Gleichrichter, die elektronischen Bauelemente für Gleichstromrichter, sind essenziell in der Elektrotechnik, weil sie Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln. Dieser Artikel beleuchtet aktuelle Neuentwicklungen auf dem Markt, zeigt Einsatzfälle auf und wirft einen Blick zurück auf die Evolution dieser Technologie. Im Mittelpunkt stehen die fortschrittlichen Techniken und Materialien, die die Effizienz und Leistungsfähigkeit moderner Gleichrichter signifikant verbessern.

Sprint Electric Gleichstromrichter

 

Inhalt

 

Gleichrichter 2024 – Das Wichtigste in Kürze

Die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom ist eine Grundvoraussetzung für den Betrieb unzähliger elektrischer Geräte, die elektrischen Strom benötigen. Der Entwicklungsstand von Gleichrichtern und Gleichstromrichtern hat in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte erzielt, geprägt durch Innovationen in der Halbleitertechnologie und Effizienzsteigerungen. Moderne Gleichrichter nutzen fortschrittliche Materialien wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN), die eine höhere Leistungsfähigkeit, verbesserte thermische Eigenschaften und geringere Energieverluste ermöglichen.

Diese Entwicklungen erweitern nicht nur die Anwendungsbereiche in der Industrie, der Energieversorgung und in tragbaren Geräten, sondern tragen auch zur Nachhaltigkeit und Energieeffizienz bei. Trends wie die Miniaturisierung und die Integration intelligenter Steuerungssysteme versprechen eine weitere Optimierung der Leistung und Flexibilität von Gleichrichtersystemen. Der aktuelle Fokus liegt auf der Verbesserung der Zuverlässigkeit und der Senkung der Kosten, um diese essenziellen Komponenten der Elektrotechnik für ein breiteres Spektrum von Anwendungen zugänglich zu machen.

Gleichrichter und Gleichstromrichter Neuheiten

Nachfolgend stellen wir Ihnen die Neuentwicklungen im Bereich Gleichrichter und Gleichstromrichter vor:

Gleichrichter optimiert Energieversorgungsqualität

05.03.2024 | In der realen Welt der Energieversorgung weicht der ideale Sinusverlauf der Wechselspannung häufig ab, bedingt durch harmonische Spannungsverzerrungen, die durch reale Verbraucher verursacht werden. Diese Verzerrungen, die als ganzzahlige Vielfache der Grundschwingungsfrequenz auftreten, in Kombination mit höherfrequenten Spannungsverzerrungen, stellen eine wachsende Herausforderung für unsere Stromnetze dar.

Die zunehmende Belastung durch diese Störungen birgt das Risiko eines elektrischen Super-Gau‘s, eines Zustands, in dem das Stromnetz durch übermäßige Störungen schwerwiegend beeinträchtigt wird. Das Problem: Jeder im Netz verbaute, selbstgeführte Stromrichter speist Taktfrequenzen seiner verbauten Leistungselektronik als Supra-Harmonische Störungen ins Netz ein.

Rechtzeitig Netzinfarkt vorbeugen

Möchte man einem drohenden Netzinfarkt entgegenwirken, muss das Netz durch einen zusätzlich eingebrachten ohmschen Widerstand bedämpft werden. Denn es kommt zu immer stärker ausgeprägten Wechselwirkungen durch den immens steigenden Anteil nicht-ohmscher Verbraucher in unseren Netzen.


Frequenzumrichter | dezentral, vernetzt mit App uvm.


Der Gleichrichter SimΩn von Condensator Dominit setzt neue Maßstäbe in der Qualität der Energieversorgung. Als aktiver, modular aufgebauter Gleichrichter nutzt SimΩn fortschrittliche und verlustarme Halbleitertechnologie auf Basis von Siliziumkarbid. Diese innovative Technologie ermöglicht es, die Energieversorgungsnetze breitbandig zu bedämpfen und Störpegel effizient zu reduzieren, während gleichzeitig eine verlustarme und hochdynamische Blindstromkompensation geboten wird.

Breitbandige Filterung über weiten Frequenzbereich

SimΩn ist besonders dort gefragt, wo eine breitbandige Filterung über einen weiten Frequenzbereich notwendig ist. Durch das Simulieren des Verhaltens eines Widerstandes für alle Frequenzen außer der Grundschwingung, kann der Gleichrichter Resonanzen eliminieren und breitbandig Spannungspegel reduzieren, ohne dass die aufgenommene Wirkleistung in Verlustleistung umgesetzt wird. Stattdessen wird die Energie aus den Oberschwingungen gewonnen und als Grundschwingungswirkleistung zurück ins Netz gespeist. Das patentierte Regelverfahren ermöglicht ein effektives lokales Energierecycling.

