gleichrichten

Gleichrichtung ist der Prozess der Umwandlung von Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) mithilfe von Halbleiterbauelementen, sogenannten Dioden. In einem AC-Stromkreis kehren Spannung und Strom viele Male pro Sekunde die Richtung um, typischerweise 50 oder 60 Hz bei Netzstrom. Ein Gleichrichter lässt Strom nur in eine Richtung fließen und blockiert die Rückhälfte jedes Zyklus. Die Ausgabe ist ein pulsierender Gleichstrom, der dann durch Kondensatoren und Drosseln zu einer gleichmäßigen Spannung geglättet werden kann, die zum Betreiben von Elektronik, Motorsteuerungen oder Ladesystemen geeignet ist.

Der gebräuchlichste Gleichrichter im industriellen Einsatz ist der Brückengleichrichter, der vier Dioden in einer Diamantanordnung nutzt, um sowohl die positiven als auch die negativen Halbwellen von AC in positiven Gleichstrom umzuwandeln. Ein einfacherer Einweg-Gleichrichter verwendet eine einzelne Diode, verschwendet aber die negative Halbwelle und erzeugt mehr Restwelligkeit. Brückengleichrichter werden normalerweise nach ihrem maximalen Durchlassstrom (in Ampere) und ihrer Sperrspitzenvoltage (in Volt) bewertet; typische Industrieeinheiten handhaben alles von einigen Ampere bei niedriger Spannung bis zu Hunderten von Ampere in Hochleistungs-Stromversorgungen und Motorantrieben.

Wo Gleichrichter ausfallen und warum

Gleichrichterdioden fallen aus, wenn der Durchlassstrom ihre Nennwertung überschreitet, was zu Sperrschicht-Durchbruch und thermischem Durchgehen führt. Sperrspannungsspitzen von induktiven Lasten können die Diodenbarriere durchschlagen, wenn Beschneidungsschaltungen oder Freilaufdioden fehlen. Wärme ist der Feind: eine Gleichrichterdiode, die bei 50 A 0,7 V abfällt, gibt 35 Watt ab. In rauen industriellen Umgebungen führen Ermüdung der Lötverbindungen, Korrosion der Anschlüsse und thermische Wechselbelastung zu Rissen in den physikalischen Verbindungen. Drehstrom-Brückengleichrichter sind effizienter als Einphase-Gleichrichter und sind Standard in Antrieben zur Steuerung großer Motoren.

Der Begriff Gleichrichtung stammt aus dem Lateinischen für gerade oder richtig und impliziert das Gerade-Machen eines gekrümmten oder welligen Stroms. Er kam Anfang des 20. Jahrhunderts zusammen mit der Vakuumröhren-Diode in die elektrische Fachsprache, die der erste praktische Gleichrichter war. Moderne Halbleiter-Gleichrichter sind weit effizienter, kompakter und zuverlässiger als ihre Röhrenvorgänger, was AC-zu-DC-Umwandlung in kleinen Größen im Wesentlichen kostenfrei und nur ein Prozentsatzverlust in großen macht.