Teil 1. Leistungselektronik. Ausgabe 0.1, Autoren: Stephan Rupp. Kontakt: Web:
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1 Teil 1 Leistungselektronik Ausgabe 0.1, Autoren: Stephan Rupp Kontakt: stephan.rupp@srupp.de Web: Veröffentlicht unter CC-BY-SA S. Rupp, 2019 TM /25
2 S. Rupp, 2019 TM /25
3 Inhaltsverzeichnis 1. Umrichtertechnologien Direkte Umrichter Umrichter mit Zwischenkreis Spannungsquellen (Voltage Source Converter) Stromquellen (Current Source Converter) Hochsetzsteller Tiefsetzsteller Signalverarbeitung und Pulsbreitenmodulation Zwei-Level Konverter Drei-Level Konverter Multi-Level Konverter Umrichtertopologien H-Brücken Dreiphasige Umrichter Multi-Level Konverter Kaskadierte H-Brücken Betrachtungen zum Wirkungsgrad Durchlassverluste Schaltverluste Signalgüte und Störeinflüsse Filter Auswirkungen von Fehlern durch die PWM Aufbau und Skalierung auf Systemebene S. Rupp, 2019 TM /25
4 S. Rupp, 2019 TM /25
5 1. Umrichtertechnologien Schalter, Ventile und Energiespeicher => Leistungselektronik 1.1. Direkte Umrichter. ohne Energiespeicher Frage 1.1.1: Frage 1.1.2: Frage 1.1.3:. Frage 1.1.4: Frage 1.1.5: Frage 1.1.6: Frage 1.1.7: Frage 1.1.8: 1.2. Umrichter mit Zwischenkreis Gleichungen für L und C Simulation Dimensionierung des Zwischenkreises nach Energieformel Frage 1.2.1: Frage 1.2.2: Lösungsbeispiel: Frage 1.2.3: Frage 1.2.4: 1.3. Spannungsquellen (Voltage Source Converter) Frage 1.3.1: Lösungsbeispiel: Frage 1.3.2: 1.4. Stromquellen (Current Source Converter) Frage 1.4.1:.. Frage 1.4.2: Lösungsbeispiel:. Frage 1.4.3: S. Rupp, 2019 TM /25
6 Frage 1.4.4: Frage 1.4.5:.. Frage 1.4.6: 1.5. Hochsetzsteller Frage 1.5.1: Frage 1.5.2: Frage 1.5.3: Frage 1.5.4: 1.6. Tiefsetzsteller Frage 1.6.1: Frage 1.6.2: Frage 1.6.3: Frage 1.6.4: S. Rupp, 2019 TM /25
7 2. Signalverarbeitung und Pulsbreitenmodulation 2.1. Zwei-Level Konverter Frage 2.1.1: Frage 2.1.2: Frage 2.1.3: Frage 2.1.4: 2.2. Drei-Level Konverter Frage 2.2.1: Frage 2.2.2: Frage 2.2.3: Frage 2.2.4: 2.3. Multi-Level Konverter Frage 2.3.1: Frage 2.3.2: Frage 2.3.3: Frage 2.3.4: S. Rupp, 2019 TM /25
8 2.4. Frage 2.4.1: Frage 2.4.2: Frage 2.4.3: Frage 2.4.4: 2.5. Frage 2.5.1: Frage 2.5.2: Frage 2.5.3: Frage 2.5.4: 2.6. Frage 2.6.1: Frage 2.6.2: Frage 2.6.3: Frage 2.6.4: S. Rupp, 2019 TM /25
9 3. Umrichtertopologien 3.1. H-Brücken Frage 3.1.1: Frage 3.1.2: Frage 3.1.3: Frage 3.1.4: Abschnitt Frage 3.1.5: Frage 3.1.6: Abschnitt Frage 3.1.7: Frage 3.1.8: 3.2. Dreiphasige Umrichter Frage 3.2.1: U 0 =R 0 I+U 1 +U L (3.1.3) U 1 = 1 C 1 I 2 = 1 C 1 I 1 R 1 C 1 U 1 (3.1.4) P L =U L I (3.1.5) t Q ( t) =Q 0 I( τ) d τ (3.1.6) 0 SoC= Q ( t) Q n (3.1.7) S. Rupp, 2019 TM /25
10 Frage 3.2.2: Frage 3.2.3: Frage 3.2.4: Frage 3.2.5: Frage 3.2.6: 3.3. Multi-Level Konverter Frage 3.3.1: Frage 3.3.2: Frage 3.3.3: Frage 3.3.4: 3.4. Kaskadierte H-Brücken Frage 3.4.1: Frage 3.4.2: Frage 3.4.3:. Frage 3.4.4: 3.5. Frage 3.5.1: Frage 3.5.2: S. Rupp, 2019 TM /25
11 Frage 3.5.3: Frage 3.5.4: Frage 3.6.1:. Frage 3.6.2: Frage 3.6.3: Frage 3.6.4: S. Rupp, 2019 TM /25
12 4. Betrachtungen zum Wirkungsgrad 4.1. Durchlassverluste Frage 4.1.1: Frage 4.1.2: Frage 4.1.3: Frage 4.1.4: 4.2. Schaltverluste Frage 4.2.1: Frage 4.2.2: Frage 4.2.3: Frage 4.2.4: 4.3. Frage 4.3.1: Frage 4.3.2: Frage 4.3.3: Frage 4.3.4: 4.4. S. Rupp, 2019 TM /25
13 Frage 4.4.1: Frage 4.4.2: Frage 4.4.3: Frage 4.4.4: S. Rupp, 2019 TM /25
