Pulsierender Gleichstrom

Als Gleichstrom wird ein elektrischer Strom bezeichnet, dessen Stärke und Richtung sich nicht ändert. In der theoretischen Elektrotechnik wird nur zeitlich unveränderlicher Stromfluss als Gleichstrom bezeichnet. In der Praxis wird jedoch auch Mischstrom mit überwiegendem Gleichanteil als Gleichstrom bezeichnet. Dies insbesondere dann, wenn die Schwankungen (als Welligkeit bezeichnet) des Stroms für den an die Stromquelle angeschlossenen Verbraucher nicht störend sind. Die englische Bezeichnung ist direct current mit dem Kürzel DC.

Arten des Gleichstroms
oben: reiner Gleichstrom
darunter pulsierender Gleichstrom

In der Umgangssprache findet oftmals eine Verwechslung bzw. Gleichsetzung zwischen Gleichspannung und den von Gleichspannungen verursachten Gleichströmen statt.

Erzeugung

Unmittelbare Gleichstromquellen sind z. B. Akkumulatoren, Batterien, Solarzellen und Brennstoffzellen.

Elektrische Generatoren können prinzipiell nur Wechselstrom erzeugen. Um daraus Gleichstrom herzustellen, kann man Gleichstromgeneratoren verwenden, um mit einem Kommutator die Umkehrung der Stromrichtung in der Gleichstromleitung zu verhindern. Im Regelfall enthält der Generator mehrere Spulen und der Kommutator „zapft“ diejenige an, die gerade maximale Spannung erzeugt. Da der Kommutator Funkenstörungen verursacht und sich abnutzt, wird er in Lichtmaschinen durch Gleichrichter aus beispielsweise Silizium ersetzt. Dadurch steigt die Zuverlässigkeit enorm. ^[1]

Bedeutung

Technische Bedeutung hat der Gleichstrom u. a. in der Elektronik. Praktisch alle elektronischen Schaltungen benötigen zur Leistungsversorgung Gleichspannung/Gleichstrom. Vielfach werden für elektronische Geräte, die nicht mit Batterien oder Akkumulatoren mit Energie versorgt werden, Netzteile eingesetzt, um diesen Gleichstrom mittels Gleichrichter im Netzgerät zu erzeugen.

Solarzellen können ebenfalls nur Gleichstrom erzeugen. Deshalb verwenden viele von ihnen mit elektrischer Energie versorgte Geräte, Fahrzeuge etc. nur Gleichstrom. Fotovoltaikanlagen leiten jedoch meistens die von ihnen produzierte elektrische Energie über Wechselrichter ins normale Stromnetz ein.

Gleichstrom hat bei der Übertragung, mit der gleichen Spannung wie Wechselstrom, über große Entfernungen geringere Übertragungsverluste gegenüber Wechselstrom, weil induktive Widerstände durch Selbstinduktion nicht auftreten. In Spezialanwendungen wird er zu diesem Zweck auch genutzt in Form von sogenannten HGÜ-Leitungen für die Übertragung großer elektrischer Leistungen bei sehr hohen Spannungen über sehr große Distanzen. Für die Einspeisung bei Kraftwerken sind Gleichrichteranlagen, beim Verbraucher am anderen Ende der Übertragungsstrecke sind groß dimensionierte Hochspannungswechselrichter, die in geeigneten Gebäuden bei großen Umspann- und Schaltanlagen angeordnet sind, erforderlich (hohe Anlagenkosten). Hier wird der mittels 2 (1) Leitungsseilen übertragene Gleichstrom in Dreiphasenwechselstrom mit 50 Hz Frequenz konvertiert. Die Gleichstromübertragung über mehrere 1000 km ist oft die einzig wirtschaftliche Lösung bei der Energieübertragung.

Geschichte

Hauptartikel: Stromkrieg, Thomas Alva Edison.

Weil Gleichstrom, der in Kraftwerken bei relativ niedriger Spannung erzeugt wird, nur mit sehr großen Verlusten über größere Entfernungen transportiert werden kann, setzte sich stattdessen der Wechselstrom (in der Form von Dreiphasenwechselstrom) durch. Er kann leicht auf hohe Spannungen transformiert und so relativ verlustarm über größere Entfernungen transportiert werden. Erst seit Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts kann Drehstrom hoher Spannung in Gleichstrom der gleichen Spannung umgewandelt und zurückgewandelt werden. Seitdem kann auch Gleichstrom über große Distanzen transportiert werden. Weil dabei die Verluste noch geringer als bei Wechselstrom sind, eignet sich hochgespannter Gleichstrom für noch längere Leitungen besser als Wechselstrom. Siehe: Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung.

Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom

Die von Netztransformatoren und Wechselstrom-Generatoren gelieferten Wechselspannungen/Wechselströme können durch Gleichrichter, das heißt die Anordnung mehrerer Dioden, umgewandelt werden. Es entsteht elektrische Spannung, die im Betrag, nicht aber in der Richtung variiert.

Durch Parallelschalten eines ausreichend großen Kondensators kann die Welligkeit der Spannung verringert, das heißt die Spannung „geglättet“ werden, sodass nur noch eine kleine Restwelligkeit bleibt. Je größer die Kapazität des Kondensators, desto kleiner ist die Amplitude der Restwelligkeit. Der zugehörige an einen Verbraucher abgegebene Strom kann nun als Gleichstrom betrachtet werden. Insbesondere bei der Anwendung in kommunikationstechnischen Anlagen ist nur ein sehr kleiner Prozentsatz an Restwelligkeit erlaubt, um die empfindliche Elektronik nicht negativ zu beeinflussen.

Quelle

1. ↑ Hans Reichardt, Jerome J. Notkin und Sidney Gulkin: WAS IST WAS Band 24, Elektrizität Tessloff Verlag, Hamburg, 1981, ISBN 3-7886-2880-4, S. 19

Siehe auch

• Wechselstrom
• Drehstrom
• Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung
• Pulsstrom
• Allstromgerät