Dieser innovative Ansatz von SimΩn setzt neue Maßstäbe in der Qualität der Energieversorgung und bietet eine nachhaltige Lösung zur Bewältigung der zunehmenden Herausforderungen in unseren Stromnetzen. Mit seiner patentierten Technologie leistet SimΩn einen entscheidenden Beitrag zur Stabilisierung der Netze und zur Sicherung einer zuverlässigen und effizienten Energieversorgung für die Zukunft.

Robuste Gleichrichter Diode mit Super-Barrier-Technologie

Finepower Gleichrichter Diode23.04.2020 | Maxpower hat seine erste Generation von Gleichrichter Dioden entwickelt, die eine bisher unerreichte Kombination von Leistungsparametern aufweisen. Die Max SBR Diode verbindet den niedrigen Vorwärtsspannungsabfall und die nicht vorhandene Reverse-Recovery-Ladung einer Schottky Diode mit der Stoßspannungsfestigkeit und dem niedrigen Rückwärtsleckstrom normaler pn-Übergangsdioden. Diese Super-Barrier Dioden sind gegenüber hohen Temperaturen weitgehend unempfindlich. Vertrieben werden die Dioden in Europa durch Finepower.

Mit der jetzt verfügbaren Kombination an Leistungsparametern lassen sich hocheffiziente, extrem robuste und kompakte elektronische Geräte. Die nicht ausfallen düfen, für die Fahrzeugelektronik, Industrie, IT u. a. Branchen realisieren. Zu den Anwendungen zählen z. B. Schaltnetzteile mit hoher Schaltfrequenz wie Gleichspannungswandler, Stromversorgungsadapter, Ladegeräte und LED-Treiber. Die Diode eignet sich auch für den Einsatz als Verpolungsschutz, Freilauf Diode und in Motorsteuerungen.

Als erste Vertreter der neuen Max SBR-Generation stellt Maxpower die Produktfamilie MXP40Rx vor. Es handelt sich um sechs verschiedene Ausführungen mit einer Dauer-Spitzensperr Spannung bis zu 45 V, einer extrem niedrigen Durchlass-Abfall Spannung VF von nur 0,36 V bei einem Strom von 1,5 A. Der Leckstrom ist um das Zehnfache niedriger als bei konventionellen vergleichbaren Gleichrichter Dioden. Je nach Ausführung ist die Diode für Nennströme zwischen 10 A und 50 A ausgelegt. Die Bauteile stehen wahlweise im TO-277A- oder im TO-220AB-Gehäuse zur Verfügung.

Gleichstromrichter zur DC Drehzahl- und Stromregelung

25.11.2019 | Sprint Electric hat seine Gleichstromrichter der Baureihen 3200i und 3600XRi modifiziert. Die Neuerungen an beiden Umrichter Baureihen erhöhen die Anpassungsfähigkeit, Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit der Zwei- und Vier-Quadranten Gleichstromregler. Beide Versionen können zur Drehzahl- und Stromregelung der meisten bürstenbehafteten Gleichstrommotoren  eingesetzt werden.

Neben Gleich-Stromrichtern mit offener Bauweise sowie auf DIN-Schienen montierbarem Gleichrichter bietet Sprint Electric nun auch eine Version mit Deckplatte an. Sie ist so ausgelegt, dass Gesamthöhe und sonstige Abmessungen vom Stromrichter unverändert bleiben. Dank des verwendeten PCB-Materials ist die Deckplatte robust und stoßfest und bietet einen zusätzlichen Schutz für Nutzer und Komponenten.

Die schwarze Grundfarbe der Gleichrichter und der weiße, über Siebdruck aufgebrachte Bestückungsdruck erleichtern die Identifizierung der Einstellmöglichkeiten und Anschlüsse. Die neue Deckplatte sorgt für einen benutzerfreundlichen und platzsparenden Einbau verschiedener Komponenten.


Netzwerk fähige Frequenzumrichter für die smarte Fabrik


Dazu zählen zusätzliche analoge PID-Regler, externe lineare Rampen oder hochpräzise Differential- bzw. Summierverstärker. Dies erhöht die Leistungsfähigkeit der Regler entscheidend. Die Lötaugenverbindungen wurden in Anschlussklemmen umgewandelt.

