i TIRISTORI Contrariamente ai transistor - che posseggono una zona di lavoro di tipo lineare - zona lineare I V retta di carico

i TIRISTORI Contrariamente ai transistor - che posseggono una zona di lavoro di tipo lineare - i tiristori sono dispositivi di tipo on-off, al pari dei relè e degli interruttori. ciò significa quindi che posseggono solo due stati: saturazione saturo oppure interdetto interdizione I V

i TIRISTORI - TRIode Alterned Current (TRIAC) vi sono vari tipi di tiristori, fra cui : Silicon Controlled Rectifier (SCR) - TRIode Alterned Current (TRIAC) - DIode Alterned Current (DIAC)

SCR ( Silicon Controlled Rectifier ) GATE ANODO CATODO A K G P N P N IAK VAK 0 [mA] IGATE 30mA 20 10 5 800V 500V

SCR : la caratteristica I-V VBO = tensione di break-over IH = corrente di holding VH = tensione di holding ID = corrente di fuga VT = caduta di tens. in on-state IT = corrente di lavoro VDRM = tensione max diretta VRRM = tensione max inversa IAK IT VT VH IH VRRM ID VBO VAK (VDRM)

SCR : il circuito equivalente P N A K G A K G P N A K G P N A K G IG IAK t La reazione positiva fa sì che dopo un breve impulso di gate l’SCR rimanga innescato fino a quando non viene tolta l’alimentazione

SCR : ideale in alternata Una volta innescato, l’SCR rimane nello stato di conduzione fino a quando tensione o corrente non scendono al di sotto dei limiti VH e IH. Per tale motivo, l’SCR non può essere usato nei circuiti in continua, ma risulta ideale per i circuiti in alternata, dove ad ogni passaggio per lo zero avviene il disinnesco automatico e quindi il blocco della corrente nel carico. FASE NEUTRO CIRCUITO DI CONTROLLO CARICO in alternata

SCR : le forme d’onda t t t t Vac Vg Ig IT VT F CARICO N GENERATORE DI IMPULSI CARICO Vg Ig t IT t VT t

la “parzializzazione di fase”

i contenitori per gli SCR

esempi di packaging di tiristori

TRIAC ( TRIode Alterned Current ) Il Triac è di tipo bidirezionale, e può essere innescato per VT sia positive che negative Ciò significa che - potendo controllare entrambe le semionde - con il Triac si può inviare ad un carico fino al 100% della potenza, mentre con un SCR solo al massimo il 50%. IT VT G A1, T1 A2, T2 ON OFF OFF ON

TRIAC mentre però un SCR raggiunge i 3600 V e i 9600 A, un Triac raggiunge solo i 1800 V e i 70 A ciò significa che per un carico di grossa potenza occorre usare due SCR in antiparallelo

i “quadranti” d’innesco TRIAC VT2 + VG + VT2 + VG - VT2 - VG - VT2 - VG + i “quadranti” d’innesco I° II° III° IV° VG VGT IGT IG area di innesco sicura area di innesco incerta

DIAC T1 T2

DOMANDE E RISPOSTE Che cosa sono le unità statiche di potenza? Cosa significa commutazione statica? Quali sono i vantaggi della commutazione statica rispetto a quella dinamica o elettromeccanica? Cosa significa controllo on/off? Cosa significa controllo proporzionale? Cosa s’intende per treno d’impulsi? Per quali situazioni è adatto il controllo in modalità treno d'impulsi? Cosa s’intende per angolo di fase o controllo in modalità parzializzazione di fase? Quali sono gli impieghi del controllo in modalità parzializzazione di fase?

Che cosa sono le unità statiche di potenza? Le unità statiche sono degli apparati elettronici di commutazione per il controllo della potenza applicata a carichi elettrici (resistivi e induttivi).   Cosa significa commutazione statica? Per commutazione statica si intende una commutazione elettronica che fa uso di componenti allo stato solido, senza organi meccanici in movimento. Quali sono i vantaggi della commutazione statica rispetto a quella dinamica o elettromeccanica? La commutazione statica è più veloce e precisa nell'attivazione e disattivazione di un carico elettrico. Evita falsi contatti e archi elettrici sugli attuatori altrimenti soggetti ad usura. La commutazione dinamica o elettromeccanica avviene per mezzo di contattori, relais ecc; che sono più semplici da cablare ed economici, ma hanno una durata limitata e sono meno affidabili e precisi.

Cosa significa controllo ON/OFF Cosa significa controllo ON/OFF ? Per controllo ON/OFF si intende l'accensione e lo spegnimento della potenza in uscita in base al valore logico (on/off) di un segnale di comando all'ingresso. Cosa significa controllo proporzionale? Per controllo proporzionale si intende una variazione del livello di uscita proporzionale al valore di un segnale di comando all'ingresso. Cosa s’intende per treno d’impulsi? Per treno d’impulsi s’intende una successione d’onde sinusoidali a frequenza di rete (T on) seguita da un'eventuale periodo di pausa (T off) durante il quale l'interruttore o gli interruttori, ad esempio SCR, sono interdetti e quindi i carichi non ricevono alimentazione.

