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.

Arten des Gleichstroms:
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.

Inhaltsverzeichnis

Erzeugung

Eine unmittelbare Gleichstromquelle ist die Solarzelle. Bevorzugt wird Gleichstrom aus Spannungsquellen bezogen, z. B. chemischen Elementen wie Galvanische Zellen, Akkumulatoren und Brennstoffzellen, 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. Da der Kommutator Funkstörung verursacht und seine schleifenden Kontakte sich abnutzen, wird er heute in Generatoren wie der Lichtmaschine durch Gleichrichter ersetzt.[1]

Bedeutung

Dieses Symbol findet sich an vielen elektrischen Geräten, die Gleichstrom benötigen bzw. produzieren.

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.

Solarzellen können ebenfalls nur Gleichstrom erzeugen. Deshalb verwenden viele von ihnen mit elektrischer Energie versorgte Geräte, Fahrzeuge etc. nur Gleichstrom. Wenn Photovoltaikanlagen die von ihnen produzierte elektrische Energie ins normale 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. Gleichstrom wird erst in den letzten Jahren zu diesem Zweck auf besonders langen Strecken in sogenannten HGÜ-Leitungen eingesetzt, weil die erforderlichen Bauelemente der Leistungselektronik erst seit einigen Jahren zur Verfügung stehen. 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 der dort üblichen Frequenz umgewandelt (z. B. 50 Hz in Europa). Deshalb ist gegenwärtig noch die Wechselstromübertragung über mehrere 1000 km die bevorzugte und wirtschaftlichste Lösung bei der Energieübertragung.

Geschichte

Hauptartikel: Stromkrieg, Thomas Alva Edison.

Gleichstrom muss in Kraftwerken mit der relativ niedrigen „Steckdosen-Spannung“ von beispielsweise 230 V erzeugt werden, die die Verbraucher erwarten. Bei einigen angeschlossenen Verbrauchern addiert sich der Gesamtstrom zu sehr hohen Werten. Dann sind 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. Dadurch sinkt der zu übertragende Strom und die erzeugte elektrische Leistung 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 auch Gleichstrom zum Transport über große Distanzen verwendet.

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 in der Richtung 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.

Quelle

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

Siehe auch

Wiktionary Wiktionary: Gleichstrom – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

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