Die Kennzahlen vom Gleichstrom-Richter

Die Gleichstromrichter der Baureihe 3200i decken Nennströme für Anwendungen von 8 bis 48 A bei Gleichspannungen von 110 bis 440 V (optional 30/60 V) ab. Die Baureihe 3600XRi ist für Nennströme von 4 bis 36 A bei Versorgungs Spannung von 110 bis 440 V (optional 30/60 V) ausgelegt.

Gleichrichter mit hoher Stromdichte und kleiner Vorwärtsspannung

Finepower MaxPower Gleichrichter23.07.2019 | Maxpower Semiconductor hat sein Produktportfolio um eine Serie von MOS-basierten Gleichrichtern mit sehr hoher Stromdichte erweitert. Sie haben eine ultra niedrige Vorwärtsspannung. Mit diesen Eigenschaften von Stromdichte und Vorwärtsspannung eignen sie sich besonders für den Einsatz in Hochfrequenz-Schaltnetzteilen wie DC/DC-Wandlern, Adaptern, Verpolungsschutz Schaltung oder Beleuchtung.

Die Mitglieder dieser Reihe von Double-Shielded-Trenchmos-Rectifiers (DSTMOS) gibt es mit Durchbruch Spannung von 20 bis 200 V. Als erstes wird eine Variante mit U (RRM) = 45 V angeboten. Bei 15 A Durchfluss liegt ihre Durchfluss Spannung bei äußerst niedrigen 0,36 V. Unterhalb ihrer Durchbruch Spannung beträgt der Leckstrom dieser Gleichrichter weniger als 10 mA. Stabil über einen weiten Temperaturbereich von 25° bis 175 °C.


Mitsubishi LeistungsschalterOffener Leistungsschalter, digitales Schutz Relais und Softstarter


Die DSTMOS-Produkte gibt es in einer breiten Palette unterschiedlicher Gehäuse, darunter auch als TO-277A sowie TO-220AB für die Oberflächenmontage.

Der Glühkathodengleichrichter – Meilenstein in der Elektronikgeschichte

Die Elektronikwelt hat sich dank innovativer Technologien wie dem Glühkathodengleichrichter signifikant weiterentwickelt. Diese Elektronenröhre, eine Diode mit zwei Elektroden, nutzt das Prinzip der Einwegleitung von Strom. Die Besonderheit liegt in der glühenden Kathode, die bei Anlegen einer Wechselspannung positiv geladen wird und somit Elektronen aussendet. Dieser Prozess ermöglicht es, den Strom in nur einer Richtung fließen zu lassen, was eine effiziente Gleichrichtung von Wechsel- zu Gleichstrom bewirkt.

Die Glühkathoden in diesen Gleichrichtern gibt es in zwei Varianten: direkt und indirekt beheizt. Bei der direkten Heizung bildet der Heizdraht die Kathode durch den Heizdraht selbst gebildet. Der Heizleiter besteht aus einem Draht oder Band und ist zwischen Federn gespannt oder gewendelt. Bei der indirekten Heizung werden die Kathoden durch einen separaten, elektrisch isolierten Heizstromkreis mit einer Wolfram-Glühwendel erwärmt.

Die Keramik-isolierte Wendel befindet sich in einem oft aus Nickel bestehendem Metallröhrchen, welches mit der Oxidkathoden-Schicht versehen ist. Diese Innovation ermöglichte eine breite Anwendung in der Elektronik, von der Beleuchtungstechnik wie in Bogenlampen oder Scheinwerfern, zum Batterien laden und vor allem in der Rundfunktechnologie.

Siemens Gleichrichter aus dem Jahr 1938

Ein historisches Beispiel dieser Technologie ist der Siemens-Reiniger-Glühkathodengleichrichter Typ V 230, 501 Nr. 332031 aus dem Jahr 1938, der für eine Betriebsspannung von 110 kV ausgelegt war. Mit einer maximalen Spannung von 230 kV und einer Heizspannung, die zwischen 12,8 V und 14,8 V variieren konnte, stellt dieses Modell einen wichtigen Meilenstein in der Entwicklung elektronischer Bauelemente dar.

Röhrendioden mit Glühkathode wurden früher auch in röhrenbestückten Geräten, wie dem so genannten Volksempfänger mit der Röhre VY2, als Gleichrichter- und Demodulator-Diode eingesetzt. Die Technik hinter diesem Gleichrichter bildete die Grundlage für spätere Entwicklungen und wurde erst durch den Fortschritt in der Halbleitertechnologie, insbesondere durch Selen- und Siliziumdioden, abgelöst.

