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Gleichrichter

Mit einem Gleichrichter wird Wechselspannung in Gleichspannung umgewandelt. In den meisten Fällen werden zu diesem Zweck die Halbleiterdioden eingesetzt. Die vom Gleichrichter gelieferte Gleichspannung muss anschließend durch einen Kondensator und gegebenenfalls zusätzlich durch Siebglieder geglättet werden. Diese Gleichrichter werden mit folgendem Symbol bezeichnet:

Gleichrichtersymbol

Bild 1. - Gleichrichtersymbol

Einweg-Gleichrichter

Der einfachste Gleichrichter besteht nur aus einer Gleichrichterdiode, die in den Wechselspannungskreis eingebunden wird (Bild 2.).
Eine solche Verschaltung bezeichnet man als Einweg-Gleichrichter (oder Einpuls-Mittelpunktschaltung). Während der positiven Halbwelle der Eingangsspannung fließt ein Strom über den Lastwiderstand R. Die Ausgangsspannung ist eine Halbwellenspannung und hat während der positiven Halbelle den Pluswert. Während der negativen Halbwelle ist die Ausgangsspannung Null (Bild 4.).

Schema Einweg-Gleichrichterschaltung

Bild 2.
Schema Einweg-Gleichrichterschaltung

Sinus- Verlauf

Bild 3.
Sinus-Verlauf einer Wechselspannung

Sinusverlauf Einweggerichtet

Bild 4. - Mit einem Einweg-Gleichrichter gerichtete Spannung (mit Osziloskop-Ansicht).

Effektivwert zu Gleichspannungsanteil

Relation des Effektivwertes der Eingangsspannung zum Gleichspannungsanteil

Trotz großer Einfachheit eines solchen Gleichrichters wird er sehr selten eingesetzt. Die Ursache dafür ist vor allem das sehr starke Pulsieren der Ausgangsspannung. Darüber hinaus wird die von der Quelle gelieferte Energie nur bei der positiven Halbwelle genutzt. Während der negativen Halbwelle wird die Spannung praktisch blockiert und es fließt kein Strom. Diese Tatsache verusacht eine unsymmetrische Belastung des Wechselspannungsnetzes.

Versuch Gleichrichter

Einige wenige Komponenten reichen aus, um das Prinzip der Gleichrichtung zu untersuchen. Hier ein Kleintransformator, Brückengleichrichter und einige Dioden.

Mittelpunkt-Gleichrichter

Der Mittelpunkt-Gleichrichter (Zweipuls-Mittelpunktschaltung) benötigt einen Transformator mit sekundärseitiger Mittelanzapfung. Während der ersten (positiven) Halbwelle fließt ein Strom über die Diode D1, während die Diode D2 gesperrt ist. Während der zweiten (negativen) Halbwelle verhält sich die Schaltung umgekehrt. Jetzt fließt ein Strom über die Diode D2, die Diode D1 ist dagegen gesperrt.

Mittelpunkt-Schaltung

Bil 5.
Mittelpunkt-Schaltung

Spannungsverlauf bei einem Mittelpunkt-Gleichrichter

Bil 6.
Spannungsverlauf bei einem Mittelpunkt-Gleichrichter

Solch eine Verschaltung bewirkt eine kontinuierliche Nutzung der Spannungsquelle. Der Effekt des Pulsierens ist deutlich kleiner als bei einem Einweg-Gleichrichter. Der Nachteil dieser Schaltung ist der teure Transformator. Das ist auch der Hauptgrund, warum diese Lösung heute nur selten angewendet wird.

Brücken-Gleichrichter

Der zurzeit populärste und am meisten eingesetzte Gleichrichter in der Welt der Einphasen-Netzgleichrichterschaltungen ist der Brücken-Gleichrichter, bekannt auch unter dem Namen Graetzschaltung. Der Brücken-Gleichrichter ist eine Kombination bestehend aus zwei Mittelpunktschaltungen. Zum Aufbau der Schaltung werden vier Gleichrichterdioden benötigt. Die Dioden sind so gepolt, dass so während der positiven als auch während der negativen Halbwelle ein Strom in gleicher Richtung fließt. In der ersten (positiven) Halbwelle führen die Dioden D2 und D3 den Strom, in der zweiten (negativen) Halbwelle geschieht das über die Dioden D1 und D4.

Graetzschaltung

Bild 7.
Brücken-Gleichrichter (Graetzschaltung)

Spannungsverlauf - Graetzschaltung

Bild 8.
Spannungsverlauf - Graetzschaltung

Effektivwert zu Gleichspannungsanteil

Relation des Effektivwertes der Eingangsspannung zum Gleichspannungsanteil

Brueckengleichrichter

Brueckengleichrichter

Ein Brücken-Gleichrichter hat vier Anschlüsse, zwei für den Anschluss von Wechselspannung, und zwei Ausgangsanschlüsse. Die Schaltung wird meist in Form von integrierten Schaltungen (IC) hergestellt, lässt sich jedoch auch aus vier unabhängigen Dioden zusammenstellen. Die Schaltung wurde von dem polnischen Erfinder und Unternehmer Karol Pollak erfunden, wurde aber nach dem deutschen in Breslau geborenen Physiker Leo Graetz benannt.

Andere Gleichrichter

Neben den Einphasen-Netzgleichrichter werden oft Dreiphasen-Netzgleichrichter eingesetzt. Sie sind im Prinzip gleich aufgebaut wie die Einphasen-Netzgleichrichter. Hier unterscheidet man zwischen einer Stern- und Drehstrom-Brücken-Schaltung. Bei einer Stern-Brücken-Schaltung (Dreiphasen-Einweg-Gleichrichterschaltung) werden drei Dioden eingesetzt, bei einer Drehstrom-Brücken-Schaltung (Dreiphasen-Brücken-Gleichrichterschaltung) dagegen sechs. Alle hier erwähnten Gleichrichter kann man auch als steuerbare Gleichrichter verwenden. In solchen Gleichrichtern werden die Dioden durch Thyristoren ersetzt. Sie ermöglichen durch den Phasenschnitt zusätzlich auch eine Leistungssteuerung.


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