Gate turn-off thyristor
Een gate turn-off thyristor (GTO) is een thyristor die men vanuit de gate in geleiding kan brengen door een positieve puls te genereren op deze gate. Men kan de GTO uit geleiding sturen (sperren) door een negatieve impuls naar de gate te sturen. Buiten dit is de werking van de GTO gelijk aan die van de thyristor. Het stuurcircuit van de GTO zal meer complex zijn dan dit van de thyristor daar wij hier een manier moeten bedenken om zowel positieve als negatieve pulsen te genereren.
De GTO wordt als een oplossing gezien voor het probleem dat vermogenregeling van een belasting op DC gebied erg moeilijk te realiseren valt. Bij AC vermogenregeling is dit veel eenvoudiger omdat we hier met behulp van de nuldoorgangen de faseaansnijding perfect kunnen regelen. Goede DC-spanningen hebben geen perioden en hebben meestal geen nulpunt. Voor DC-spanningen die wel een nulpunt hebben (dubbelzijdige gelijkrichting zonder afvlakking) rijzen er geen problemen. Dankzij de GTO kunnen we nu dus de component uitschakelen zonder dat er een nuldoorgang vereist is.
Stuurkring
We drukken op de startschakelaar om de GTO in geleiding te sturen. Er vloeit nu een stroom door de schakelaar, de condensator, de spoel via de gate terug naar de bron. Via de parallelle weerstand zal steeds een kleine stroom vloeien naar de gate van de GTO, om de geleiding van de component te garanderen (de GTO kan namelijk plots sperren).
De startknop wordt geopend en we sluiten voor korte tijd de stopdrukknop. De condensator zal zich nu ontladen via de spoel en de gate van de GTO. Let op! De stroom die nu vloeit is tegengesteld in richting aan de stroom van het laadschema. Door de richtingswissel vloeit er een negatieve stroom door de gate van de GTO. De stopschakelaar moet zo lang actief zijn tot de stroom doorheen de GTO onder de houdstroom is gezakt.
Vermogenontwikkeling en snubbernetwerk
Het grootste vermogen wordt ontwikkeld tijdens de overgang van geleidende toestand naar sperstand. Bij het aankrijgen van de negatieve puls zal de stroom door de GTO logischerwijs dalen, maar tegelijkertijd zal de spanning toenemen. Mits het schakelen heel erg snel verloopt zal er dus op zeer korte tijd een erg hoog vermogen worden ontwikkeld. Wanneer er veel wordt geschakeld kan deze korte maar hevige vermogenontwikkeling de levensduur van de GTO aanzienlijk verlagen.
We zien op de tekening hiernaast een condensator parallel staan met de GTO (dit RC netwerk noemt men voor deze toepassing een ‘snubbernetwerk’). Zoals men weet zal de spanning over een condensator geleidelijk aan stijgen. Hierdoor kan de spanningstijging over de GTO dus niet meer zo abrupt verlopen. Het ontwikkelde vermogen zal dus dankzij het snubbernetwerk dalen.
Toepassing
Een belangrijke toepassing is de snelheidsregeling van zware driefasige motoren. Deze motoren worden het best geregeld door de frequentie aan te passen. Omdat de netfrequentie niet aanpasbaar is zullen we de netspanning eerst dubbelzijdig gelijkrichten en afvlakken. We kunnen van deze perfecte DC-spanning terug een AC-spanning maken door de 6 GTO’s via een zelfgekozen frequentie correct te schakelen.