Stromrichter

Stromrichter sind Geräte, die mit Hilfe von elektronischen Bauteilen elektrische Energie umwandeln. Dadurch entsteht aus Dreh- oder Wechselstrom beispielsweise Gleichstrom und umgekehrt. Außerdem sind Stromrichter in der Lage zusätzlich die Spannung oder Frequenz zu ändern. Daher erfüllen die Geräte häufig zwei Funktionen gleichzeitig.

Unter den Oberbegriff fallen sowohl selbstgeführte als auch fremdgeführte Stromrichter. Ein selbstgeführter Stromrichter verfügt stets über ein- und abschaltbare Halbleiter, zum Beispiel Transistoren. Dazu zählen beispielsweise MOSFETs und IGBTs. Diese Geräte erzeugen aus einer Gleichstromspannung entweder eine Wechselspannung oder eine andere Gleichstromspannung.

Fremdgeführte Stromrichter benötigen zwar ebenfalls Bauteile mit Halbleitern. Jedoch arbeiten diese ausschließlich auf Basis von Dioden oder Thyristoren, die nicht schaltbar sind. Außerdem sind diese Geräte immer auf eine Quelle mit Wechselstrom angewiesen.

Mit dem Einsatz von Halbleitern, wie zum Beispiel Silizium, ergeben sich heute zahlreiche Anwendungen. Eine der häufigsten Gebiete ist die Herstellung von Stromrichter-Bauteilen. Es gibt drei verschiedene Arten von Stromrichtern:

• Gleichrichter, die Wechsel- oder Drehstrom in Gleichstrom umwandeln oder die Spannung einer Gleichstromquelle modifizieren.
• Bei Wechselrichtern handelt es sich dagegen um Stromrichter, die Gleich- in Wechselstrom umwandeln.
• Umrichter sind Stromrichter, die eine Wechselspannung in eine andere generieren. Im Gegensatz zu Transformatoren verändern diese nicht nur die Amplitude, sondern auch die Spannungsfrequenz.

Gleichrichter - Stromrichter im Haus

Der Strom aus der Steckdose ist immer Wechselstrom. Denn Bereitstellung von Energie ist mit Wechselstrom effektiver und mit geringeren Verlusten verbunden. Jedoch ist die überwiegende Zahl der elektronischen Geräte auf Gleichstrom angewiesen. Ob im Haus oder im Garten, Elektrotechnik ist im Alltag nicht mehr wegzudenken.

Sämtliche Elektro-Geräte benötigen Elektrizität, die in ihrer Bewegungsrichtung gleich bleibt. Deshalb ist es erforderlich, den Strom durch einen Gleichrichter umzuwandeln. Vielfach sind daher Stromrichter bereits ein fester Bestandteil diverser Haushaltsgeräte. Oder ein mitgeliefertes Steckernetzteil wandelt den Strom für den Verbraucher an der Steckdose um. Gleichrichter enthalten beispielsweise:

• Dioden sind elektronische Stromrichter-Bauteile auf Halbleiterbasis. Sie leiten Strom in nur eine Richtung weiter. Infolgedessen sorgen mehrere wechselseitig angesteuerte Dioden für konstant positive Spannungsverläufe in entsprechend angelegten Stromkreisen.
• Thyristoren funktionieren wie Dioden, sind jedoch mitunter leistungsstärker. Sie machen sich ebenfalls die Eigenschaften von Halbleitern zu nutze. Thyristoren verfügen zudem über einen Gate-Anschluss, der als Ein- und Ausschalter dient.

Zudem dienen Kondensatoren in Stromrichtern dazu, die Welligkeit der gleichgerichteten Spannung zu glätten. Dabei handelt es sich zumeist um Elektrolyt-Kondensatoren mit hoher Kapazität. Kondensatoren sind in der Lage, elektrische Ladung zu speichern und wieder abzugeben. Daneben kommen Induktivitäten, Siebglieder oder Spannungsregler zum Einsatz, um die Restwelligkeit zu glätten.

Wechselrichter - Stromrichter für die erneuerbare Energie

Beim umgekehrten Verfahren wandelt ein Wechselrichter Gleichstrom in Wechselstrom. Dadurch ist es möglich, elektrische Energie aus Photovoltaik-Anlagen in ein öffentliches Stromnetz einzuspeisen. In vielen Fällen dient dabei ein Zwischenkreis als temporärer Energiespeicher.

Diese Solar-Wechselrichter sind so ausgelegt, dass sie trotz wechselnder Leistungen der Module funktionieren. Um die Spannungsschwankungen zu meistern, sind optimale Einstellungen der Stromrichter erforderlich. Deshalb steuert ein Mikroprozessor den für die effiziente Energienutzung erforderlichen Maximum-Power-Point-Tracker.

Photovoltaik-Wechselrichter arbeiten oft fremdgeführt. Das heißt, das angeschlossene Stromnetz bestimmt die Höhe der Stromspannung und der Frequenz. Doch einige dieser Anlagen stellen sich bei Stromausfall auf Inselbetrieb um. Damit wechseln sie bei Bedarf in den selbstgeführten Betrieb. Voraussetzung ist jedoch ein separater Batteriespeicher.

Zu den Bauteilen dieser Wechselrichter gehören Transistoren. Sie polen die Spannung periodisch um. Zusätzlich dienen Drosseln dazu, gegebenenfalls die Pulsweite der dabei entstehenden wechselnden Werte zu glätten.

Umrichter - Stromrichter sorgt für Harmonie im Netz

Auch Umrichter kommen in Verbindung mit Photovoltaik-Anlagen zum Einsatz. Denn die Zwischenkreise dienen nicht nur als Energiespeicher. Sie koppeln auch die Stromnetze der einzelnen Modulreihen miteinander und synchronisieren deren Spannung. Zudem ist es notwendig, die Ausgangs-Wechselspannung vor der Einspeisung dem öffentlichen Stromnetz anzugleichen. Hierbei spielen Stromrichter wiederum eine Rolle.