Gleichrichter
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Gleichrichter werden in der Elektrotechnik und Elektronik zur Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung verwendet. In der Elektrotechnik werden sie auch Stromrichter genannt.
In Gleichrichtern werden meist Dioden verwendet (ungesteuerte Gleichrichter).
Auch Thyristoren und - bei Synchrongleichrichtung - auch Leistungs-MOSFET können zum Gleichrichten verwendet werden. Dann spricht man von gesteuerten Gleichrichtern.
Für eine Gleichrichtung kann es verschiedene Gründe geben:
- Versorgung von elektrischen Verbrauchern, die Gleichstrom benötigen, aus dem Stromnetz oder aus Transformatoren
- Verbindung weit entfernter Stromnetze oder Kopplung nicht synchroner Stromnetze über Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung
- für Messzwecke
Die Gleichrichtung erfolgt meist ungesteuert durch Halbleiterdioden. Solche Gleichrichter finden sich in Netzteilen, Ladegeräten, Drehstromlichtmaschinen und fast allen elektronischen Geräten, die einen Netztransformator oder ein Schaltnetzteil enthalten.
Aktive elektronische Bauteile wie Thyristoren erlauben durch Phasenanschnittsteuerung eine gesteuerte Gleichrichtung. Sie werden zur Steuerung großer Motoren oder in Elektroloks eingesetzt.
MOSFET finden bei Synchrongleichrichtern, insbesondere bei der Gleichrichtung kleiner Spannungen und großer Ströme, Verwendung und gestatten eine höhere Effizienz bei der Gleichrichtung, als sie mit Halbleiterdioden möglich ist.
Anwendung finden Gleichrichter beispielsweise auch, um Gleichstrommotoren, Zugmagnete und Magnetventile am Wechselspannungsnetz zu betreiben.
Des Weiteren gibt es Anwendungen in der Nachrichtentechnik, z.B. als Hüllkurvendetektor, zum Nachweis von Hochfrequenz und in der elektrischen Messtechnik als Messgleichrichter.
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[Bearbeiten] Geschichte
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Zu Beginn des 20. Jahrhunderts waren Umformer die einzige Methode zur Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung. Bei diesen sitzt ein Wechselstrommotor und ein Gleichstromgenerator auf einer gemeinsamen Welle. Die Umformer dienten oft gleichzeitig zur Spannungstransformation und galvanischen Trennung vom Netz.
Elektrofilter, welche eine hohe Gleichspannung für die elektrostatische Anziehung von Staubpartikeln benötigen, wurden früher mit mechanischen Gleichrichtern gespeist. Die mechanische Konstruktion zur Gleichrichtung wurde aus einem Hochspannungstransformator mit Wechselspannung versorgt. Ein rotierendes Rad mit elektrischen Kontakten ermöglichte die zeitgenaue Umschaltung der Wechselspannung. Angetrieben wurden dieses Gleichrichterrad durch einen Synchronmotor, der den zeitlichen Bezug zwischen der Drehbewegung und der Polaritätsänderung der Wechselspannung sicherstellte.
Sogenannte Zerhacker wurden zur Transformation von Gleichspannungen mittels eines Transformators verwendet. Zerhacker vereinen einen selbstschwingenden mechanischen Wechselrichter und einen damit gekoppelten Synchrongleichrichter in sich. Sie arbeiteten mit Kontakten und waren aufgrund deren Verschleißes auswechselbar gestaltet (Stecksockel).
Eine weitere Entwicklung war der Quecksilberdampfgleichrichter, welcher auch bei größeren Leistungen eingesetzt werden konnte. Ein Quecksilberdampfgleichrichter besteht aus einem Glaskolben, an dessen unterem Ende sich eine Kathode mit einem Quecksilbervorrat (Teichkathode) befindet. Darüber wölbt sich der Glaskolben, an dem das Quecksilber wieder kondensiert. Seitlich sind Arme mit Graphitelektroden als Anoden angeschmolzen. Elektronen können nur von der Teichkathode zu den Graphitelektroden fließen.
