Gleichstrom
Als Gleichstrom wird ein elektrischer Strom bezeichnet, dessen Stärke und Richtung sich nicht ändert (DIN 40 110-1). In der Elektrotechnik wird jedoch auch Mischstrom mit überwiegendem Gleichanteil als Gleichstrom bezeichnet, wenn die Schwankungen des Stroms für die beabsichtigte Wirkung unwesentlich sind oder wenn die Schwankungen durch Belastungsschwankungen entstehen (DIN 5483-1). Dann wird als Gleichstrom der arithmetische Mittelwert des Stromes angesehen.
oben: gemäß Definition, teilweise als „reiner Gleichstrom“ verdeutlicht;
darunter: Mischstrom aus Gleichrichtung, teilweise als „pulsierender Gleichstrom“ bezeichnet
Die englische Bezeichnung ist direct current mit dem Kürzel DC, welches synonym auch für Gleichspannung verwendet wird (vgl. AC für Wechselstrom).
In der Umgangssprache findet oftmals eine Verwechslung bzw. Gleichsetzung zwischen Gleichspannung und den von Gleichspannungen verursachten Gleichströmen statt.
Erzeugung
Bevorzugt wird Gleichstrom aus chemischen Elementen wie galvanische Zellen, Akkumulatoren und Brennstoffzellen bezogen, ferner aus speziellen elektrischen Generatoren, welche auf der Unipolarinduktion basieren.
Ein bei größerem Strombedarf eingesetzter elektrischer Generator erzeugt immer Wechselspannung. Um daraus Gleichstrom beziehen zu können, verwendete man früher einen Kommutator[1]. Da der Kommutator Funkstörung verursacht und seine schleifenden Kontakte sich abnutzen, wird er heute in Generatoren wie der Lichtmaschine durch Gleichrichter ersetzt.
Bedeutung
Technische Bedeutung hat der Gleichstrom u. a. in der Elektronik, Galvanotechnik und teilweise in der Bahnenergieversorgung.
Praktisch alle elektronischen Schaltungen (beispielsweise in Computern) müssen mit Gleichspannung/Gleichstrom betrieben werden. Wenn elektronische Geräte nicht aus Batterien oder Akkumulatoren sondern aus Netzteilen mit Energie versorgt werden, liefert den Gleichstrom ein Gleichrichter im Netzgerät. Als Kennzeichen für Gleichstrom dient gemäß IEC 60617-2 nebenstehendes Schaltzeichen.
Solarzellen können ebenfalls nur Gleichstrom erzeugen. Wenn Photovoltaikanlagen die von ihnen produzierte elektrische Energie ins öffentliche Stromnetz einleiten sollen, muss ein Wechselrichter dazwischen geschaltet werden.
Muss elektrische Energie über große Entfernungen übertragen werden, wird aus historischen Gründen Wechselstrom eingesetzt, weil dieser sich einfach auf sehr hohe Spannungen transformieren lässt. Erst in den letzten Jahren stehen die erforderlichen Bauelemente der Leistungselektronik zur Verfügung, um auf besonders langen Strecken in sogenannten HGÜ-Leitungen Gleichstrom einzusetzen, der im Gegensatz zum Wechselstrom im Elektrischen Leiter keine Stromverdrängung aufweist und damit bei gleicher Spannung in einer gleich langen Leitung verlustfreier als Wechselstrom überträgt. Dafür sind bei den Kraftwerken für die Netz-Einspeisung Gleichrichteranlagen und am anderen Ende der Übertragungsstrecke beim Verbraucher groß dimensionierte Hochspannungswechselrichter erforderlich, die den in 2 (1) Leitungsseilen übertragene Gleichstrom in Dreiphasenwechselstrom mit der üblichen Frequenz umwandeln (z. B. 50 Hz in Europa). Bei großen Umspann- und Schaltanlagen sind diese in geeigneten Gebäuden mit hohen Anlagekosten verbunden, weshalb bei Versorgungsstrecken über mehrere 1000 km gegenwärtig noch immer die Wechselstromübertragung die bevorzugte und wirtschaftlichste Lösung bei der Energieübertragung ist.
Geschichte
Ursprünglich musste Gleichstrom in Kraftwerken mit der relativ niedrigen „Steckdosen-Spannung“ für den Verbraucher, 110 oder 220 V erzeugt werden. Bei mehreren angeschlossenen Verbrauchern addiert sich der Gesamtstrom zu sehr hohen Werten. Dann wären für die Überbrückung größerer Entfernungen dicke und teure Kabel erforderlich, um die Übertragungsverluste in Grenzen zu halten. Im Gegensatz zu Gleichstrom lässt sich Wechselstrom leicht auf hohe Spannungen transformieren und der zu übertragende Strom verringert sich, die erzeugte elektrische Energie kann relativ verlustarm über größere Entfernungen transportiert werden. Damit begann der Siegeszug der Wechselspannungsstromnetze.
Erst seit etwa 1980 kann Drehstrom hoher Spannung gleichgerichtet und dann wieder in Drehstrom zurückgewandelt werden. Seitdem wird Gleichstrom zum Transport über große Distanzen verwendet, da hierbei die Verluste niedriger sind.
Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom
Die von Netztransformatoren und Wechselstrom-Generatoren gelieferten Wechselspannungen/Wechselströme können durch Gleichrichter umgewandelt werden. Es entsteht elektrische Spannung, die zwar noch im Betrag, nicht aber im Vorzeichen variiert.
Durch Parallelschalten eines ausreichend großen Glättungskondensators, bzw. in Reiheschalten einer Glättungsspule kann der Wechselanteil der Spannung verringert werden, so dass nur noch eine kleine Restwelligkeit bleibt. Je größer die Kapazität des Kondensators, bzw. die Induktivität der Spule, desto kleiner ist der Spitze-Tal-Wert der überlagerten Wechselspannung. Der zugehörige an einen Verbraucher abgegebene Strom kann nun als Gleichstrom betrachtet werden. Insbesondere bei der Anwendung in kommunikationstechnischen Anlagen ist nur eine sehr kleine Restwelligkeit erlaubt, um die empfindliche Elektronik nicht zu stören. In der Audiotechnik ist bei unzureichender Glättung ein Netzbrummen hörbar.
Siehe auch
Weblinks
Einzelnachweise
- ↑ Hans Reichardt, Jerome J. Notkin, Sidney Gulkin: WAS IST WAS Band 24, Elektrizität Tessloff Verlag, Hamburg, 1981, ISBN 3-7886-2880-4, S. 19