PHYSIK-Aufgabe aus Metzler

Wissenschaft Physik
#1

Hallo lieber Physik-Experte,

ich suche dringend Hilfe bei einer Aufgabe aus dem Metzler-Physikbuch 2.Auflage.
Diese Frage ist aus der Rubrik „Halbleiterphysik“ und steht in o.g. Buch auf Seite 451. Sie lautet wie folgt:

„In einer Drehstromlichtmaschine eines Autos wird mit 6 Dioden gleichgerichtet. Welche Verlustleistung würden die Dioden als Wärme bei einem zeitlich konstanten Strom von 50A etwa abgeben? Die tatsächliche Verlustleistung liegt beim Laden der Batterie jedoch wesentlich höher, deswegen die gute Kühlung. Woran liegt es?“

So also der Wortlaut der Aufgabe. Doch leider rätsel ich mich an der Aufgabe ziemlich zu Tode :frowning:
Würde mich wahnsinnig freuen, wenn Sie mir bei der Lösung der Aufgabe helfen könnten.
Die korrekte Lösung ist wirklich sehr wichtig für mich.
Vielen lieben Dank schonmal im Voraus.

Liebe Grüße
Marian

#2

„In einer Drehstromlichtmaschine eines Autos wird mit 6 Dioden
gleichgerichtet. Welche Verlustleistung würden die Dioden als
Wärme bei einem zeitlich konstanten Strom von 50A etwa
abgeben? Die tatsächliche Verlustleistung liegt beim Laden der
Batterie jedoch wesentlich höher, deswegen die gute Kühlung.
Woran liegt es?“

Berechne die Teilströme durch die Dioden und beachte den Spannungsfall der Silizium-Dioden. Das ergibt die Verlustleistung.

Beachte dann, dass ein gleichgerichteter Drehstrom immer noch eine Welligkeit hat und der Akku nur geladen wird, wenn die Momentanspannung hinter dem Gleichrichter größer als die Akkuspannung ist. Es ergibt sich dadurch kein glatter Gleichstrom!
Die Maximalwerte des Stroms sind erheblich höher als der „effektive Mittelwert“ von 50A. Nennt sich „Crest-Faktor“ (oder auch Krest-Faktor?).
Die Leistung an der Diode ist aber U * I * I. Geht also mit I². Und so macht ein pulsierender Gleichstrom mit Ieff=50A mit deutlich höheren Maximalwerten eben auch deutlich höhere Verlustleistung an den Dioden.