Einige Jahrzehnte später wurden die ersten Halbleitergleichrichter (Selen-Gleichrichter und Kupferoxydul-Gleichrichter) erfunden. Eine Selen- bzw. Kupferoxydul-Gleichrichterplatte besteht aus einer Metallplatte (Aluminium bzw. Kupfer), auf der eine Schicht aus Selen bzw. Kupferoxid aufgebracht ist. Sie hat je nach Herstellung eine Sperrspannung von nur etwa 15…50 V und eine relativ hohe Flussspannung. Um große Spannungen gleichzurichten und die Abwärme abzuleiten, wurden die Selenplatten gestapelt. Die Plattenfläche bestimmt den Strom, die Plattenanzahl die Sperrspannung. Sogenannte Selenstäbe enthielten eine große Anzahl kleiner Selengleichrichterscheiben und dienten bis etwa in die 1970er Jahre u.a. zur Erzeugung der Anodenspannung von Fernsehbildröhren und hatten Sperrrspannungen bis über 20 kV.
Bis Mitte des 20. Jahrhunderts wurden vor allem in Detektor-Empfängern Detektorkristalle aus Bleiglanz oder Pyrit benutzt: ein Halbleiter-Metall-Übergang, der aus einem Halbleiterkristall und einer tastenden Metallspitze bestand und durch die gleichrichtende Eigenschaft dieses Übergangs zur AM-Demodulation für den Rundfunkempfang eingesetzt werden konnte.
Ab dieser Zeit standen Germaniumdioden zur Verfügung, die als Spitzendioden (Gleichrichtung kleiner Ströme und HF-Detektion) und auch schon als Flächendioden (Gleichrichtung hoher Ströme, u.a. in Netzteilen) ähnlich den heute verwendeten Siliziumdioden gefertigt wurden.
[Bearbeiten] Arten von Gleichrichtern
Es gibt aktiv gesteuerte und ungesteuerte Gleichrichterschaltungen.
- Gesteuerte Gleichrichter benötigen eine Steuerspannung , welche festlegt, zu welchen Zeiten welcher Schalter geöffnet und geschlossen sein muss, um eine gleichrichtende Wirkung zu erzielen. Manche dieser elektronischen Schalter können den Strom auch in beide Richtungen fließen lassen – erst durch die zeitlich genaue Ansteuerung der Schalterstellung synchron zur Änderung der Wechselspannung wird die gleichrichtende Eigenschaft realisiert. Sie werden daher Synchrongleichrichter genannt. Gesteuerte Gleichrichter bestehen heute aus elektronischen Schaltelementen wie Thyristoren und MOSFETs. Früher gab es Gleichrichter mit mechanischen Kontakten ähnlich einem Relais, welche eine wechselspannungssynchrone Schwingung ausführten. Diese Kontaktgleichrichter zählten ebenfalls zur Gruppe der Synchrongleichrichter. Weiterhin waren zur Realisierung von Phasenanschnittsteuerungen unter anderem Thyratrons im Einsatz.
- Bei ungesteuerten Gleichrichtern erfolgt der Umschaltvorgang ohne eine zusätzliche Steuerelektronik, nur aufgrund der anliegenden elektrischen Spannungen (Potentialdifferenz) an den Dioden. Dabei wird die Eigenschaft von Dioden ausgenutzt, elektrischen Strom nur in eine Richtung fließen zu lassen. Beispiele ungesteuerter Gleichrichter sind die heute meist üblichen Halbleiterdioden, zu denen auch spezielle Halbleiterdioden wie Schottky-Dioden zählen. Die mittlerweile weniger gebräuchlichen Elektronenröhren (Röhrendiode), Quecksilberdampfgleichrichter und Selengleichrichter zählen auch zu dieser Gruppe.