Per quali situazioni è adatto il controllo in modalità treno d‘onde Per quali situazioni è adatto il controllo in modalità treno d‘onde? La modalità treno d'impulsi è generalmente impiegata per il controllo di carichi resistivi; può tuttavia generare l'effetto flicker (tremolio delle luci) in relazione alla linea elettrica. Non necessita di particolari filtri aggiuntivi per la soppressione dei disturbi elettromagnetici risultando economicamente vantaggioso. Cosa s’intende per angolo di fase o controllo a parzializzazione di fase? L'angolo di fase è la durata della conduzione di un interruttore allo stato solido es. (SCR-TRIAC) espresso in gradi riferiti alla semionda di rete. Esempi: innesco a 0° per la prima semionda e 180° per la seconda significa SCR sempre acceso innesco a 90° per la prima semionda e 270° per la seconda semionda, significa SCR in conduzione nella seconda metà di entrambe le semionde, pari ad una potenza su un carico resistivo del 50%

Quali sono gli impieghi del controllo in modalità parzializzazione di fase? La modalità parzializzazione di fase è specifica per il controllo di carichi induttivi, necessita di un filtro adeguato di rifasamento e non genera effetto flicker.

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEI VARIATORI A CONTROLLO DI FASE   Il controllo di fase o a parzializzazione di fase (taglio di fase) è un sistema per variare il valore efficace della tensione sul carico (utilizzatore), e come conseguenza, la potenza assorbita. Componente determinante per ottenere tale funzionamento è il TRIAC (interruttore elettronico) Tale dispositivo viene utilizzato per controlli di piccola potenza (corrente regolabile di 40A) mentre per potenze superiori vengono utilizzati due SCR (diodi controllati o tiristore) collegati in antiparallelo. Il principio di funzionamento di un controllo simmetrico (l’angolo di conduzione α deve essere uguale sia nella semionda positiva che in quella negativa) è rappresentato nella fig. A . La sezione di potenza, rappresentata dal TRIAC, è comandata da una sezione di controllo comprendente l’elettronica di segnale. Il controllo, sincronizzato con la rete, permette di variare l’angolo di conduzione α del TRIAC determinando il valore di tensione desiderato sul carico.

v1(t) =Tensione alternata sinusoidale di rete v2(t) = Tensione parzializzata sul carico per una potenza minima   v3(t) =Tensione parzializzata per una potenza media v4(t) =Tensione massima per potenza massima α = Angolo di conduzione   Fig. A

PROBLEMI ASSOCIATI Il sistema a controllo di fase è caratterizzato da un elevato rapporto del Δi/Δt (notevole variazione di corrente in un intervallo di tempo breve) nel momento dell’entrata in conduzione del TRIAC o SCR, provocando una notevole produzione di segnali interferenti (radiodisturbi) ed inquinamenti nella rete di alimentazione dell’energia elettrica (disturbi in rete). Con opportuni filtri è possibile ridurre questi fenomeni riportandoli entro limiti definiti dalle normative. DISTORSIONE ARMONICA La forma d’onda della tensione di rete deve essere una perfetta sinusoide v1(t) (fig. A). Qualsiasi altra forma d’onda, diversa da una pura sinusoide, contiene delle armoniche, che introducono delle distorsioni nella rete. Tale distorsione è tanto più elevata quanto più la forma d’onda differisce dalla forma sinusoidale originaria. Qualsiasi forma di interruzione di un circuito collegato alla tensione di rete che non avvenga in corrispondenza del passaggio per lo zero della forma d’onda della tensione di rete, introduce distorsione armonica. Il controllo di fase di tipo simmetrico introduce armoniche di ordine dispari .

SFARFALLIO (Flicker) La tensione di rete deve mantenere un valore costante. Eventuali variazioni di carichi tendono a farla fluttuare, ciò può avvenire con andamento periodico o saltuario. La fluttuazione della tensione di rete, a causa dell’effetto caratteristico che produce sui sistemi di illuminazione, viene chiamata sfarfallio o flicker. Questo continuo lampeggiamento della luce di illuminazione è particolarmente irritante. L’effetto irritante dipende non solo dall’ampiezza e dalla frequenza ma anche dal suo prolungarsi nel tempo.

POLARIZZAZIONE IN CORRENTE CONTINUA (C.C.) Alcuni tipi di carico possono disturbare la simmetria della forma d’onda in alternata in quanto tendono ad immettere nella rete una componente continua. Carichi di questo tipo sono rappresentati da raddrizzatori a semionda e da apparecchi impieganti sistemi a controllo di fase asimmetrici. L’inconveniente più appariscente è rappresentato dalla saturazione dei trasformatori di alimentazione e da fenomeni di elettrolisi, in alcuni casi particolarmente dannosi.