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2019 | Buch

Leistungselektronische Umformer (Grundlagen) Kapitel lesen Erstes Kapitel lesen

Leistungselektronische Schaltungen

Funktion, Auslegung und Anwendung

herausgegeben von: Prof. Dr. Dierk Schröder, Rainer Marquardt

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Eignen Sie sich mit diesem Buch umfassendes Wissen zum Thema leistungselektronische Schaltungen an

Dierk Schröder und Rainer Marquardt behandeln in ihrem Buch das Thema Leistungselektronik unter besonderer Berücksichtigung des Anwendungsgebiets der Schaltungstechnik. Aus Sicht der Autoren erhält dieses Teilgebiet der Elektrotechnik im Zuge der Diskussion um neue Methoden der Energieversorgung sowie Antriebstechnik eine immer größere Bedeutung hinsichtlich folgender Anwendungsbereiche:

• Wind- und Solarenergie

• E-Mobilität

• Hybrid-Fahrzeuge

In ihrem Buch zum Thema leistungselektronische Schaltungen wenden sich Schröder und Marquardt zunächst dem Gebiet der Stromrichterschaltungen zu. Um Ihnen ein besseres Verständnis zu ermöglichen, stellen die Autoren zunächst die verschiedenen Schaltungsarten sowie deren Funktionsweisen, Steuerung sowie Regelung vor. Ausgiebig behandelt werden in den folgenden Kapiteln unter anderem:

• Netzgeführte Stromrichter

• Direktumrichter

• Untersynchrone Stromkaskade (USK)

• Gleichspannungswandler

• Selbstgeführte Wechselrichter mit eingeprägter Spannung

Zudem erhalten Sie hilfreiche Tipps zum Thema Betriebssicherheit sowie Hinweise zur Fehlervermeidung für die Praxis. Aufbauend auf dieser soliden Basis setzen sich die beiden Autoren im zweiten Schwerpunkt dieses Leistungselektronik-Buchs kritisch mit dem Themenkomplex Mehrpunkt-Umrichter auseinander. Im Fokus stehen hier insbesondere Beschaltungen sowie deren Minimierung und die dynamische Belastung der Schaltungskomponenten.

Lehrbuch für Themenneulinge, Nachschlagewerk für erfahrene Praktiker

Sie können mit diesem Buch zum Thema leistungselektronische Schaltungen aber nicht nur Ihr Fachwissen vertiefen. In ihrem Werk stellen Schröder und Marquardt immer wieder hilfreiche Bezüge zur Praxis her. Das gelingt ihnen insbesondere durch:

• Schaltdiagramme

• Detaillierte Skizzen und Pläne

• Nachvollziehbare Rechnungen

Zusätzlich können Sie Ihren Lernfortschritt anhand einer Simulationsübung sowie zahlreicher Übungsaufgaben inklusive Lösungen jederzeit überprüfen. Damit eignet sich dieses Werk ideal als:

a) Nachschlagewerk für Ingenieure in der Praxis

b) Lehrbuch für Studenten der Ingenieurwissenschaften

In der aktuellen Ausgabe von „Leistungselektronische Schaltungen“ wurden folgende Kapitel noch einmal grundlegend aktualisiert:

• M2C-Wechselrichter

• Elektrische Energiewandler für photovoltaische Solarenergieanlagen

• Elektronische Betriebsgeräte für Lichtquellen

Umfassend behandelt werden außerdem resonante LCC- sowie LLCC-Schaltungen. Inhaltlich neu ist zudem eine ausführliche Diskussion des Themengebiets AC-DC-PFC-Wandler.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
1. Leistungselektronische Umformer (Grundlagen)
Zusammenfassung
Die Leistungselektronik ist eine Schlüsseltechnologie der elektrischen Energietechnik. Sie ermöglicht die universelle Umformung elektrischer Energie mit Hilfe elektronischer Bauelemente und Schaltungen.
Dierk Schröder, Rainer Marquardt
2. Netzgeführte Stromrichter
Zusammenfassung
Die Funktionsweise netzgeführter Stromrichter soll zunächst anhand der Zweipuls-Mittelpunktschaltung (M2–Schaltung, Abb. 2.1) erlütert werden, weil diese die einfachst mögliche Schaltung darstellt. Industriell eingesetzt werden hingegen vorwiegend Brückenschaltungen, da Netztransformatoren mit Gleichstrombelastung der Wicklungen sehr nachteilig sind (siehe 2.4.2).
Dierk Schröder, Rainer Marquardt
3. Direktumrichter
Zusammenfassung
Aus Kapitel 2.8 ist bekannt, daß netzgeführte Umkehrstromrichter beide Spannungsrichtungen bei beiden Stromrichtungen auf der Ausgangsseite erzeugen können; d.h. Umkehrstromrichter sind Vier–Quadrant–Stellglieder (Abb. 3.1)
Dierk Schröder, Rainer Marquardt
4. Untersynchrone Stromrichterkaskade (USK)
Zusammenfassung
Die untersynchrone Stromrichterkaskade setzt eine Asynchronmaschine mit einem statorseitigen und einem läuferseitigen Wicklungssystem voraus. Die läuferseitigen Wicklungen sind an Schleifringen herausgeführt. Der starkstromseitige Aufbau der als untersynchrone Stromrichterkaskade (USK)bezeichneten Antriebseinheit geht aus Abb. 4.1
Dierk Schröder, Rainer Marquardt
5. Stromrichtermotor
Zusammenfassung
Der Stromrichtermotor ist eine Antriebsvariante mit Synchronmaschine und lastgeführtem Stromrichter auf der Maschinenseite. Das Schaltbild des Stromrichtermotors ist in Abb. 5.1 dargestellt
Dierk Schröder, Rainer Marquardt
6. Selbstgeführte Wechselrichter mit eingeprägtem Strom (I–Umrichter)
Zusammenfassung
Abbildung 6.1 zeigt das Prinzipschaltbild dieses Antriebssystems. Aus dem Schaltbild des I–Umrichters ist sofort die Ähnlichkeit mit der Schaltung des Stromrichtermotors zu erkennen, dessen Schaltung in Abb. 6.2 noch einmal gezeigt wird. Auf die Erläuterung der prinzipiellen Funktion des Stromrichtermotors in Kap. 5.1 sei hingewiesen.
Dierk Schröder, Rainer Marquardt
7. Gleichspannungswandler (Gleichstromsteller)
Zusammenfassung
Gleichspannungs- bzw. Gleichstrom–Wandler oder –Steller sind leistungselektronische Schaltungen zur Umformung von Gleichspannung mit einer gegebenen Spannung und Polarität in Gleichspannung mit einer anderen Spannung und gegebenenfalls der umgekehrten Polarität, wobei Energie von einem Gleichstromsystem in das andere Gleichstromsystem fließt. Gleichspannungswandler (DC–DC–Wandler) für Gleichstrommaschinen–Antriebe werden im allgemeinen Gleichstromsteller genannt.
Dierk Schröder, Rainer Marquardt
8. Selbstgeführte Wechselrichter mit eingeprägter Spannung (U–Wechselrichter)
Zusammenfassung
In den vorigen Kapiteln dieses Bandes wurden die unterschiedlichsten leistungselektronischen Schaltungen vorgestellt, um drehzahl– und drehmoment–variable Antriebe zu realisieren. Anfangs standen als Bauelemente Dioden und Thyristoren zur Verfügung, so daß Schaltungsvarianten wie der Umkehrstromrichter (Gleichstrommaschine) bzw. der Direktumrichter (Drehfeldmaschine) oder der lastgeführte Wechselrichter (Stromrichtermotor) Varianten waren, die fremdgeführte Stellglieder nutzten. In der gleichen Linie — Verwendung von Dioden und Thyristoren — waren die Arbeiten für die selbstgeführten Wechselrichter einzuordnen, die zum I–Wechselrichter mit Phasenfolgelöschung oder zum Nullstromschalter für die Wechselrichter mit eingeprägter Spannung führten.
Dierk Schröder, Rainer Marquardt
9. Resonant schaltentlastete Wandler
Zusammenfassung
In Kap. 7 wurden verschiedene Gleichspannungswandler vorgestellt. Gleichspannungswandler erzeugen aus einer Eingangs–Gleichspannung eine wählbare Ausgangs–Gleichspannung. In Kap. 7 waren diese Wandler vorwiegend zur Speisung von Gleichstrommaschinen vorgesehen; diese Aufgabenstellung bedeutete, daß aus einer annähernd konstanten Eingangs–Gleichspannung eine variable Ausgangs–Gleichspannung erzeugt wird.
Dierk Schröder, Rainer Marquardt
10. Leistungselektronische Blindleistungs–Kompensation
Zusammenfassung
Die Versorgungsnetze werden z.B. in Industrienetzen zunehmend von Verbrauchern belastet, die nichtlineares Verhalten aufweisen. Ein typisches nichtlineares Betriebsverhalten weisen Diodenbrücken mit Glättungskondensatoren auf der Gleichspannungsseite auf. In diesem Fall wird der Verschiebungsfaktor cos ϕ aufgrund des fehlenden Steuereingriffs (α = 0◦) ungefähr 1 sein. Der Leistungsfaktor λ wird allerdings aufgrund der Strom–Harmonischen von 1 abweichen (Kap. 7.6).
Dierk Schröder, Rainer Marquardt
11. Sondergebiete der Leistungselektronik
Zusammenfassung
In den bisherigen Kapiteln wurden Stromrichterschaltungen vorwiegend aus der Sicht der Antriebstechnik dargestellt, die entweder die Energieumformung von einem Wechsel- bzw. Drehstromsystem zu einem Gleichstromsystem bzw. umgekehrt oder von einem Gleichstromsystem zu einem anderen Gleichstromsystem ermöglichen.
Dierk Schröder, Rainer Marquardt
12. Simulation von leistungselektronischen Schaltungen
Zusammenfassung
In den bisherigen Kapiteln dieses Buches wurden die unterschiedlichsten Stromrichterschaltungen sowohl hinsichtlich ihrer prinzipiellen Funktion als auch ihrer Auslegung dargestellt. Während bei der prinzipiellen Darstellung der Funktion die leistungselektronischen Schalter immer ideal angenommen wurden, konnte dies bei der Auslegung und insbesondere bei der Festlegung der Leistungsklassen der Schalter sowie bei den Beschaltungsmaßnahmen nicht vorausgesetzt werden.
Dierk Schröder, Rainer Marquardt
13. Solid-State Transformers
Zusammenfassung
Die Autoren danken Herrn MSc ETH Thomas Guillod für Berechnungen und Simulationen zur den Skalierungsgesetzen von Mittelfrequenztransformatoren und Dr. sc. ETH Gabriel Ortiz, ABB-Forschungszentrum Schweiz, für Diskussionen zu Schaltungstopologien und Einsatzbereichen von Solid-State-Transformer-Systemen.
Dierk Schröder, Rainer Marquardt
Backmatter
Metadaten
Titel
Leistungselektronische Schaltungen
herausgegeben von
Prof. Dr. Dierk Schröder
Rainer Marquardt
Copyright-Jahr
2019
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-55325-1
Print ISBN
978-3-662-55324-4
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-55325-1