[Bearbeiten] Glättung
Durch Gleichrichtung entstehen aufgrund der ursprünglichen Wellenform der Spannung (zum Beispiel einer Sinuskurve) Unregelmäßigkeiten. Geglättet werden können sie durch einen parallel zum Verbraucher geschalteten Kondensator, der die Wellentäler ausgleicht. Alternativ dazu kann die Glättung auch durch Induktivitäten erfolgen, welche in Serie zum Verbraucher geschaltet werden müssen. Die Glättung mit Induktivitäten wird vor allem bei größeren Leistungsgleichrichtern angewendet. Den nach der Glättung übrig bleibenden Wechselanteil bezeichnet man auch als Brummspannung. Weiter reduziert werden kann die Brummspannung durch nachgeschaltete so genannte Siebglieder (Filter).
Die Glättung ist umso besser, je höher die Kapazität des Kondensators bzw. je höher die Induktivität der Spule und je geringer der Laststrom sind. Zu beachten ist, dass die entstehende Brummspannung ein ganzzahliges Vielfaches der Frequenz der Wechselspannung aufweist. Wird beispielsweise eine Wechselspannung mit der Frequenz von 50 Hz mittels Zweiweggleichrichter (Brückengleichrichter) gleichgerichtet, so hat die dabei entstehende Brummspannung überwiegend die doppelte Frequenz von 100 Hz.
[Bearbeiten] Gleichrichterschaltungen zur Gleichstromversorgung
Im folgenden sind einige typische Gleichrichterschaltungen mit Dioden skizziert, welche vor allem im Bereich von Netzteilen mit kleinerer bis mittlerer Leistung Einsatz finden, in Klammern ist jeweils die technische Kurzbezeichnung angegeben. Sie dienen zur Gewinnung von Gleichspannung aus der Wechselspannung des öffentlichen Stromversorgungsnetzes.
[Bearbeiten] Einweggleichrichter (E1)
Bei einem Einweggleichrichter (auch Einzweigschaltung) wird nur eine Halbwelle der Wechselspannung gleichgerichtet, die andere Halbwelle wird nicht verwendet. Ein solcher Gleichrichter besteht dafür nur aus einer einzigen Diode.
In der Halbperiode, in der die Diode in Durchlassrichtung betrieben wird, wird eine Spannung am Ausgang aufgebaut. In der zweiten Halbperiode wird die Diode in Sperrrichtung betrieben. Ist die Diode in Sperrrichtung betrieben, kann kein Strom fließen, weil der pn-Übergang nichtleitend wird. Dies hat zur Folge, dass auch durch den Widerstand kein Strom fließen kann. Somit liegt die ganze negative Spannung der zweiten Halbwelle an der Diode und nicht am Widerstand an.
Nachteile der Einweggleichrichtung sind die vergleichsweise große Restwelligkeit auf der Gleichspannungsseite und der schlechte Wirkungsgrad. Des weiteren wird der vorgeschaltete Transformator magnetisiert, da er nur in eine Richtung vom Strom durchflossen wird.
Die Gleichspannung muss bei der Einweggleichrichtung im Regelfall noch entsprechend geglättet werden. Die Welligkeit hat die Frequenz der Eingangsspannung.
Wert der Brummspannung bei Einweggleichrichtung: 
[Bearbeiten] Brückengleichrichter (B2)
Der heute vermutlich bedeutendste Gleichrichter ist der Brückengleichrichter, auch Graetzschaltung oder Zweipuls-Brückenschaltung genannt. Benannt ist diese Diodenschaltung nach dem deutschen Physiker Leo Graetz.
Die Schaltung wird von vier Dioden gebildet: Die links anliegende Wechselspannung, welche beispielsweise direkt von einem Transformator kommt, wird in eine pulsierende Gleichspannung (rechts dargestellt) umgewandelt. Da es sich dabei um eine Zweiweggleichrichtung handelt, erscheint die negative Halbwelle der Wechselspannung im Gleichstromkreis am Verbraucher R ausschließlich positiv. Wie bei allen Gleichrichtertypen muss auch bei dieser Gleichrichterschaltung eine Sperrspannung der Gleichrichterdioden gewählt werden, die mindestens doppelt so groß ist wie die Spitzenspannung der Wechselspannung.
