Gleichrichter
Gleichrichter werden in der Elektrotechnik zur Umwandlung des elektrischen Wechselstroms zu Gleichstrom verwendet.
Table of contents |
2 Bauarten 3 Geschichte 4 Brückengleichrichter 5 Glättung 6 Weitere Gleichrichterschaltungen 7 Steuerbare Gleichrichter 8 Sonstiges 9 Weblinks 10 Siehe auch: |
Gleichrichtertypen
;Einweggleichrichtungen: Die negative Halbwelle des Wechselstromes wird unterdrückt.
;Zweiweg-/Doppelweggleichrichtungen: Die negative Halbwelle wird ebenfalls genutzt.
Gleichrichter müssen je nach Verwendungszweck, also auch eingehende Phasen und Belastung, dimensioniert sein.
Bauarten
Es gibt verschiedene Möglichkeiten zur Realisierung der Gleichrichtung. Beim sogenannten Kontaktgleichrichter wird ein Kontakt mit Hilfe eines Relais synchron zur Frequenz der gleichzurichtenden Wechselspannung bewegt.
Taucht man in verdünnte Schwefelsäure eine Platinelektrode und eine Niobelektrode ein und legt an diese eine Spannung, so kann nur Strom fließen, wenn die Niobelektrode Kathode ist. Man spricht hier von einen elektrolytischen Gleichrichter. Solche Gleichrichter können auch mit anderen Elektrolyten und Metallen realisiert werden. Wichtig ist, daß eine Elektrode aus einem Metall mit hoher Neigung zu Passivierung, wie einem Refrektärmetall oder Aluminium besteht.
Früher häufig verwendet war auch die Röhrendiode. Sie funktioniert durch Glühemission von Elektronen aus der beheizten Kathode einer Elektronenröhre. Die Kathode kann nur Elektronen emitieren, wenn sie Minuspol ist.
Beim Quecksilberdampfgleichrichter übernimmt eine Kathode aus flüssigen Quecksilber diese Funktion. Sie kann Elektronen leichter emittieren als die aus Eisen, Wolfram oder Graphit gefertigten Elektroden des Quecksilberdampfgleichrichters.
Heute wird nur noch der Halbleitergleichrichter verwendet. Er besteht aus einem n-dotierten und einem p-dotierten Material. Strom kann nur fließen, wenn das p-dotierte Material am positiven Pol und das n-dotierte Material am negativen Pol hängt. Andernfalls befinden sich in der Mitte des Gleichrichters zu wenig Ladungsträger und es fließt (im Idealfall) kein Strom.
Geschichte
Die erste Vorrichtung zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom war der Kommutator einer rotierenden elektrischen Maschine ( Umformer). Da an Kommutatoren relativ hoher Verschleiß an den Kohlebürsten auftritt, versuchte man bald andere Wege zur Gleichrichtung von Strom zu finden.
Der erste Schritt für hohe Spannungen bei kleineren Strömen war der Quecksilberdampfgleichrichter. Ein Quecksilberdampfgleichrichter besteht aus einem Glaskolben in dem unten eine Kathode mit einem Quecksilbersee ist. Darüber wölbt sich ein Glaskolben, der das Quecksilber wieder kondensiert. Seitlich sind wie Arme Glaskolben mit Graphitelektroden als Anoden angeschmolzen. Der Strom kann nur durch das bei Entladungen verdampfte Quecksilber vom See zu den Graphitelektroden fließen, in die andere Richtung fehlt das leitende Quecksilber.
Später wurden die ersten Halbleitergleichrichter in Form von Selen-Plattengleichrichtern erfunden. - Eine Selenplatte hat gewöhnlich eine Sperrspannung von 17 V und einen relativ hohen Flusswiderstand. Um große Spannungen gleichzurichten, wurden die Selenplatten gestapelt, was dem Verfahren ein charakteristisches Aussehen verlieh. Zum Beispiel für die Gleichrichtung der 17 kV Beschleunigungsspannung am Zeilentrafo des Fernsehers kamen sie zum Einsatz.
Im Niederspannungsbereich wurden die Detektorkristalle erfunden: Ein Halbleiter-Metall-Übergang der aus einem Halbleiterkristall und einer tastenden Metallspitze bestand.
Der heute vermutlich bedeutendste Gleichrichter ist der Brückengleichrichter (Graetzschaltung) der aus einer Schaltung von vier Dioden gebildet wird, die je nach Sperrrichtung der Diode nur eine Halbwelle des Wechselstromes durchlassen. So erscheint die negative Halbwelle des Wechselstromes im Gleichstromkreis ebenfalls positiv.
Brückengleichrichter
Glättung
Durch Gleichrichtung entstehen aufgrund der ursprünglichen Wellenform der Spannung Unregelmäßigkeiten. Geglättet werden können diese durch einen parallel zum Verbraucher geschalteten Kondensator, der die Wellentäler ausgleicht. Die ab hier vorhandene Restwelligkeit bezeichnet man als Brummspannung. Weiter reduziert werden kann die Brummspannung durch nachgeschaltete so genannte Siebglieder (Filter).
- (Dioden-Schaltung nach Graetz mit Glättungskondensator)
Weitere Gleichrichterschaltungen
- Einweggleichrichter
- Mittelpunktgleichrichter
- Synchrongleichrichter
- Gleichrichter mit Spannungsvervielfachung (Spannungsverdoppler, Hochspannungskaskade)
Steuerbare Gleichrichter
Steuerbare Gleichrichter sperren den Strom in beide Richtungen, wenn an der Steuerelektrode kein Zündimpuls anliegt. Liegt eine in Durchlaßrichtung gepolte Spannung an und wird ein Puls auf die Steuerelektrode, so wird der steuerbare Gleichrichter leitend. Auch nach Wegnahme des Steuerpulses bleibt der Stromfluß bestehen. Er kann erst durch Absenken der ngelegten Spannung auf einem Wert unterhalb der Durchlaßspannung unterbrochen werden. Steuerbare Gleichrichter finden Anwendung in Dimmern, in Lokomotiven zur Drehzahlsteuerung von Motoren und in Anlagen der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung. Früher wurden für diesen Zweck gittergesteuerte Quecksilberdampfgleichrichter, wie Thyratrons und Ignitrons eingesetzt. Heute werden für diesen Zweck nur noch Thyristoren verwendet.
- Steuerbare Gleichrichter durch Einsatz von Thyristoren
Sonstiges
Die größten jemals zum Einsatz gekommenen Gleichrichter sind die steuerbaren Quecksilberdampfgleichrichter der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage Nelson River Bipol 1. Sie besitzen eine Sperrspannung von 150kV und einen maximalen Durchlaßstrom von 1800 Ampere.
Weblinks
Siehe auch: