Gleichrichter

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Gleichrichter werden in der Elektrotechnik zur Umwandlung des elektrischen Wechselstroms zu Gleichstrom verwendet.

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Inhaltsverzeichnis

Gleichrichtertypen

Einweggleichrichtung
Einweggleichrichtungen
Die negative Halbwelle des Wechselstromes wird unterdrückt.
Zweiweg-/Doppelweggleichrichtungen
Die negative Halbwelle wird ebenfalls genutzt.

Gleichrichter müssen je nach Verwendungszweck, also auf eingehende Phasen und Belastung, dimensioniert sein.

Bauarten

Es gibt verschiedene Möglichkeiten zur Realisierung der Gleichrichtung, 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.

Dioden-Schaltung nach Graetz

Brückengleichrichter

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.


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
Bei einem Einweggleichrichter wird nur eine Halbwelle der Wechselspannung gleichgerichtet. Ein solcher Gleichrichter besteht aus einer Diode. In der Halbperiode, in der die Diode in Durchlassrichtung betrieben wird, wird eine Spannung am Ausgang aufgebaut. Die Diode wird in der zweiten Halbperiode in der Sperrrichtung betrieben. Es fließt also kein Strom durch die Diode und es kann so keine negative Spannung aufgebaut werden. Somit ist die Wechselspannung gleichgerichtet. Die Gleichspannung wird in der Regel noch geglättet. Der Nachteil von Einweggleichrichtern ist, dass die Welligkeit der Ausgangsspannung mit zunehmender Belastung zunimmt. Die Welligkeit hat die Frequenz der Eingangsspannung.
Mittelpunktgleichrichter
Bei einem Mittelpunktgleichrichter werden beide Halbwellen der Wechselspannung gleichgerichtet. Verwendet wird dazu ein Transformator mit Mittelabgriff, der als gemeinsame Masse dient. An die beiden anderen Anschlüsse des Transformators werden je eine Diode in gleicher Durchlassrichtung geschaltet.
Synchrongleichrichter
Gleichrichter mit Spannungsvervielfachung (Spannungsverdoppler, Hochspannungskaskade)

Steuerbare Gleichrichter

Steuerbare Gleichrichter mit Thyristoren als Ventile sperren den Strom in beide Richtungen, bis an der Steuerelektrode eines Ventils ein Zündimpuls erfolgt. Auch nach Erlöschen des Steuerpulses bleibt der Stromfluss bestehen. Erst wenn der Strom unter einen bestimmten Schwellwert (Haltestrom) sinkt, sperrt er wieder. Es gibt allerdings auch sog. GTO-Thyristoren, die auch das Sperren eines Ventils durch einen Impuls erlauben. Steuerbare Gleichrichter finden Anwendung in Dimmern, Drehzahlsteuerung von Gleichstrom- bzw. Universalmotoren (z.B. in Industrieanlagen oder Haushaltsgeräten), in modernen Elektrolokomotiven zur Beaufschlagung des Gleichspannungs-Zwischenkreises 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

Steuerbare Brückenschaltungen

  • B6C-Brücke
  • B6HZ-Brücke (halbgesteuert, unsymmetrisch)
  • B6HK-Brücke (halbgesteuert, symmetrisch)

Systeme aus steuerbaren Brückenschaltungen

  • (B6C)2S - Zwei B6C-Brücken, die seriell miteinander verschaltet sind und mit phasenverschobenen Spannungen gespeist werden.
  • (B6C)2P - Zwei B6C-Brücken, die parallel miteinander verschaltet sind und mit phasenverschobenen Spannungen gespeist werden. Ein Saugdrossel ist dabei nötig.

Weblinks