- Anmerkung: Der in der Abbildung dargestellte Wechselspannungsverlauf ist nicht exakt sinusförmig.
[Bearbeiten] Mittelpunktgleichrichter (M2)
Beim Mittelpunktgleichrichter werden ebenfalls beide Halbwellen der Wechselspannung gleichgerichtet. Allerdings ist dazu ein Transformator mit einer Mittelpunktanzapfung notwendig, die gleichzeitig einen Pol der gleichgerichteten Ausgangsspannung bildet.
Der Vorteil dieser Schaltung liegt darin, mit nur zwei Dioden D1 und D2 auszukommen und dass die Spannung nur um eine Diodenflussspannung reduziert wird.
Ihr Nachteil ist, dass sie einen speziellen Transformator erfordert. Der Transformator muss stärker dimensioniert sein, da immer nur die Hälfte des Kupfers zum Stromfluss beiträgt. Bei gegebenem Kupfervolumen hat jede Hälfte der Sekundärwicklung wegen des dünneren Drahtes (doppelte Windungszahl muss Platz finden) in etwa den doppelten Innenwiderstand, welcher in die Verlustleistung (P=R·I2) eingeht.
Die Schaltung wird hauptsächlich bei geringer Spannung (unter 10 V) verwendet, da hier die Vorteile die Nachteile überwiegen.
[Bearbeiten] Gleichrichter für Dreiphasenwechselstrom
Für mittlere Leistungen von einigen Kilowatt aufwärts werden auch Gleichrichterschaltungen eingesetzt, welche die Dreiphasenwechselspannung aus dem Stromnetz gleichrichten. Der Vorteil dieser Schaltungen besteht darin, dass die Brummspannung (unten rechts in rot gezeichnet) auf der Gleichspannungsseite kleiner ist und daher nur reduzierte Maßnahmen zur Glättung der Gleichspannung benötigt werden.
Anwendung findet diese Gleichrichterschaltung beispielsweise bei Straßenbahnen, welche meist mit Gleichspannungen von 500…750 V betrieben werden. Sie wird auch bei Lichtmaschinen von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Die Lichtmaschine ist heute fast immer als Drehstromgenerator ausgeführt, dessen Wechselspannung für das Laden der Autobatterie erst in Gleichspannung umgewandelt werden muss.
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Um die Brummspannung weiter zu reduzieren, werden auch 12, 18 und 24-Phasen-Gleichrichterschaltungen eingesetzt. Häufig kann dadurch der Glättungskondensator ganz entfallen. Ein weiterer großer Vorteil ist der nahezu sinusförmige Eingangsstrom und die dadurch geringe Netz- / Trafo-Belastung mit Verzerrungsblindleistung. Nachteil ist der obligatorische komplizierter zu wickelnde Transformator, welcher sekundär eine Dreieck- und eine Sternwicklung mit jeweils gleicher Polspannung besitzt. Durch diese Anordnung ergibt sich eine Phasenverschiebung von 30° (12 Phasen). Für die Phasenverschiebung von 20° (18 Phasen) und 15° (24 Phasen) müssen zwei benachbarte Phasen entsprechend addiert werden, der Trafo wird damit noch aufwendiger.
[Bearbeiten] Synchrongleichrichter
Synchrongleichrichter werden bevorzugt in Schaltreglern (Schaltnetzteilen) mit niedriger Ausgangsspannung im Bereich von unter 4 V eingesetzt. Bei diesen kleinen Spannungen wirkt sich die Vorwärtsspannung (Verlustspannung) an den Gleichrichterdioden im Bereich von 0,5 V bis 1 V bereits merklich aus und reduziert den Wirkungsgrad. Daher werden anstelle von Dioden MOSFETs in den Gleichrichterschaltungen eingesetzt, da bei diesen Bauteilen die Verlustspannungen im Bereich von einigen 10 mV liegen und damit um mehr als eine Zehnerpotenz kleiner sind als bei Dioden. Der Nachteil ist der höhere Bauelementeaufwand, da man zur synchronen Ansteuerung der MOSFETs zusätzliche Schaltungsteile benötigt. Meist sind diese zusätzlichen Schaltungsteile für die zeitlich genaue Ansteuerung fertig in integrierten Schaltungen zusammengefasst.
