Qu’est-ce qu’un thyristor et comment fonctionne-t-il ?
Un thyristor est un élément de puissance semi-conducteur principalement utilisé dans les circuits de conversion industriels. Dans sa construction, il ressemble à un pont à quatre couches de type P et N (PNPN) et, dans son fonctionnement, à un interrupteur commandé par tension au niveau de la grille.
Le principe de fonctionnement du thyristor est basé sur l’effet d’avalanche. Lorsqu’une impulsion de tension est appliquée à la grille et qu’une tension anode-cathode appropriée est appliquée en même temps, le thyristor passe de l’état de blocage à l’état de conduction. Une fois la conduction déclenchée par l’impulsion, le thyristor reste ouvert tant que le courant reste supérieur au courant dit de maintien. Pour le désactiver, il est nécessaire d’interrompre le flux de courant ou d’utiliser des méthodes de suppression spéciales.
En pratique, le thyristor est contrôlé par un dosage très précis des impulsions de tension de grille – ce qui permet de contrôler la puissance fournie, par exemple, à des moteurs, des fours, des transformateurs ou des charges résistives ou inductives.
Contrairement aux interrupteurs électroniques classiques, le thyristor peut supporter une puissance considérable et résiste aux surtensions. Sa présence dans les appareils d’automatisation et d’électrotechnique n’est donc pas le fruit du hasard.
Types de thyristors
- Thyristor SCR (Silicon Controlled Rectifier) – le type le plus courant. Contrôlé de manière unidirectionnelle. Utilisé dans les convertisseurs CA/CC, les démarreurs progressifs ou les systèmes de chauffage.
- Thyristor GTO (Gate Turn-Off) – permet à la fois la mise sous tension et la mise hors tension par le biais d’impulsions de porte. Utilisé dans les systèmes d’entraînement avancés et les onduleurs de grande puissance.
- Thyristor bidirectionnel (triac ) – peut conduire le courant dans les deux sens. Il est utilisé dans les gradateurs simples, les régulateurs de température ou de tension.
- Thyristors à impulsions – optimisés pour les modes de commutation difficiles, souvent utilisés dans les systèmes d’allumage et les générateurs d’impulsions à haute énergie.
- Thyristors à commutation rapide – adaptés au fonctionnement à haute fréquence. Installés dans les convertisseurs de moyenne tension ou les équipements UPS.
Le choix du type approprié est basé sur une analyse des paramètres de fonctionnement du système : tension, courant, type de charge, fréquence de commutation et méthode de commutation.
Comment vérifier un thyristor ? Symptômes de défaillance et tests
- Mesurez la résistance à l’aide d’un appareil de mesure – il doit y avoir une résistance très élevée entre l’anode et la cathode du thyristor à l’état non activé (pas d’impulsion de la porte). Si elle est nulle, il y a un court-circuit.
- Testez avec un générateur d’impulsions – lorsqu’une impulsion est appliquée à la grille, une conductivité doit apparaître entre l’anode et la cathode. L’absence de réponse indique que la porte est défectueuse.
- Mesure de la tension de seuil – la comparaison de la tension de commutation nominale avec la tension réelle permet de déduire la réponse du thyristor à la commande.
- Test d’impulsion – pour les thyristors GTO et bidirectionnels, des impulsions de suppression sont effectuées. Si l’élément n’interrompt pas la conduction, nous soupçonnons une défaillance de la fonction de coupure.
Le tableau ci-dessous résume les symptômes typiques des dommages :
| Symptôme | Cause possible |
|---|---|
| Le thyristor conduit en permanence | PN court-circuit, endommagement de la structure interne |
| Pas de conduction après l’impulsion | Porte défectueuse, circuit interrompu |
| Conduction bidirectionnelle (pour SCR) | Endommagement de la structure, perforation de l’articulation |
Application des thyristors dans les réseaux électriques
Les thyristors constituent l’épine dorsale de nombreuses applications industrielles où le contrôle précis d’une puissance électrique élevée est important. Leur présence est courante dans :
- les systèmes de démarreur progressif pour le démarrage des moteurs à cage d’écureuil,
- régulateurs de tension et de puissance pour les charges inductives et chauffantes,
- des redresseurs contrôlés, utilisés par exemple pour alimenter des électro-aimants ou des fours à induction,
- les onduleurs et les systèmes tampons de grande puissance, où les thyristors GTO sont utilisés,
- le contrôle de la transmission d’énergie (HVDC), où les thyristors SCR font leurs preuves grâce à leur grande fiabilité.
Les caractéristiques d’un thyristor – c’est-à-dire la relation courant-tension entre l’anode et la cathode – permettent d’adapter le bon composant à une application industrielle spécifique. Plus la commande de la porte est précise, plus nous maîtrisons l’ensemble du processus de conversion de l’énergie.
En cas de panne ou de nécessité de vérifier le fonctionnement d’un thyristor, le service d’électronique industrielle de RGB Elektronika propose à la fois le diagnostic et la réparation des composants défectueux. Ce service est particulièrement utile lorsque l’accès aux composants d’origine est limité ou interrompu.
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