Allgemeine Theorie des Gleichrichterentwurfs

Nachdem Sie diesen Artikel gelesen haben, lernen Sie anhand von Diagrammen die allgemeine Theorie des Gleichrichterdesigns kennen.

Aufgrund der einfachen Kontrolle des Wärmehaushalts sowie der einfachen Lichtbogenauslösung und deren Wartung wird Gleichstrom insbesondere für das blanke Drahtschweißen wie das Gasmetall-Lichtbogenschweißen verwendet. Wechselstrom ist jedoch einfacher und allgemein verfügbar. Die beste Lösung scheint daher die Verwendung von AC zu sein, um die erforderliche Gleichspannung zu erzeugen, und dies geschieht mit Hilfe eines Gleichstromgenerators, eines Wandlers oder eines Gleichrichters.

Grundsätzlich handelt es sich bei einem elektrischen Gleichrichter um eine Vorrichtung, die nur einen Stromfluss in eine Richtung zulässt und somit Wechselstrom in einen schwankenden Gleichstrom umwandeln kann, wie in Abb. 4.26 gezeigt. Aus dieser Figur ist ersichtlich, dass im Fall einer sinusförmigen Versorgungsspannungsunterdrückung der negativen Hälfte der Kurve intermittierende Energieimpulse entstehen, die keine Umpolung zeigen. Offensichtlich wäre eine solche Versorgungsquelle nicht zum Schweißen geeignet, da die Zeiträume der unterbrochenen Energiezufuhr zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen es unmöglich machen würden, einen stabilen Lichtbogen aufrechtzuerhalten.

Diese Schwierigkeit kann jedoch überwunden werden, wenn die Versorgungsquelle ein dreiphasiger Strom ist, wobei jede Phase in Bezug auf die vorangehende oder nachfolgende Phase um 120 ° versetzt ist, wie in Abb. 4.27 gezeigt. Wenn die negativen Halbperioden aller drei Phasen unterdrückt werden, zeigt der sich ergebende Graph für den unidirektionalen Strom eine Annäherung an eine Gerade mit viel geringeren Schwankungen als bei einer einzelnen Phase.

Auf einer ähnlichen Basis würden Systeme mit mehr als dreiphasigem Wechselstrom eine bessere Nähe zu einem echten Gleichstromübergang erreichen. Es ist jedoch nicht üblich, auf Systeme mit mehr als drei Phasen zu stoßen. Daher wird das Dreiphasensystem am häufigsten verwendet. Es gibt jedoch eine andere Möglichkeit, die Form des gleichgerichteten Stroms zu verbessern, und dies wird als Vollwellengleichrichtung bezeichnet.

Durch die Vollwellengleichrichtung werden beide Hälften des Wechselstroms oder der Wechselspannung verwendet, um eine glattere Gleichstromversorgung zu erhalten, wie in Abb. 4.28 gezeigt.

Mit den bekannten Symbolen für Dioden und Gleichrichter können Systeme für Halbwellen- und Vollwellengleichrichtung wie in Abb. 4.29 dargestellt dargestellt werden.

Der Gleichrichter ist ein Gerät, das den Stromfluss nur in eine Richtung zulässt, oder richtiger ist, dass er den größten Teil des Stromflusses in umgekehrter Richtung unterdrückt. Eine Kennlinie für einen Einphasengleichrichter ist in Abb. 4.30 dargestellt.

Obwohl die Beziehung zwischen Spannung und Strom im ersten (oder positiven) Quadranten des Diagramms nicht linear ist, ist zu bemerken, dass für den dritten (oder negativen) Quadranten sogar ein sehr großer Spannungsanstieg zu einer Übertragung von sehr geringen Beträgen führt aktuell. Praktisch leitet dieses Gerät also elektrischen Strom hauptsächlich in eine Richtung.

Wie aus den unterschiedlichen Übergängen des gleichgerichteten Stroms hervorgeht, gibt es in einem solchen System inhärente Schwankungen. Ein Verfahren zur Erzielung eines glatten Gleichstroms aus einer Gleichrichtereinheit ist die Verwendung von Kondensatoren, wie in Abb. 4.31 gezeigt. Wenn ein Kondensator in der Schaltung angeschlossen ist, speichert er Energie und liefert diese bei nahezu konstanter Ausgangsspannung, obwohl die vom Gleichrichter empfangene Energie in variablen Impulsen vorliegt.

Anfänglich wurden Quecksilber-Lichtbogen-Gleichrichter entwickelt, die jedoch sehr empfindlich sind und nun vollständig durch Halbleitergleichrichter ersetzt wurden.


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