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Dreiphasengleichrichter auch Drehstromgleichrichter sind elektronische Gleichrichterschaltungen die Dreiphasenwechselstr

Dreiphasengleichrichter

Dreiphasengleichrichter, auch Drehstromgleichrichter, sind elektronische Gleichrichterschaltungen, die Dreiphasenwechselstrom in Gleichstrom umwandeln. Sie werden vor allem im Bereich der elektrischen Energietechnik bei mittleren Leistungen bis in den Hochleistungsbereich eingesetzt, beispielsweise zur Versorgung der mit Gleichstrom betriebenen Straßenbahnen aus dem Dreiphasenwechselstrom liefernden Stromnetz, bei Drehstrom-Lichtmaschinen von Kraftfahrzeugen oder in Form von erweiterten Wechselrichtern im Bereich der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ).

Dreiphasengleichrichter weisen aufgrund der Einspeisung mit drei phasenverschobenen Wechselspannungen bei sonst gleicher Leistung und Filterung eine kleinere Brummspannung auf als Gleichrichter für einphasige Wechselspannung. Weitere Vorteile sind der im Vergleich zu einphasigen Gleichrichtern eher sinusförmige Eingangsstrom sowie die dadurch geringe Belastung des Versorgungsnetzes mit Verzerrungsblindleistung bzw. die geringeren Oberschwingungen.

Allgemeines Bearbeiten

Um die Brummspannung auf der Gleichspannungsseite klein zu halten, werden wie bei den einphasigen Wechselspannungsgleichrichtern Glättungskondensatoren und Speicherdrosseln eingesetzt. Für den Einsatz von bestimmten Dreiphasengleichrichtern sind bei einigen Schaltungen Dreiphasenwechselstrom-Transformatoren nötig, welche funktionell mit der Schaltung verbunden sind. Im Bereich der Energietechnik wie HGÜ-Anlagen werden diese Transformatoren auch als „Stromrichtertransformator“ bezeichnet.

Eine Erweiterung des Dreiphasengleichrichters mit einem kombinierten Schaltnetzteil zur Reduktion des Oberschwingunganteils und Nachbildung des sinusförmigen Stromverlaufes auf der Wechselspannungsseite stellt der Vienna-Gleichrichter dar.

Typen Bearbeiten

Dreiphasengleichrichter können als Mittelpunkt- sowie als Brückenschaltungen (Drehstrombrücken) aufgebaut werden. Die weitere Unterteilung erfolgt durch die sog. Pulszahl. Diese gibt an, wie viele Gleichrichterzweige innerhalb der Zeit einer Periode leitend werden. Durch Gleichrichterschaltungen mit einer möglichst hohen Pulsanzahl sinkt die Brummspannung, allerdings steigt bei höherer Pulsanzahl der Schaltungsaufwand. Die Restwelligkeit errechnet sich aus dem Verhältnis der die Gleichspannung überlagernden Wechselspannung (als Effektiv- oder Spitze-Tal-Wert) zu dem jeweiligen Gleichrichtwert :

Schaltung Gleich­richtwert Gleich­richtwert
(Niederspan­nungsnetz) 		Wechselanteil
(Effektivwert, Niederspan­nungsnetz) 		Welligkeit
(aus Effek­tivwert) 		Wechselanteil
(Spitze-Tal-Wert,
Niederspan­nungsnetz) 		Schwankungs­welligkeit
(aus Spitze-Tal-Wert) 		Frequenz
des Wechsel­anteils
M3 (dreipulsig) 1,170 269 V 115 V 42,8 % 163 V 60,5 % 3×
B6 (sechspulsig) 2,339 538 V 53,4 V 9,5 % 75,5 V 14 % 6×
B6-2S (zwölfpulsig) 4,678 1076 V 10,8 V 1,0 % 36,6 V 3,4 % 12×

Mittelpunktschaltungen Bearbeiten

Ungesteuerte Dreipuls-Mittelpunktschaltung (M3U) Bearbeiten

Die ungesteuerte Dreipuls-Mittelpunktschaltung ähnelt dem Zweipol-Brückengleichrichter (B2U) und ist der einfachste Dreiphasengleichrichter (auch Dreipulsgleichrichter). Die Kathoden dreier Dioden bilden den Pluspol, der Sternpunkt der Sekundärwicklung des Trafos (bei Betrieb an Netzspannung der Neutralleiter des Stromversorgers) den Minuspol. Bei allen Phasen wird nur die positive Halbschwingung genutzt und deren Summe als pulsierende Ausgangsgleichspannung verwendet. Nachteilig sind die hohe Restwelligkeit (60,5 % ohne Siebkondensator) sowie deren niedrige Frequenz (dreifache Netzfrequenz).

