A TIRISZTOROS-EGYENIRÁNYÍTÓS MOZDONYOK MŰKÖDÉSE



A tirisztoros egyenirányítót az alábbi mozdonyokban alkalmazzák: V46 villamos tolató és V63 villamos nehéztehervonati és gyorsvonati mozdony. Ezen rendszer kipróbálásához a MÁV átalakította az alábbi mozdonyokat tirisztoros vezérlésre: V41,501 később belőle lett az V42,001, V43,1076. Sajnos az átalakított gépek már selejtezve lettek vagy villamos fűtőgépként élnek tovább. Találkozhatunk még a tirisztorral még az M42 diesel-villamos tolatómozdonyban és az M63 nehéztehervonati és gyorsvonati mozdonyban, azonban ezekben a gépekben a tirisztor nem egyenirányítási feladatokat lát el, hanem a gerjesztésszabályozásban van szerepük (erről majd más leírásban esik szó). Miért is célszerűbb a tirisztoros-egyenirányítót használni a hagyományos egyenirányítóval szemben? A válasz egyszerű: a nagyon jó szabályozhatóság. A tirisztorokat diódákkal együtt használják egyenirányításra, így a végeredmény: féligvezérelt hídegyenirányító. A főtranszformátor által letranszformált, váltakozó-feszültég (váltakozóáram) (képe ezen szöveg alatt látható a

feszültség és az idő függvényében) rákerül az egyenirányítóra. Az egyenirányító feladata, hogy a váltakozóáramból egyenáramot „csináljon” a vontatómotorok számára. Ha erre a célra csak

diódát (elterjedt egyenirányító-eszköz) használnánk a végeredmény: a váltakozóáram "alsó púpjait" "felfordítja" (a második ábrán látható a képe).

A grafikon alatt látható a sima diódákból álló egyenirányító és mellette pedig a tirisztoros egyenirányító. (Mozdonyokban a kapcsolás ugyanez de jóval több dióda illetve tirisztor van benne.

Azonban ha egyenirányításra tirisztort is összekapcsolnak a diódákkal meglehetősen érdekes dolog fog történni:
A tirisztort kell vezérelni, így mi mondhatjuk meg neki, hogy mikor "vezessen" illetve ne "vezessen" így az áramkör irányítása a mi kezünkben van a gyújtáskésleltetési szög segítségével. Ahogy az a szöget növeljük a tirisztor egyre rövidebb ideig van csak nyitva, így egyre kevesebb áram fog keresztülfolyni rajta. Ilyen állapot áll fen mikor a mozdony egy helyben áll, vagy lassítás miatt a menetszabályozót kis értékre állítják. Ha az a szöget csökkentjük, akkor a tirisztor hosszabb ideig vezet, nagyobb áramot visz és az alábbi állapot áll fenn:
(lásd az animációt)

Ilyen akkor következik be, ha a mozdony elindul, vagy a menetszabályozót hirtelen nagy értékre állítják. (az animáción folyamatosan ismétlődve láthatjuk a gyújtáskésleltetési szög csökkenését, a valóságban „nem ugrik” vissza.) A gyújtáskésleltetési szög növelése ugyanígy történik)

Tulajdonképpen mi is az a tirisztor? A tirisztor egy négyrétegű félvezető eszköz. Szerkezete:

A pozitív rétegek "P"-vel vannak jelölve a negatív rétegek pedig "n"-el. A sima egyenirányító diódától annyiban különbözik, hogy van egy harmadik vezérlőkivezetése a gate "G". Az "A" kivezetés az anód, a "K" kivezetés pedig a katód. Ha a p2 réteghez csatlakozó vezérlőelektródára pozitív feszültség jut, akkor a p2n2 rétegek által képezett diódán IG vezérlőáram folyik. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy az n2 rétegből elektronok kerülnek át a p2 rétegbe. Ezeknek az elektronoknak egy része azonban diffúzióval (elkeveredés, átkerülés) átkerül az n1 rétegbe is, és ezáltal csökken a n1p2 záróirányban előfeszített átmenet hatása. Ennek következtében a tirisztor billenése kisebb anódfeszültségnél fog bekövetkezni. Tehát az elmondottak szerint: minél nagyobb a vezérlőfeszültség és ezáltal a vezérlőáram, annál kisebb anódfeszültségnél kapcsol be a tirisztor (vezet). A tirisztorok többségénél a vezérlőáram kicsi, és elegendő, ha csak a billenés bekövetkeztéig hat. Ezután a tirisztor mindaddig vezető állapotban marad, amíg az árama az IH tartóáram értéke alá nem csökken

A tirisztor kikapcsolása az anódáram megszakításával, vagy a tápfeszültség polaritásának megváltoztatásával végezhető. Ha a tirisztort váltakozáramú áramkörben használjuk akkor a kikapcsoláshoz nem szükséges a tápfeszültség megszakítása, mert a váltakozóáram másodpercenként n-szer cseréli meg a polaritását (lásd a legelső ábrát.)

Meg kell említenünk, hogy az ilyen rendszerrel készült gépek szerkezete viszonylag bonyolultabb mint a sima egyenirányítós mozdonyoké. A tirisztorok ki és bekapcsolását (gyújtását) egy erre a célra épített gyújtóáramkör végzi.