Th2 entra in conduzione. Paragonando l’unità a Tiristore ad un interruttore, in questa condizione è ON. Segnale sulla Porta (Gate) OFF   Entrambi i Tiristori non entrano in conduzione. Paragonando l’unità a Tiristore ad un interruttore, in questa condizione è OFF.

Segnale sulla Porta (Gate) ON quando la tensione non è zero

Quando L1 è positivo la corrente fluisce nella direzione A solo se il segnale sul Gate è ON.
Ora immaginiamo di applicare un segnale sul gate quando la tensione non è zero:

Come è possibile intuire dall’immagine, modificando l’angolo di accensione (firing angle) θ si può ottenere anche un carico di tensione variabile (scr power controller).

 

PROTEZIONI SULLA TENSIONE

Per la protezione transitoria da sovratensioni vengono utilizzati snubber e varistori mentre fusibili a semiconduttore ad alta velocità con una I2t specifica vengono utilizzati per non danneggiare l’SCR. Vi è inoltre la possibilità, con dei portafusibili e fusibili esterni, di interrompere il circuito dai 15 ai 110 A in unità monofase, e dai 15 ai 55 A nelle unità bifase e trifase. Oltre questo valore le unità saranno dotate di fusibili interni. CD Automation offre l’opzione H.B. che tramite un circuito di diagnostica a microprocessore idetifica rotture parziali o totali del carico ed inoltre vi è la possibilità di allarme SCR in cortocircuito.
 

PROTEZIONE SULLA CORRENTE TRAMITE FUSIBILI

Un guasto di corrente può verificarsi anche in seguito ad un corto circuito nei collegamenti esterni. I Tiristori, a causa della loro piccola massa termica, hanno una capacità di sovraccarico molto limitata rispetto ai motori, trasformatori ecc. per questa ragione l’ I2t del fusibile deve essere dimensionata ad un valore inferiore all’ I2t del tiristore. La protezione da sovraccarico è demandata ad un sensore di sovraccarico termico montato sul dissipatore in modo tale da limitare automaticamente il tiristore quando la temperatura potrebbe danneggiare l’unità. Per proteggere l’unità non basta utilizzare un commutatore perché la sua velocità di apertura del circuito è troppo lenta e il tiristore si danneggerebbe in caso di corto circuito.

 

VANTAGGI DELLE UNITA’ THYRISTOR

I vantaggi delle unità a Tiristore (anche chiamate Thyristor Power Controller, SCR Power Controller) a confronto dei contatori elettromeccanici sono numerosi:

• Non ci sono parti meccaniche in movimento
• Il Thyristor offre una soluzione affidabile e a lungo termine
• Possiede una velocità di commutazione molto rapida
• La vita di un Tiristore può variare dai 5 ai 10 anni, tutto ciò dipende da quanto il tiristore viene stressato. La vita normale di un contattore è di 1,5 milioni di operazioni che può essere anche raggiunta in pochi mesi.
  Esempio: Immaginiamo un forno con contattore pilotato da un regolatore di temperatura con un tempo di ciclo di 20 sec. Al 50% della richiesta di potenza è di 10 sec. ON + 10 sec. OFF.
  Questo vuol dire che il contattore si accende ogni 20 secondi , considerando un giorno lavorativo sui 3 turni (24 ore) ne consegue che la vita media di un contattore è la seguente:
  1 Ora = 180 commutazioni del contattore
  1 Giorno = 180 x 24 = 4820 commutazioni
  Calcolo della Vita = 1.500.000 (vita normale di un contattore) / 4.820 commutazini = 347 Giorni.
  Questo significa che ogni anno i contattori devono essere sostituiti con relativi costi di lavoro e di fermo produzione.
• Miglior controllo di temperatura per la sua maggior velocità di commutazione e precisione nel controllo della potenza. Conseguente risparmio economico dovuto alla riduzione degli sprechi di potenza.
• Miglior qualità perché è in grado di mantenere costante la temperatura senza fluttuazioni.
• Aumento della vita degli elementi riscaldanti proprio per l’alta velocità di commutazione che elimina gli stress termici.
• Ridotti costi di manutenzione dell’unità a tiristore e per la ridotta sostituzione degli elementi riscaldanti.
• Protezione degli elementi termici e delle parti costruttive della fornace o della macchina con limitatore di corrente e di potenza per poter restare all’interno di limiti specifici.
• Riduzione dei costi in quanto è possibile stabilire quanti carichi elementari devono essere accesi allo stesso tempo questo per limitare i picchi di richiesta.
• Possibilità di monitorare tutti i carichi dalla sala controllo attraverso un bus di comunicazione, una funzione disponibile sulle unità a tiristore di CD Automation.
• Possibilità di diagnosticare, attraverso collegamento seriale, i guasti sugli elementi riscaldanti o sulle unità a tiristore.
• La comunicazione può essere utilizzata per controllare il set point della potenza e per monitorare i valori di tensione, corrente, potenza e per monitorare lo stato del carico. Programmi preimpostati sono anch’essi disponibili attraverso comunicazione digitale.

 

27 Maggio 2024