Umformer zur Erzeugung von Strom für den Antrieb von Schienenfahrzeugen arbeiten, wie im gleichnamigen Beitrag angesprochen, auf der elektrotechnischen Grundlage sogenannter Halbleiter. Dabei handelt es sich um Feststoffe mit einer elektrischen Leitfähigkeit zwischen der von Leitern und der von Nichtleitern und finden bei der Herstellung sogenannter Thyristoren Anwendung, die als Bauteile in den vorgenannten Bahnstromumrichtern zur Frequenzwandlung des eingehenden Wechselstroms eingesetzt werden und in diesem Beitrag näher erläutert werden sollen.

Der Begriff Thyristor ist ein Mischwort aus den beiden elektrotechnischen Termini Thyratron und Transistor. Thyratronen sind steuerbare Röhrengleichrichter, die heute kaum noch hergestellt werden, während Transistoren elektronische Halbleiter-Bauelemente zur Steuerung elektrischer Spannungen bzw. Ströme darstellen. Die am meisten verbauten Halbleiter sind Silizium (Symbol: Si) und Germanium (Symbol: Ge), die aufgrund des Aufbaus aus einem einzigen chemischen Element auch als Elementhalbleiter bezeichnet werden. Ihre Leitfähigkeit liegt in etwa zwischen 10⁴ S/cm (elektrische Leiter, z. B. Metalle) und 10^–8 S/cm (Nichtleiter, auch: Isolator oder Dielektrikum, z. B. Kunststoffe oder Glas), deren Maßenheit aus der Höhe des elektrischen Leitwertes (Siemens, Einheitenzeichen: S) pro Länge in Zentimetern resultiert.

Die hier beschriebenen Thyristoren sind in der Regel aus vier oder mehr Schichten dieser Halbleiter aufgebaut, wobei diese jeweils Dotierungen gegensätzlicher Polarität in abwechselnder Reihenfolge besitzen, um das Flussverhalten der Elektronen und damit die elektrische Leitfähigkeit des Bauelements gezielt zu beeinflussen. Die Dotierung wechselt schichtweise zwischen positiv (p) und negativ (n), so dass ein entsprechender p-n- bzw. Materialübergang und damit eine sogenannte Raumladungszone ausgebildet wird, die beim Anlegen einer äußeren Spannung den Stromfluss in nur einer Richtung zulässt.

In der typischerweise vierschichtigen Ausführung besitzt ein Thyristor somit drei p-n-Übergänge in der Reihenfolge p-n-p-n und – wie eine Diode – eine Anode, also die Pluspol-Elektrode, an der (ersten) p-Dotierung sowie eine Kathode, also die Minuspol-Elektrode, an der (letzten) n-Dotierung. Im Gegensatz zur konventionellen Diode sowie zum Transistor, der hinsichtlich seiner elektrischen Leitfähigkeit auch Zwischenzustände kennt, verfügt der Thyristor für seine ausschließlich binäre Schaltungsfähigkeit (0 / 1 bzw. Aus / An) zusätzlich über einen Gate-Anschluss, der typischerweise an der zweiten p-Dotierung der Serienschaltung anliegt. Somit kann das Element auch als steuerbare Diode mit ingesamt drei externen Anschlüssen verstanden werden

Aufgrund ihrer Schaltbarkeit sind Thyristoren im Ausgangszustand nichtleitend bzw. in beiden Flussrichtungen sperrend und im vom isolierenden Grundzustand abweichenden eingeschalteten Modus entsprechend in Durchlassrichtung, die den Strom von der Anode zur Kathode führt, leitend. Das Einschalten kann durch einen geringen Impulsstrom an der dafür vorhergesehenen o. g. Elektrode erfolgen, der nach Aktivierung wieder zurückgenommen werden kann und somit nicht zur Aufrechterhaltung der dauerhaften Leitfähigkeit des Bauteils benötigt wird. Daher verwendet man auch die Begriffe Gatestrom oder Zündspannung sowie Gate-Elektrode. Um den Thyristor wieder abzuschalten bedarf es jedoch der punktuellen Unterschreitung eines zweiten Stromkreises, des sogenannten konstanten Haltestroms.

Thyristoren kommen als elektronische Schalter zur Spannungsregelung in hochleistungsfähigen Frequenzumrichtern zum Einsatz, so auch im bereits angesprochenen weltgrößten Bahnstromumrichterwerk in Datteln, Nordrhein-Westfalen, das auf der sogenannten IGCT-Technologie (Integrated Gate Commutated Thyristor; Thyristor mit fest verbauter Treiberstufe) basiert. Diese eignet sich durch den verringerten Beschaltungsaufwand, die Erhöhung der maximalen Pulsfrequenz zur Ansteuerung sowie bessere Schaltzeiten bei Reihenschaltungen vorzugsweise für die Anwendung in Stromkonvertern hoher Leistungsklassen in Höhe von mehreren 100 MW bzw. kV, in der die Schalter zu sogenannten Thyristortürmen in Reihe geschaltet die steuerungstechnische Regelgung zwischen zwei Wechselspannungsnetzen unterschiedlicher Netzfrequenz übernehmen. Auf dieser Internetseite wurden Thyristoren bereits im Zusammenhang mit der Offshore-Windenergie in den Artikeln „Die Thyristortechnologie für die Hochspannungs-Gleichstromübertragung bei Offshore-Windparks“, „Die Hochspannungs-Gleichstromübertragung bei Offshore-Windparks“ oder „Die elektrische Verbindung zwischen Offshore-Windpark und Verbundnetz“ angesprochen.