In der rechts dargestellten Schaltskizze als Teil eines Schaltreglers wird links die Wechselspannung über einen Transformator auf das benötigte Spannungsniveau transformiert, über die beiden MOSFETs gleichgerichtet und die Ausgangsspannung U0 mittels Spule L und Kondensator C geglättet. In der Darstellung fehlt der Übersichtlichkeit wegen die Ansteuerschaltung für die beiden MOSFETs.
Eingesetzt werden solche Synchrongleichrichter beispielsweise auf PC-Hauptplatinen zur Versorgung des Hauptprozessors (CPU). In diesen Schaltreglern werden Spannungen im Bereich von 0,5 V bis 2 V bei Strömen über 40 A gleichgerichtet.
[Bearbeiten] Gleichrichterschaltungen zur Spannungsvervielfachung
Spezielle Gleichrichterschaltungen können auch zur Spannungsvervielfachung verwendet werden. Dabei werden Kombinationen von Dioden und Kondensatoren so verschaltet, dass eine angelegte Wechselspannung eine vervielfachte Gleichspannung ergibt. Typische Schaltungen sind der Spannungsverdoppler, die Hochspannungskaskade und die Greinacher-Schaltung. Anwendung finden diese Schaltungen unter anderem in Fernsehempfängern mit Farbbildröhren zur Erzeugung der Anodenspannung im Bereich von 24 kV.
[Bearbeiten] Steuerbare Gleichrichter
Steuerbare Gleichrichter finden vor allem im Bereich der Energie- und Antriebstechnik Verwendung. Mit ihnen ist nicht nur eine Gleichrichtung möglich, sondern durch Phasenanschnittsteuerung auch eine Leistungsregelung. Einsatzbereiche sind beispielsweise die Drehzahlsteuerung von Gleichstrom- bzw. Universalmotoren 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 Thyristoren, Insulated Gate Bipolar Transistoren (IGBT) und teilweise Leistungs-MOSFETs verwendet.
Steuerbare Gleichrichter mit Thyristoren als Ventile sperren den Strom in beide Richtungen, bis an der Steuerelektrode eines Ventils ein Zündimpuls erfolgt. In nebenstehender Grafik ist der Zündimpuls der Thyristoren unten als blaues Rechteck eingezeichnet. Auch nach Erlöschen des Steuerpulses bleibt der Stromfluss (rot eingezeichnet) bestehen und nur durch die Verschiebung des Einschaltzeitpunktes ist eine Leistungsregelung möglich. Erst wenn der Strom unter einen bestimmten Schwellwert (Haltestrom) sinkt, sperrt der Thyristor wieder und muss in der nächsten Halbwelle abermals neu gezündet werden. Es gibt allerdings auch GTO-Thyristoren, die das Sperren eines Ventils durch einen Impuls erlauben. Allerdings weisen GTO-Thyristoren vergleichsweise schlechte elektrische Parameter auf und werden zunehmend durch IGBTs ersetzt.
Hat ein Brückengleichrichter voll steuerbare Zweige, ist mit ihm Vier-Quadrantenbetrieb möglich, d. h. er kann bei entsprechender Steuerung sowohl Energie aus der Wechselstromseite in die Gleichstromseite liefern als auch umgekehrt. Die entsprechende Schaltung in Form einer H-Brücke wird auch als Vierquadrantensteller bezeichnet und wird unter anderem in Wechselrichtern zur Erzeugung einer Wechselspannung aus einer Gleichspannung eingesetzt.
[Bearbeiten] Präzisionsgleichrichter in der Messtechnik
In der elektrischen Messtechnik sind Gleichrichter zur präzisen Gleichrichtung auch von kleinen Spannungen notwendig. Diese Gleichrichter dienen nicht der Energieversorgung von elektronischen Baugruppen, sondern zur Gewinnung von Messsignalen. Eingesetzt werden diese Gleichrichterschaltungen beispielsweise bei der Betragsbildung von Wechselspannungen in Multimetern. Auch heute finden hierfür Diodenschaltungen Anwendung, wenn es sich um passive Messgeräte handelt; erkennbar an im unteren Bereich stark nichtlinearen Skalenteilungen der Wechselspannungs-Messbereiche.