Die Scheitelwerte dieser dreipulsigen Gleichspannung (325 V bei direktem Betrieb am Netz mit Niederspannung) berechnen sich aus dem jeweiligen Effektivwert bzw. der Strangspannung der drei Halbwellen (230 V bei direktem Betrieb im Niederspannungsnetz) mit . Der arithmetische Mittelwert der gleichgerichteten Spannungen bzw. der ideelle Gleichrichtwert ergibt sich aus dem Integral unter dem Graphen einer positiven Halbwelle mit der Periodendauer (von 30° bis 150°):

Bei direktem Betrieb der Dreipuls-Mittelpunktschaltung im Niederspannungsnetz ergibt sich also ein Gleichrichtwert von 269 V.

Gesteuerte Dreipuls-Mittelpunktschaltung (M3C) Bearbeiten

Die gesteuerte Dreipuls-Mittelpunktschaltung (C für engl. controlled) wird mit drei Thyristoren realisiert, die über eine Phasenanschnittsteuerung (ähnlich einem Dimmer) eine Spannungsregelung ermöglichen.

Sechspuls-Mittelpunktschaltung (M6) Bearbeiten

Die Sechspuls-Mittelpunktschaltung wurde früher besonders bei mehrphasigen Quecksilberdampfgleichrichtern mit sechs Anoden eingesetzt. Da alle Kathoden auf dem gleichen Potential liegen, können sie im Quecksilberdampfgleichrichter konstruktiv zu einer gemeinsamen Kathode zusammengefasst werden. Der M6-Gleichrichter kann durch Parallelschaltung zweier M3-Schaltungen an einem sekundärseitig in Sternschaltung verschalteten Phasenschwenktrafo mit sechs Sekundärwicklungen aufgebaut werden. Der Gleichrichtwert errechnet sich dann nach der Formel:

Ein weiteres Schaltungsdesign war die Mittelanzapfung am Dreiphasentrafo:

Drehstrombrücken Bearbeiten

Die Drehstrombrücke stellt eine Form des Brückengleichrichters dar und nutzt jeweils beide Halbwellen eines Phasendurchlaufs zur Gleichrichtung. Die Drehstrombrücke ist die gebräuchlichste Form des Dreiphasengleichrichters, wobei die Sekundärwicklungen des Trafos wieder in Sternschaltung miteinander verkettet sind (sofern die Schaltung nicht direkt am Netz betrieben wird). Im Gegensatz zur M3U-Schaltung ist der Sternpunkt jedoch nicht mit der Drehstrombrücke verbunden, insofern die Ströme ausschließlich zwischen den Außenleitern fließen.

Ungesteuerte Drehstrombrücke (B6U) Bearbeiten

Die ungesteuerte Drehstrombrücke bzw. Sechspuls-Brückenschaltung wird mit sechs Leistungsdioden realisiert und kann vereinfacht als Reihenschaltung zweier Dreipuls-Mittelpunktschaltungen aufgefasst werden. Aus den Differenzen der momentanen positiven und negativen Außenleiterspannungen (Strangspannungen ) ergibt sich die pulsierende Gleichspannung, deren Pulse um 30° phasenverschoben sind:

Der Gleichrichtwert ergibt sich aus dem Integral unter dem Graphen eines Gleichspannungspulses mit der Periodendauer (von 60° bis 120°) mit dem Scheitelwert :

Bei direktem Betrieb der Sechspuls-Brückenschaltung im Niederspannungsnetz ergibt sich also ein Gleichrichtwert von 538 V. Die Scheitelwerte der sechspulsigen Gleichspannung (z. B. 563 V) ergeben sich aus den Scheitelwerten der Strangspannungen (z. B. 325 V) sowie dem einem Dreiphasensystem eigenen Verkettungsfaktor :

Gleichtaktspannung Bearbeiten

Wird die Brückenschaltung symmetrisch betrieben, also als positive und negative Versorgungsspannung, so weist der ausgangsseitige Mittelpunkt der Brückenschaltung bzw. das isolierte Bezugspotential gegenüber dem Mittelpunkt des Trafos (bzw. dem Neutralleiter) einen Potentialunterschied in Form einer dreiecksförmigen Gleichtaktspannung auf. Aus diesem Grund dürfen die beiden Mittelpunkte niemals miteinander verbunden werden, da anderenfalls Kurzschlussströme fließen würden. Die Masse der Brückenschaltung ist daher vom Neutralleiter bzw. der Erde entkoppelt. Bei Betrieb am Trafo ist eine Erdung des Mittelpunktes der Brückenschaltung möglich, sofern die Sekundärwicklung des Trafos von der Netzeinspeisung galvanisch getrennt ist und der Sternpunkt der Sekundärwicklung somit nicht auf Erde liegt. In diesem Fall fließen allerdings (vernachlässigbare) Ableitströme über die Trafowicklungen.

