Leistungselektronik

Für das Verstehen der Wirkungsweise von Geräten und Systemen der Leistungselektronik ist es hilfreich, die Prinzipien in einigen Grundschaltungen genau zu kennen. Diese lassen sich mit Hilfe weniger idealisierter Schaltungselemente beschreiben. Hierfür werden als Energiewandler Spannungsund Stromquellen und Widerstände sowie Transformatoren und als Energiespeicher Spulen und Kondensatoren verwendet. Für das Studium der Prinzipien genügt es, die Ventilbauelemente durch ideale Schalter darzustellen. Auch die Wirkungsweise komplizierterer Schaltungen der Leistungselektronik läßt sich meist ausreichend genau mit idealen Schaltern beschreiben. Erst für ein genaues Beschreiben der Vorgänge in diesen Schaltungen wird es erforderlich sein, das Schaltverhalten der Ventilbauelemente in die Berechnungen einzubeziehen.

Das Kennzeichen der Leistungselektronik ist das Anwenden von elektronischen Ventilen. Elektronische Ventile sind Funktionselemente, die abwechselnd in den leitenden und nichtleitenden Zustand versetzt werden. Weit verbreitete elektronische Ventile sind Halbleiterdiode, Thyristor und Transistor im Schalterbetrieb.

Für einen ordnenden Überblick über die vielen Schaltungen, die es in der Leistungselektronik gibt, ist es hilfreich, die verschiedenen Wirkungsprinzipien an Grundschaltungen zu erklären.

Für den Betrieb von Umrichtern mit einschaltbaren Ventilen ist der richtige Stromübergang zwischen den Ventilzweigen von besonderer Bedeutung. Deshalb werden im folgenden die verschiedenen Arten der Kommutierung in getrennten Abschnitten behandelt.

Diese Umrichter arbeiten auf der GS-Seite mit einer Gleichspannungsquelle. Sie setzen auf der WS-Seite im idealen Fall einen eingeprägten Wechselstrom voraus (vergl. Bild 4.1). Bei der Behandlung idealisierter Schaltungen werden Wechselstromquellen verwendet. In der praktischen Anwendung können schwach gedämpfte Schwingkreise oder Synchronmaschinen mit großer Streuung, das heißt Wechselspannungsquellen mit Innenwiderstand, als Wechselstromquellen angesehen werden. Ist der induktive Innenwiderstand der Wechselspannungsquelle jedoch nur klein, können erhebliche Abweichungen vom idealisierten Fall auftreten.