Präzisionsgleichrichter in der Messtechnik sind heute analoge Schaltungen, welche als aktives Bauelement einen oder mehrere Operationsverstärker umfassen. Mit Hilfe der Reglereigenschaft und der Möglichkeit zu Rückkopplungen können mit herkömmlichen, verlustbehafteten Dioden funktionell ideale Dioden ohne Spannungsverlust am Gleichrichter gebildet werden.
Nebenstehende Abbildung zeigt einen vereinfachten Einweggleichrichter für messtechnische Anwendungen, mit den Eingangsklemmen „Vi“ für den Wechselspannungsanschluss und den Ausgangsklemmen „Vo“, an welchen die Gleichspannung ausgegeben wird. Der Operationsverstärker dient dazu, die Vorwärtsspannung der Diode zu kompensieren. Die eigentliche Gleichrichtung erfolgt weiterhin durch die Diode. Diese einfache Schaltung hat in der Praxis allerdings einige Nachteile wie Sättigungsprobleme des Operationsverstärkers, weshalb in angewandten Präzisionsgleichrichtern meist kompliziertere Schaltungen zum Einsatz kommen.
[Bearbeiten] Gleichrichter in der Nachrichtentechnik
Gleichrichter werden auch in der Nachrichtentechnik eingesetzt und dienen dem Nachweis oder der Demodulation von Hochfrequenzsignalen. Ein einfaches Anwendungsbeispiel von Gleichrichtern in der Nachrichtentechnik ist die Spitzen- bzw. Hüllkurvengleichrichtung amplitudenmodulierter Signale, wie sie auch bei Detektor-Empfängern eingesetzt wurde. Sie ist in nebenstehender Schaltskizze abgebildet.
Die Spule und der Drehkondensator stellen dabei einen Resonanzkreis dar, welcher auf die hochfrequente Trägerfrequenz abgestimmt ist. Diese empfangene Spannung, deren Amplitude in Abhängigkeit des Nutzsignals variiert, wird über die Diode gleichgerichtet, wodurch am Kopfhörer als Spannungsverlauf die Hüllkurve des Nutzsignals anliegt – die höheren Frequenzanteile der Sendefrequenz werden durch parasitäre Kapazitäten im Kopfhörer unterdrückt.
Diese Form des Empfängers ist nicht besonders empfindlich und nur für den Empfang naher und starker Sender geeignet. Die Materialien für die Diode bestanden früher unter anderem aus Bleiglanz oder Pyrit und wurden durch eine feine Metallspitze kontaktiert (was eher als Schottky-Diode anzusehen ist), wodurch eine kapazitätsarme gleichrichtende Wirkung wie bei den später dafür verwendeten Germaniumdioden erzielt wurde.
Das zugrundeliegende Prinzip kommt auch noch in heutigen Rundfunkempfängern beim Empfang von amplitudenmodulierten Signalen zum Einsatz.
[Bearbeiten] Gleichrichter als nichtlineare Schaltung
Alle Gleichrichter sind nichtlineare Schaltungen, welche vor allem in Kombination mit der oben erwähnten Glättung bei sinusförmigem Spannungsverlauf in Stromversorgungen einen nicht sinusförmigen Stromverlauf auf der Wechselspannungsseite verursachen. Dieser Strom setzt sich aus mehreren Frequenzkomponenten zusammen, so genannten Oberschwingungen, welche in Wechselspannungsnetzen Störungen verursachen können. Um diese Oberschwingungen klein zu halten, müssen daher Netzteile mit Gleichrichtern von bestimmten Leistungen an eine Leistungsfaktorkorrektur vornehmen. Dies ist eine spezielle Form der Filterung, welche den erwünschten sinusförmigen Stromverlauf auf der Wechselstromseite nachbildet.