Die Gleichtaktspannung bildet sich aus den jeweiligen momentanen Mittelwerten der Differenzen zwischen den positiven und negativen Strangspannungen, welche die pulsierende Gleichspannung bilden. Der Scheitelwert der Dreieckspannung beträgt ¼ des Scheitelwerts der Strangspannung (325 V bei Netzspannung) und errechnet sich aus abzüglich der halben Gleichspannung bei 60° der Periode:

Der Effektivwert der Gleichtaktspannung errechnet sich aus dem Formfaktor für Dreiecksschwingungen:

Wird die Schaltung unsymmetrisch betrieben, also als einfache Versorgungsspannung mit einem Pluspol, so pulsieren gegenüber dem Mittelpunkt (bzw. der Masse) der Einspeisung sowohl der Plus- als auch der Minuspol (bzw. das isolierte Bezugspotential) analog den positiven und negativen Kuppen der Strangspannungen. Der Scheitelwert der pulsierenden Spannung eines Pols gegen Erde beträgt dabei die Hälfte des Scheitelwerts der Strangspannung (also ≈ 163 V am Netz), der Effektivwert gegen Erde die Hälfte der Strangspannung (115 V am Netz). Die Differenzen der Strangspannungen ergeben jedoch wieder die sechspulsige Gleichspannung (über die Dauer einer Periode). Die strikte Trennung des Trafomittelpunktes vom Minuspol (bei sonstigen Kurzschlussströmen) bzw. eine mögliche Erdung des Minuspols bei Verwendung eines Trenntrafos gelten entsprechend der symmetrischen Beschaltung.

B6U mit 12 Dioden Bearbeiten

Zwei B6U Gleichrichter können an den drei einzelnen Sekundärwicklungen (im Bild als Spannungsquellen dargestellt) eines Drehstrom-Trafos betrieben werden. Die Dioden dieser Schaltung können auch in Form dreier Graetzbrücken realisiert sein. Haben die Trafowicklungen Mittelanzapfungen, können diese zur Gewinnung eines Mittelpunktes einer symmetrischen Ausgangs-Gleichspannung herangezogen werden.

Halbgesteuerte Drehstrombrücke (B6H) Bearbeiten

Die halbgesteuerte Drehstrombrücke (B6H) ist aufgebaut mit den Kathoden dreier Thyristoren am Pluspol und den Anoden dreier Leistungsdioden am Minuspol.

Gesteuerte Drehstrombrücke (B6C) Bearbeiten

Die vor allem bei großen Lasten bis über 10 Megawatt eingesetzte vollgesteuerte Drehstrombrücke B6C (bzw. Sechspuls-Brückenschaltung) wird mit sechs Thyristoren realisiert, die über eine Anschnittsteuerung eine Spannungsregelung ermöglichen, beispielsweise zur stufenlosen Drehzahlsteuerung von Gleichstrommotoren.

Zwölfpulsgleichrichter Bearbeiten

Die Zwölfpulsschaltung wird über einen Phasenschwenktrafo mit sechs Sekundärwicklungen gespeist, wobei zur Erzeugung der Phasenverschiebung zwischen den beiden Brücken die (primär- oder sekundärseitigen) Windungen der einen Brücke nach dem Stern-Stern-, und die der anderen Brücke nach dem Stern-Dreieck-Prinzip geschaltet sind. Die Spannungen zwischen den Außenleitern eines Dreiphasensystems bzw. die Dreiecksspannungen sind dabei grundsätzlich um 30° gegenüber den Strangspannungen phasenversetzt. Die Windungsverhältnisse des Transformators müssen dabei so ausgelegt sein, dass die verschiedenen Spannungen der Stern- bzw. Dreieckschaltung ausgeglichen werden.

Die Vorteile der Zwölfpulsschaltung sind die geringe Restwelligkeit beim Gleichrichterbetrieb bzw. der geringe Oberschwingungsanteil beim Wechselrichterbetrieb. Insbesondere treten nur Harmonische mit Frequenzen der zwölffachen Frequenz der Netzfrequenz (bei 50 Hz Netzfrequenz sind das 600 Hz) auf. Die Zwölfpulsschaltung kann mit zwei B6U Gleichrichtern in Reihen- oder Parallelschaltung aufgebaut werden:

  • In Reihenschaltung, auch als B6-2S Schaltung bezeichnet, ergibt sich eine doppelte Ausgangsspannung, die Stromstärke der Schaltung entspricht der Stromstärke der einzelnen Brücken:

  • In Parallelschaltung, auch als B6-2P Schaltung bezeichnet, ergibt sich ein hoher Ausgangsstrom, die Ausgangsspannung entspricht der Spannung der einzelnen Brücken:

Die Zwölfpulsschaltung wird für die Speisung von Hochspannungs-Gleichstromverbrauchern wie Elektronenröhren in Sendeanlagen verwendet. In Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssystemen wird sie fast ausnahmslos verwendet, da sie eine geringe Restwelligkeit ergibt und so den Aufwand bei den auf Hochspannungspotential arbeitenden Oberschwingungsfiltern reduziert. Die Dioden sind durch Thyristoren oder IGBT realisiert, was den Betrieb als Gleich- oder als Wechselrichter ermöglicht.