Die Geschichte und technische Evolution des Glühkathodengleichrichters unterstreicht die Bedeutung von Innovationskraft in der Elektronikindustrie. Diese Technologie hat nicht nur die Grundlagen für moderne Elektronikanwendungen gelegt, sondern auch den Weg für zukünftige Entwicklungen geebnet. Die Einblicke in diese Technologie hat der VDE Leipzig/Halle im vergangenen Jahr im Zuge seines allgemeinen Öffnungstages gegeben.

Häufig gestellte Fragen

Was macht der Gleichrichter?

Ein Gleichrichter wandelt Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) um. Dieser Prozess ist essentiell für elektronische Geräte, die Gleichstrom benötigen, obwohl das Stromnetz Wechselstrom liefert. Durch den Einsatz von Halbleiterdioden oder Thyristoren erlaubt der Gleichrichter den Stromfluss nur in einer Richtung, was zur Umwandlung von AC in DC führt.

Wann braucht man einen Gleichrichter?

Einen Gleichrichter benötigt man, wenn ein Gerät oder eine Schaltung Gleichstrom (DC) erfordert, aber nur Zugang zu Wechselstrom (AC) aus dem Stromnetz hat. Dies ist bei zahlreichen elektronischen Geräten der Fall, von Mobiltelefon-Ladegeräten über Computer bis hin zu industriellen Steuerungssystemen.

Ist eine Diode ein Gleichrichter?

Ja, eine Diode kann als Gleichrichter fungieren. Sie erlaubt den Stromfluss nur in einer Richtung und wandelt dadurch Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) um, allerdings in seiner einfachsten Form.

Was ist der Unterschied zwischen Gleichrichter und Wechselrichter?

Ein Gleichrichter wandelt Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) um. Ein Wechselrichter hingegen wandelt Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) um. Die Hauptfunktionen von Gleichrichter und Wechselrichter sind also die Umwandlung von AC zu DC vice versa.

Wie funktioniert die Gleichrichtung?

Die Gleichrichtung funktioniert, indem sie Wechselstrom (AC) in eine Richtung zwingt, um Gleichstrom (DC) zu erzeugen. Dies geschieht durch den Einsatz von Dioden, die den Strom nur in einer Richtung fließen lassen. Bei der Halbwellengleichrichtung wird nur eine Halbwelle des AC genutzt, während die Vollwellengleichrichtung beide Halbwellen verwendet, um eine effizientere Umwandlung zu erzielen.

Was macht eine Gleichrichterschaltung?

Gleichrichterschaltungen wandeln Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) um. Sie nutzen Dioden oder andere Halbleiterbauelemente, um den Stromfluss auf eine Richtung zu beschränken (Einweg Gleichrichterschaltung), was zur Umwandlung des Eingangswechselstroms in einen Ausgangsgleichstrom führt.

Was ist der Unterschied zwischen Gleich und Wechselstrom?

Strom, die unsichtbare Kraft, die unsere Welt antreibt, präsentiert sich in zwei grundlegenden Formen: Gleichstrom (DC) und Wechselstrom (AC).

Der Schlüsselunterschied liegt in der Art und Weise, wie Energie durch Leiter fließt. Gleichstrom, symbolisiert durch eine konstante, unidirektionale Flussrichtung, ist die Stromform, die Batterien charakterisiert. Er ist ideal für tragbare Geräte und elektronische Schaltungen, da er eine stabile Energieversorgung gewährleistet.

Wechselstrom hingegen ändert periodisch die Richtung und Stärke, ein Prinzip, das unsere Haushalte und Industrien revolutioniert hat, indem es den Transport von Energie über weite Strecken effizienter macht. Diese dynamische Natur des Wechselstroms ermöglicht es, dass er sich leicht transformieren lässt, um verschiedene Spannungsbedürfnisse zu erfüllen, was ihn zur bevorzugten Wahl für das öffentliche Stromnetz macht.

Quellenangabe: Dieser Beitrag basiert auf Informationen folgender Unternehmen: Condensator-Dominit, Maxpower, Sprint-Electric, VDE.

Autorenangabe
Jens Struck

Jens Struck ist Geschäftsinhaber, Journalist und Web-Designer bei der German Online Publisher GbR in Ried.