14 5. Signalgüte und Störeinflüsse 5.1. Filter Frage 5.1.1: Frage 5.1.2: Frage 5.1.3: Frage 5.1.4: 5.2. Auswirkungen von Fehlern durch die PWM Frage 5.2.1: Frage 5.2.2: Frage 5.2.3: Frage 5.2.4: 5.3. Frage 5.3.1: Frage 5.3.2: Frage 5.3.3: Frage 5.3.4: 5.4. S. Rupp, 2019 TM /25
15 Frage 5.4.1: Frage 5.4.2: Frage 5.4.3: Frage 5.4.4: S. Rupp, 2019 TM /25
16 6. Aufbau und Skalierung auf Systemebene 6.1. Frage 6.1.1: Frage 6.1.2: Frage 6.1.3: Frage 6.1.4: 6.2. Frage 6.2.1: Frage 6.2.2: Frage 6.2.3: Frage 6.2.4: 6.3. Frage 6.3.1: Frage 6.3.2: Frage 6.3.3: Frage 6.3.4: 6.4. S. Rupp, 2019 TM /25
17 Frage 6.4.1: Frage 6.4.2: Frage 6.4.3: Frage 6.4.4: S. Rupp, 2019 TM /25
18 Frage 7.1.1: Frage 7.1.2: Frage 7.1.3: Frage 7.1.4: 7.2. Frage 7.2.1: Frage 7.2.2: Frage 7.2.3: Frage 7.2.4: 7.3. Frage 7.3.1: Frage 7.3.2: Frage 7.3.3: Frage 7.3.4: 7.4. S. Rupp, 2019 TM /25
19 Frage 7.4.1: Frage 7.4.2: Frage 7.4.3: Frage 7.4.4: S. Rupp, 2019 TM /25
20 S. Rupp, 2019 TM /25
21 Englisch - Deutsch Active power Wirkleistung Apparent power Scheinleistung Capacitor Kapazität Circuit breaker Leistungsschalter Line voltage Leiter-zu-Leiter Spannung (Effektivwert) Inductor Induktivität Nominal power Nennleistung Nominal voltagenennspannung Peak value Spitzenwert Phase voltage Leiter-zu-Nullleiter Spannung (Effektivwert) Reactive power Blindleistung Resistor Widerstand Transformer Transformator Transmission Übertragung Voltage source Spannungsquelle Winding Wicklung S. Rupp, 2019 TM /25
22 Abkürzungen AC DC Alternating Current, Wechselstrom Direct Current, Gleichstrom T = 1/f f = 1/T ω = 2πf = 2π/T Schwingungsdauer, Periodendauer [s] Frequenz, Anzahl der Schwingungen pro Zeiteinheit [1/s] Kreisfrequenz, Winkelgeschwindigkeit der Kreisbewegung [1/s] E Energie [Joule, J, Nm, Ws, kg m 2 / s 2 ] potentielle Energie E p = 1/2 k y 2, kinetische Energie, Translation E k = 1/2 m v 2, kinetische Energie, Rotation E r = 1/2 J ω 2, Energie elektrisches Feld E C = 1/2 CU 2, Energie magnetisches Feld E L = 1/2 LI 2 RMS Z Y S A deg kv kva R X G B P Q Root mean square (Effektivwert) komplexer Widerstand (Impedanz, impedance) Wirkwiderstand (resistance) Blindwiderstand (Reaktanz, reactance) komplexer Leitwert (Admittanz, admittance) Wirkleitwert (conductance) Blindleitwert (susceptance) Scheinleistung (apparent power, in VA = Volt Ampere) Wirkleistung (power, in Watt) Blindleistung (reactive power, in Var = Volt ampere reactive) Ampere degrees (Phasenwinkel in Grad) Kilo Volt (1000V) Kilo Volt Ampere (Scheinleistung S, zur Unterscheidung von kw = Wirkleistung)) kvar Kilo Volt Ampere reactive (Blindleistung, Q) MS NS ONT p.u. PV Mittelspannung Niederspannung Ortsnetztransformator per unit (auf Nennwert und physikalische Einheit normierte Größe) Photovoltaik W Watt (Wirkleistung, P) S. Rupp, 2019 TM /25
23 Literatur (1) Scilab/Xcos Open Source Simulationswerkzeug: (2) Horst Kuchling, Taschenbuch der Physik, Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG; 21. Auflage, 2014; ISBN-13: (3) Klaus Heuck, Klaus-Dieter Dettmann, Detlef Schulz: Elektrische Energieversorgung: Erzeugung, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie für Studium und Praxis, Vieweg+Teubner Verlag, 8. Auflage, 2010, ISBN S. Rupp, 2019 TM /25
24 Anhang A - S. Rupp, 2019 TM /25
25 Anhang B - S. Rupp, 2019 TM /25
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