Höherpulsige Gleichrichter Bearbeiten

Eine unübliche Erweiterung stellen der 18-Puls- und 24-Puls-Gleichrichter dar. In den Fällen sind drei, bzw. vier sekundärseitige Drehstromwicklungen nötig, die addiert jeweils um 20° bzw. 15° versetzte Drehspannungssysteme bilden. Die Beträge bzw. die primär- oder sekundärseitigen Windungszahlen müssen dabei aufeinander abgestimmt sein. Wegen des höheren Schaltungsaufwands besitzen diese Formen nur eine untergeordnete Bedeutung.

Literatur Bearbeiten

  • Rudolf Busch: Elektrotechnik und Elektronik: für Maschinenbauer und Verfahrenstechniker. 4. Auflage. Vieweg+Teubner, 2008, ISBN 978-3-8351-0248-4.

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Ralph Kennel: Leistungselektronik, Grundlagen und Standardanwendungen. (PDF; 1,4 MB) TU München, abgerufen am 10. Januar 2017.
  2. Hans-Ulrich Giersch, Hans Harthus, Norbert Vogelsang: Elektrische Maschinen. Springer-Verlag, 27. Mai 2003, S. 66.
  3. eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche
  4. Rudolf Busch: Elektrotechnik und Elektronik. Springer-Verlag, 9. September 2015, S. 247.
  5. eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche
  6. Dierk Schröder: Leistungselektronische Schaltungen. Springer-Verlag, 23. Juli 2008, S. 89.
  7. eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche
  8. Wolfgang Courtin: Elektrische Energietechnik. Springer-Verlag, 2. Juli 2013, S. 250.
  9. eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche
  10. Joachim Specovius: Grundkurs Leistungselektronik. 4. Auflage. Vieweg + Teubner, 2010, ISBN 978-3-8348-1307-7, S. 174.
  11. eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche
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Dreiphasengleichrichter auch Drehstromgleichrichter sind elektronische Gleichrichterschaltungen die Dreiphasenwechselstrom in Gleichstrom umwandeln Sie werden vor allem im Bereich der elektrischen Energietechnik bei mittleren Leistungen bis in den Hochleistungsbereich eingesetzt beispielsweise zur Versorgung der mit Gleichstrom betriebenen Strassenbahnen aus dem Dreiphasenwechselstrom liefernden Stromnetz bei Drehstrom Lichtmaschinen von Kraftfahrzeugen oder in Form von erweiterten Wechselrichtern im Bereich der Hochspannungs Gleichstrom Ubertragung HGU Dreiphasengleichrichter weisen aufgrund der Einspeisung mit drei phasenverschobenen Wechselspannungen bei sonst gleicher Leistung und Filterung eine kleinere Brummspannung auf als Gleichrichter fur einphasige Wechselspannung Weitere Vorteile sind der im Vergleich zu einphasigen Gleichrichtern eher sinusformige Eingangsstrom sowie die dadurch geringe Belastung des Versorgungsnetzes mit Verzerrungsblindleistung bzw die geringeren Oberschwingungen Inhaltsverzeichnis 1 Allgemeines 2 Typen 2 1 Mittelpunktschaltungen 2 1 1 Ungesteuerte Dreipuls Mittelpunktschaltung M3U 2 1 2 Gesteuerte Dreipuls Mittelpunktschaltung M3C 2 1 3 Sechspuls Mittelpunktschaltung M6 2 2 Drehstrombrucken 2 2 1 Ungesteuerte Drehstrombrucke B6U 2 2 1 1 Gleichtaktspannung 2 2 1 2 B6U mit 12 Dioden 2 2 2 Halbgesteuerte Drehstrombrucke B6H 2 2 3 Gesteuerte Drehstrombrucke B6C 2 2 4 Zwolfpulsgleichrichter 2 2 5 Hoherpulsige Gleichrichter 3 Literatur 4 EinzelnachweiseAllgemeines BearbeitenUm die Brummspannung auf der Gleichspannungsseite klein zu halten werden wie bei den einphasigen Wechselspannungsgleichrichtern Glattungskondensatoren und Speicherdrosseln eingesetzt Fur den Einsatz von bestimmten Dreiphasengleichrichtern sind bei einigen Schaltungen Dreiphasenwechselstrom Transformatoren notig welche funktionell mit der Schaltung verbunden sind Im Bereich der Energietechnik wie HGU Anlagen werden diese