Außerdem tritt bei Gleichrichtern, wie bei allen nichtlinearen Schaltungen, eine spezielle Form der Blindleistung auf, die in der Literatur uneinheitlich als Verzerrungsblindleistung oder Verzerrungsleistung bezeichnet wird und sich ähnlich wie die Blindleistung auswirkt. Dabei handelt es sich im Gegensatz zu der Blindleistung, welche auch Verschiebungsblindleistung genannt wird und sich durch eine bestimmte Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom in der Grundschwingung auszeichnet, um eine Form der Blindleistung, die zusätzlich auch aus starken Oberschwingungen besteht, die durch den meist kleinen Stromflusswinkel entstehen. Diese Verzerrungsblindleistung belastet ebenso wie die Verschiebungsblindleistung ohne Nutzen die Leitungen und ist daher unerwünscht.
Durch die Leistungsfaktorkorrektur (PFC) in Netzteilen wird auch die Verzerrungsblindleistung minimiert.
[Bearbeiten] Sonstiges
- Die größten jemals zum Einsatz gekommenen Quecksilberdampfgleichrichter befanden sich in der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage Nelson-River-Bipol 1. Sie besaßen eine Sperrspannung von 150 kV und einen maximalen Durchlassstrom von 1800 A. Mitte der 1990er Jahre wurden sie durch gesteuerte Gleichrichter auf Thyristorbasis ersetzt.
- 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 die Kathode ist. Man spricht hier von einem elektrolytischen Gleichrichter. Solche Gleichrichter können auch mit anderen Elektrolyten und Metallen realisiert werden. Wichtig ist, dass eine Elektrode aus Metall mit hoher Neigung zu Passivierung wie einem Refraktärmetall oder Aluminium besteht.
- Mit Schottky-Dioden können Gleichrichter mit niedrigerer Flussspannung als mit herkömmlichen Dioden gebaut werden. Die Flussspannung oder Vorwärtsspannung beschreibt den Spannungsabfall an der Diode im leitfähigen Zustand und ist bei Gleichrichtern unerwünscht. Schottky-Dioden kommen vor allem in Schaltnetzteilen zur Anwendung.
- Hochspannungsgleichrichter, wie sie in TV-Empfängern, Hochspannungslabors, in Laserdruckern zum Auftragen des Toners, aber auch bei Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungen eingesetzt werden, bestehen aus einer Reihenschaltung von herkömmlichen Dioden. Dies ist deswegen notwendig, weil Siliziumdioden eine maximale Sperrspannung von nur wenigen Kilovolt haben und es bei Überschreitung dieser Spannung zum Durchbruch kommt. Die Herstellung von Halbleiterbauteilen mit Sperrspannungen von mehr als einigen kV ist nicht möglich.
[Bearbeiten] Trivia
Halbleitermaterial für Gleichrichter war ursprünglich das Material Selen(→Selen-Gleichrichter). Über einen längeren Zeitraum beginnend in den 1950er Jahren wurde dann Germanium verwendet, welches später durch Silicium ersetzt wurde. Wegen der Geruchsbelästigung bei Überlast war die Aussprache von „Gleichrichter“ deshalb „Gleich riecht er“.
[Bearbeiten] Literaturquellen
- Manfred Seifart: Analoge Schaltungen, Berlin: VEB Verlag Technik 1989. ISBN 3-341-00740-7
- Ulrich Tietze, Christoph Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik, Berlin: Springer 2002. ISBN 3-540-42849-6
- Otmar Kilgenstein: Schaltnetzteile in der Praxis, Würzburg: Vogel 1992. ISBN 3-8023-1436-0
[Bearbeiten] Weblinks
- Gleichrichterschaltung mit Computer berechnen
- Synchron-Gleichrichter ohne Dioden: Präzisions- und Mess-Gleichrichter
- Glättung und Siebglieder
- Quecksilberdampfgleichrichter
- Quecksilberdampfgleichrichter in Aktion
[Bearbeiten] Siehe auch
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