Transformatoren auch als Stromrichtertransformator bezeichnet Eine Erweiterung des Dreiphasengleichrichters mit einem kombinierten Schaltnetzteil zur Reduktion des Oberschwingunganteils und Nachbildung des sinusformigen Stromverlaufes auf der Wechselspannungsseite stellt der Vienna Gleichrichter dar Typen BearbeitenDreiphasengleichrichter konnen als Mittelpunkt sowie als Bruckenschaltungen Drehstrombrucken aufgebaut werden 1 Die weitere Unterteilung erfolgt durch die sog Pulszahl Diese gibt an wie viele Gleichrichterzweige innerhalb der Zeit einer Periode leitend werden Durch Gleichrichterschaltungen mit einer moglichst hohen Pulsanzahl sinkt die Brummspannung allerdings steigt bei hoherer Pulsanzahl der Schaltungsaufwand Die Restwelligkeit errechnet sich aus dem Verhaltnis der die Gleichspannung uberlagernden Wechselspannung als Effektiv oder Spitze Tal Wert zu dem jeweiligen Gleichrichtwert u displaystyle overline u nbsp Schaltung Gleich richtwert Gleich richtwert Niederspan nungsnetz Wechselanteil Effektivwert Niederspan nungsnetz Welligkeit aus Effek tivwert Wechselanteil Spitze Tal Wert Niederspan nungsnetz Schwankungs welligkeit aus Spitze Tal Wert Frequenzdes Wechsel anteilsM3 dreipulsig 1 170 U S displaystyle U mathrm S nbsp 269 V 115 V 42 8 163 V 60 5 3 f displaystyle f nbsp B6 sechspulsig 2 339 U S displaystyle U mathrm S nbsp 538 V 53 4 V 9 5 75 5 V 14 6 f displaystyle f nbsp B6 2S zwolfpulsig 4 678 U S displaystyle U mathrm S nbsp 1076 V 10 8 V 1 0 36 6 V 3 4 12 f displaystyle f nbsp Mittelpunktschaltungen Bearbeiten Ungesteuerte Dreipuls Mittelpunktschaltung M3U Bearbeiten nbsp Die ungesteuerte Dreipuls Mittelpunktschaltung ahnelt dem Zweipol Bruckengleichrichter B2U und ist der einfachste Dreiphasengleichrichter auch Dreipulsgleichrichter Die Kathoden dreier Dioden bilden den Pluspol der Sternpunkt der Sekundarwicklung des Trafos bei Betrieb an Netzspannung der Neutralleiter des Stromversorgers den Minuspol Bei allen Phasen wird nur die positive Halbschwingung genutzt und deren Summe als pulsierende Ausgangsgleichspannung verwendet Nachteilig sind die hohe Restwelligkeit 60 5 ohne Siebkondensator sowie deren niedrige Frequenz dreifache Netzfrequenz 2 3 Die Scheitelwerte u displaystyle hat u nbsp dieser dreipulsigen Gleichspannung 325 V bei direktem Betrieb am Netz mit Niederspannung berechnen sich aus dem jeweiligen Effektivwert bzw der Strangspannung U S displaystyle U mathrm S nbsp der drei Halbwellen 230 V bei direktem Betrieb im Niederspannungsnetz mit u 2 U S displaystyle hat u sqrt 2 cdot U mathrm S nbsp Der arithmetische Mittelwert der gleichgerichteten Spannungen bzw der ideelle Gleichrichtwert u displaystyle overline u nbsp ergibt sich aus dem Integral unter dem Graphen einer positiven Halbwelle mit der Periodendauer 2 3 p displaystyle frac 2 3 pi nbsp von 30 bis 150 nbsp u 1 2 3 p 30 150 u sin f d f 3 u 2 p cos 150 cos 30 3 u 2 p 3 2 3 2 3 3 u 2 p displaystyle overline u frac 1 frac 2 3 pi int 30 circ 150 circ hat u cdot sin varphi cdot mathrm d varphi frac 3 hat u 2 pi cdot left cos 150 circ cos 30 circ right frac 3 hat u 2 pi cdot Biggl left frac sqrt 3 2 right frac sqrt 3 2 Biggl frac 3 cdot sqrt 3 cdot hat u 2 pi nbsp u 3 3 2 U S 2 p displaystyle overline u frac 3 cdot sqrt 3 cdot sqrt 2 cdot U mathrm S 2 pi nbsp u 3 6 U S 2 p displaystyle overline u frac 3 cdot sqrt 6 cdot U mathrm S 2 pi nbsp 1 17 U S displaystyle U mathrm S nbsp Bei direktem Betrieb der Dreipuls Mittelpunktschaltung im Niederspannungsnetz ergibt sich also ein Gleichrichtwert von 269 V Gesteuerte Dreipuls Mittelpunktschaltung M3C Bearbeiten Die gesteuerte Dreipuls Mittelpunktschaltung C fur engl controlled wird mit drei Thyristoren realisiert die uber eine Phasenanschnittsteuerung ahnlich einem Dimmer eine Spannungsregelung ermoglichen Sechspuls Mittelpunktschaltung M6 Bearbeiten Die Sechspuls Mittelpunktschaltung wurde fruher besonders bei mehrphasigen Quecksilberdampfgleichrichtern mit sechs Anoden eingesetzt Da alle Kathoden auf dem gleichen Potential liegen konnen sie im Quecksilberdampfgleichrichter konstruktiv zu einer gemeinsamen Kathode zusammengefasst werden Der M6 Gleichrichter kann durch Parallelschaltung zweier M3 Schaltungen an einem sekundarseitig in Sternschaltung verschalteten Phasenschwenktrafo mit sechs Sekundarwicklungen aufgebaut werden Der Gleichrichtwert u displaystyle overline u nbsp errechnet sich dann nach der Formel u 3 2 U S p displaystyle overline u frac 3 cdot sqrt 2 cdot U mathrm S pi nbsp 1 35 U S displaystyle U mathrm S nbsp Ein weiteres Schaltungsdesign war die Mittelanzapfung am Dreiphasentrafo nbsp Drehstrombrucken Bearbeiten Die Drehstrombrucke stellt eine Form des Bruckengleichrichters dar und nutzt jeweils beide Halbwellen eines Phasendurchlaufs zur Gleichrichtung Die Drehstrombrucke ist die gebrauchlichste Form des Dreiphasengleichrichters wobei die Sekundarwicklungen des Trafos wieder in Sternschaltung miteinander verkettet sind sofern die Schaltung nicht direkt am Netz betrieben wird Im Gegensatz zur M3U Schaltung ist der Sternpunkt jedoch nicht mit der Drehstrombrucke verbunden insofern die Strome ausschliesslich zwischen den Aussenleitern fliessen 4 5 Ungesteuerte Drehstrombrucke B6U Bearbeiten nbsp Die ungesteuerte Drehstrombrucke bzw Sechspuls Bruckenschaltung wird mit sechs Leistungsdioden realisiert und kann vereinfacht als Reihenschaltung zweier Dreipuls Mittelpunktschaltungen aufgefasst werden 6 7 Aus den Differenzen der momentanen positiven und negativen Aussenleiterspannungen Strangspannungen U S displaystyle U mathrm S nbsp ergibt sich die pulsierende Gleichspannung deren Pulse um 30 phasenverschoben sind nbsp Der Gleichrichtwert ergibt sich aus dem Integral unter dem Graphen eines Gleichspannungspulses mit der Periodendauer 1 3 p displaystyle frac 1 3 pi nbsp von 60 bis 120 mit dem Scheitelwert u G l e i c h s p a n n u n g 3 u displaystyle hat u mathrm Gleichspannung sqrt 3 cdot hat u nbsp u 1 1 3 p 60 120 3 u sin f d f 3 3 u p cos 120 cos 60 3 3 u p 1 2 1 2 3 3 u p displaystyle overline u frac 1 frac 1 3 pi int 60 circ 120 circ sqrt 3 cdot hat u cdot sin varphi cdot mathrm d varphi frac 3 cdot sqrt 3 cdot hat u pi cdot left cos 120 circ cos 60 circ right frac 3 cdot sqrt 3 cdot hat u pi cdot Biggl left frac 1 2 right frac 1 2 Biggl frac 3 cdot sqrt 3 cdot hat u pi nbsp u 3 3 2 U S p displaystyle overline u frac 3 cdot sqrt 3 cdot sqrt 2 cdot U mathrm S pi nbsp u 3 6 U S p displaystyle overline u frac 3 cdot sqrt 6 cdot U mathrm S pi nbsp 2 34 U S displaystyle U mathrm S nbsp Bei direktem Betrieb der Sechspuls Bruckenschaltung im Niederspannungsnetz ergibt sich also ein Gleichrichtwert von 538 V Die Scheitelwerte u B 6 displaystyle hat u mathrm B6 nbsp der sechspulsigen Gleichspannung z B 563 V ergeben sich aus den Scheitelwerten u displaystyle hat u nbsp der Strangspannungen z B 325 V sowie dem einem Dreiphasensystem eigenen Verkettungsfaktor 3 displaystyle sqrt 3 nbsp u B 6 3 u displaystyle hat u mathrm B6 sqrt 3 cdot hat u nbsp u B 6 3 2 U S 6 U S displaystyle hat u mathrm B6 sqrt 3 cdot sqrt 2 cdot U mathrm S sqrt 6 cdot U mathrm S nbsp Gleichtaktspannung Bearbeiten Wird die Bruckenschaltung symmetrisch betrieben also als positive und negative Versorgungsspannung so weist der ausgangsseitige Mittelpunkt der Bruckenschaltung bzw das isolierte Bezugspotential gegenuber dem Mittelpunkt des Trafos bzw dem Neutralleiter einen Potentialunterschied in Form einer dreiecksformigen Gleichtaktspannung auf Aus diesem Grund durfen die beiden Mittelpunkte niemals miteinander verbunden werden da anderenfalls Kurzschlussstrome fliessen wurden Die Masse der Bruckenschaltung ist daher vom Neutralleiter bzw der Erde entkoppelt Bei Betrieb am Trafo ist eine Erdung des Mittelpunktes der Bruckenschaltung moglich sofern die Sekundarwicklung des Trafos von der Netzeinspeisung galvanisch getrennt ist und der Sternpunkt der Sekundarwicklung somit nicht auf Erde liegt In diesem Fall fliessen allerdings vernachlassigbare Ableitstrome uber die Trafowicklungen Die Gleichtaktspannung bildet sich aus den jeweiligen momentanen Mittelwerten der Differenzen zwischen den positiven und negativen Strangspannungen welche die pulsierende Gleichspannung bilden Der Scheitelwert der Dreieckspannung u G l e i c h t a k t displaystyle hat u mathrm Gleichtakt nbsp betragt des Scheitelwerts u displaystyle hat u nbsp der Strangspannung 325 V bei Netzspannung und errechnet sich aus u displaystyle hat u nbsp abzuglich der halben Gleichspannung bei 60 der Periode u G l e i c h t a k t u 3 u sin 60 2 u 1 3 sin 60 2 displaystyle hat u mathrm Gleichtakt hat u frac sqrt 3 cdot hat u cdot sin 60 circ 2 hat u cdot Biggl 1 frac sqrt 3 cdot sin 60 circ 2 Biggl nbsp u displaystyle hat u nbsp 0 25 325 V 0 25 81 VDer Effektivwert der Gleichtaktspannung U G l e i c h t a k t displaystyle U mathrm Gleichtakt nbsp errechnet sich aus dem Formfaktor fur Dreiecksschwingungen U G l e i c h t a k t u G l e i c h t a k t 3 displaystyle U mathrm Gleichtakt frac hat u mathrm Gleichtakt sqrt 3 nbsp 81 V 3 displaystyle frac 81 mathrm V sqrt 3 nbsp 47 VWird die Schaltung unsymmetrisch betrieben also als einfache Versorgungsspannung mit einem Pluspol so pulsieren gegenuber dem Mittelpunkt bzw der Masse der Einspeisung sowohl der Plus als auch der Minuspol bzw das isolierte Bezugspotential analog den positiven und negativen Kuppen der Strangspannungen Der Scheitelwert der pulsierenden Spannung u P o l displaystyle hat u mathrm Pol nbsp eines Pols gegen Erde betragt dabei die Halfte des Scheitelwerts u displaystyle hat u nbsp der Strangspannung also 163 V am Netz der Effektivwert U P o l displaystyle U mathrm Pol nbsp gegen Erde die Halfte der Strangspannung U S displaystyle U mathrm S nbsp 115 V am Netz Die Differenzen der Strangspannungen ergeben jedoch wieder die sechspulsige Gleichspannung uber die Dauer einer Periode Die strikte Trennung des Trafomittelpunktes vom Minuspol bei sonstigen Kurzschlussstromen bzw eine mogliche Erdung des Minuspols bei Verwendung eines Trenntrafos gelten entsprechend der symmetrischen Beschaltung B6U mit 12 Dioden Bearbeiten Zwei B6U Gleichrichter konnen an den drei einzelnen Sekundarwicklungen im Bild als Spannungsquellen dargestellt eines Drehstrom Trafos betrieben werden Die Dioden dieser Schaltung konnen auch in Form dreier Graetzbrucken realisiert sein Haben die Trafowicklungen Mittelanzapfungen konnen diese zur Gewinnung eines Mittelpunktes einer symmetrischen Ausgangs Gleichspannung herangezogen werden nbsp B6U Schaltung mit 12 DiodenHalbgesteuerte Drehstrombrucke B6H Bearbeiten Die halbgesteuerte Drehstrombrucke B6H ist aufgebaut mit den Kathoden dreier Thyristoren am Pluspol und den Anoden dreier Leistungsdioden am Minuspol Gesteuerte Drehstrombrucke B6C Bearbeiten Die vor allem bei grossen Lasten bis uber 10 Megawatt eingesetzte vollgesteuerte Drehstrombrucke B6C bzw Sechspuls Bruckenschaltung wird mit sechs Thyristoren realisiert die uber eine Anschnittsteuerung eine Spannungsregelung ermoglichen beispielsweise zur stufenlosen Drehzahlsteuerung von Gleichstrommotoren 8 9 Zwolfpulsgleichrichter Bearbeiten Die Zwolfpulsschaltung wird uber einen Phasenschwenktrafo mit sechs Sekundarwicklungen gespeist wobei zur Erzeugung der Phasenverschiebung zwischen den beiden Brucken die primar oder sekundarseitigen Windungen der einen Brucke nach dem Stern Stern und die der anderen Brucke nach dem Stern Dreieck Prinzip geschaltet sind Die Spannungen zwischen den Aussenleitern eines Dreiphasensystems bzw die Dreiecksspannungen sind dabei grundsatzlich um 30 gegenuber den Strangspannungen phasenversetzt Die Windungsverhaltnisse des Transformators mussen dabei so ausgelegt sein dass die verschiedenen Spannungen der Stern bzw Dreieckschaltung ausgeglichen werden 10 11 Die Vorteile der Zwolfpulsschaltung sind die geringe Restwelligkeit beim Gleichrichterbetrieb bzw der geringe Oberschwingungsanteil beim Wechselrichterbetrieb Insbesondere treten nur Harmonische mit Frequenzen der zwolffachen Frequenz der Netzfrequenz bei 50 Hz Netzfrequenz sind das 600 Hz auf Die Zwolfpulsschaltung kann mit zwei B6U Gleichrichtern in Reihen oder Parallelschaltung aufgebaut werden In Reihenschaltung auch als B6 2S Schaltung bezeichnet ergibt sich eine doppelte Ausgangsspannung die Stromstarke der Schaltung entspricht der Stromstarke der einzelnen Brucken nbsp In Parallelschaltung auch als B6 2P Schaltung bezeichnet ergibt sich ein hoher Ausgangsstrom die Ausgangsspannung entspricht der Spannung der einzelnen Brucken nbsp B6 2P Schaltung nbsp Gleichspannungsverlauf vereinfacht Blau Spannung an SternpunktschaltungGrun Spannung an DreieckschaltungDie Zwolfpulsschaltung wird fur die Speisung von Hochspannungs Gleichstromverbrauchern wie Elektronenrohren in Sendeanlagen verwendet In Hochspannungs Gleichstrom Ubertragungssystemen wird sie fast ausnahmslos verwendet da sie eine geringe Restwelligkeit ergibt und so den Aufwand bei den auf Hochspannungspotential arbeitenden Oberschwingungsfiltern reduziert Die Dioden sind durch Thyristoren oder IGBT realisiert was den Betrieb als Gleich oder als Wechselrichter ermoglicht Hoherpulsige Gleichrichter Bearbeiten Eine unubliche Erweiterung stellen der 18 Puls und 24 Puls Gleichrichter dar In den Fallen sind drei bzw vier sekundarseitige Drehstromwicklungen notig die addiert jeweils um 20 bzw 15 versetzte Drehspannungssysteme bilden Die Betrage bzw die primar oder sekundarseitigen Windungszahlen mussen dabei aufeinander abgestimmt sein Wegen des hoheren Schaltungsaufwands besitzen diese Formen nur eine untergeordnete Bedeutung Literatur BearbeitenRudolf Busch Elektrotechnik und Elektronik fur Maschinenbauer und Verfahrenstechniker 4 Auflage Vieweg Teubner 2008 ISBN 978 3 8351 0248 4 Einzelnachweise Bearbeiten Ralph Kennel Leistungselektronik Grundlagen und Standardanwendungen PDF 1 4 MB TU Munchen abgerufen am 10 Januar 2017 Hans Ulrich Giersch Hans Harthus Norbert Vogelsang Elektrische Maschinen Springer Verlag 27 Mai 2003 S 66 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Rudolf Busch Elektrotechnik und Elektronik Springer Verlag 9 September 2015 S 247 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Dierk Schroder Leistungselektronische Schaltungen Springer Verlag 23 Juli 2008 S 89 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Wolfgang Courtin Elektrische Energietechnik Springer Verlag 2 Juli 2013 S 250 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Joachim Specovius Grundkurs Leistungselektronik 4 Auflage Vieweg Teubner 2010 ISBN 978 3 8348 1307 7 S 174 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Dreiphasengleichrichter amp oldid 236058961