Inhaltsverzeichnis. 4 Tran.isturen Dioden Was ist Leistungselektronik?... 1 VII

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1 VII Inhaltsverzeichnis 1 Was ist Leistungselektronik? Grundlagen Die elektrische Leitflihigkeit Eigenleitung Störstellenleitung Der pn-übergang Der pn-übergang mit äußerer Spanoung Der pn-übergang im Durchlassbetrieb Der pn-übergang io Sperrrichtung beansprucht... I I Die Durchbruchmechanismen des pn-überganges Die optimale Gestaltung des pn-übergangs Dioden pn-diode Modellbildung eioer realen pn-diode Die Verlustleistungsberechnung pio-diode Das Sperrverhalten Das Durch1assverhalten Das Schaltverhalten Eioschalten Ausschalten Schaltverluste Reihenschaltung Parallelschaltung Eiosatzkriterien für Dioden Solarzelle Tran.isturen Bipo1artransistur Aufbau Wirkungsweise Schaltverluste... 36

2 VIII Inhaltsverzeichnis Der bipolare Leistungstransistor Die Arbeitspunkte des bipolaren Transistorschalters Nichtsättigungsbetrieb (aktiver Bereich, ubc < 0) Quasisättigungsbetrieb (UBC > 0) Übersättigungsbetrieb Darlingtun-Transistoren Vergleich Bipolartransistor - Schalter Betriebsarten Schalten einer ohmsch-induktiven Last Schalten eines eingeprägten Stromes Weiches Schalten Hartes Schalten RCD-Beschaltung Der IG-Feldeffekttransistor (MOSFET) Aufbau Die Kennlinie Die Gatekapazität Neuere Entwicklungsrichtungen Der IG-Bipolar Transistor (IGBT) Aufbau Durchlasseigenschaften Das Schaltverhalten Einschalten Ausschalten Sperr- und Blockierverhalten Neuere Entwick1ungsrlchtungen Treiberschaltungen Gateanschluss Ausführung einer IGBT-Ansteuerung Ansteuerung eines Halbbriickemnoduls Impulslogik Ventilbelastung Aufbau- und Verbindungstechnik Problematik Gehäuseformen Diskrete Bauelemente IGBT-Leistungsmodule... 77

3 Inhaltsverzeichnis IX Eigenschaften von Leistungsmodulen Lastwechselfestigkeit Verhalten bei Moduldefekt Parasitäre Induktivitäten EMV-Verhalten Thyristoren Aufbau und Wirkungsweise K.ennlinie Das Einschaltverhalten Überschreiten der zulässigen Blockierspannung Überschreiten der zulässigen Spannungssteilheit Gatestromzündung Ausschalten Netzgefiibrter Betrieb Selbstgefiibrter Betrieb Ausfiihrungsformen Amplifying Gate-Struktur Zweirichtungs-Thyristoren Der asymmetrisch sperrende Thyristor Der lichtzündbare Thyristor Abschaltbarer Thyristor (GTO) Der asymmetrisch sperrende GTO Anstenerung Einschalten Ausschalten Betriebsbedingungen für einen GTO Der IGCT Auswahl von Leistungsbauelementen Wärme-Management Die Verlustleistung Das thermische Ersatzschaltbild Der innere WännewiderstandRth.Jc Der äußere Wännewiderstand R th CA Die Wännekapazität Ca, Der Wännewiderstand des Kühlkörpers... loo

4 X Inhaltsverzeichnis 6.3 Kühlmedien Luftkühlung Wasserkühlung Siedekühlung Stromrichterschaltungen Grundfunktionen Kcnnzeiclmung von Stromrichterschaltungen Einteilung nach der inneren Wirkungsweise Leistungssteuerverfahren Mittelpunktschaltung MI Transfonnator-Bauleistung Kapazitive Last Ohrnsch-induktive Last Ohrnsch-induktive Last mit Freilaufdiode WechselwegschaltungWI Stellerbetrieb mit ohrnscher Last Stellerbetrieb mit ohrnsch-induktiver Last Schaltbetrieb mit ohrnsch-induktiver Last Weehselstromschaltungen Die Mittelpunktschaltung M2U Gleichspannungsbildung Die gesteuerte Mittelpunktschaltung M2C Die Wirkungsweise des Steuergenerators Passive Last Ohrnsche Last Ohrnsch-induktive Last Aktive Las! Ventilbelastung Trafo- undnetzgrößen Bemessung einer Glättungsinduktivität Die Kommutierung Überlappung Die induktive Gleichspannungsänderung

5 Inhaltsverzeichnis XI 8.3 Die Brückenschaltung B Ventilbelastung Transformatorbauleistung Drehstromschaltungen Die MittelpunktschaltungMJ Gleicbapannungsbildung Ohmsche Last Aktive Last V entilbelastung Spannung Strom Netzstrom I Die Kommutierung Einfluss auf die Gleicbapannung Berechnung des induktiven Gleichspannungsabfalls Kommutierungseinfluss auf die Venti1spannung Die Brückenschaltung B Gleichspannungsbildung Leitzustände der Ventile Stromrichtereingangsstrom Netzstrom I Bauleistung des Transformators Zündimpulse Gleicbapannungsbildung Einfluss der Kommutierungen Auswirkungen nicht idealer Glättung auf die Gleicbapannung pulsige Schaltungen Stromrichter-Reihenschaltung Stromrichter-Parallelschaltung Höherpulsige Schaltungen Netzrückwirkungen I 0.1 Blindleistungsverhalten Die Kennlinie der Steuerblindleistung I Oberschwingungsblindleistung

6 XII Inhaltsverzeichnis 10.2 Stromoberschwingungen Stromglättung Spannungsglättung Passive PFC-Schaltung Aktive PFC-Schaltung I 0.3 Spannungsoberschwingungen B2-Schaltung B6-Schaltung Lastgeführte Stromrichter Schwingkreiswechselrichter Betrieb mit eingepräg1cr Gleichspannung Betrieb mit eingeprägtem Gleichstrom Vergleich der Wechselrichtertypen Schwingkreiswechselrichter mit abschaltbaren Ventilen Strom- und spannungsloses Schalten Anwendungsbeispiel zum stromlosen Schalten (ZCS) Selbstgeffibrte Stromriebter Wechselrichter mit eingeprägter Spannung (UWR) Mittelpunktschaltung mit AC-seitigem Mittelpunkt Ausführungsbeispiel mit Thyristorschalter phasige Brückenschaltungen Betrieb mit passiver Last Betrieb mit einer Drehfeldmaschine Wechselrichter mit Phasenfolgelöschung Wechselrichter mit eingeprägtem Strom {lwr) Prinzip Wechselrichter mit Phasenfolgelöschung Die Wirkungsweise selbstgeführter UWR Schaltungen in Zweipunkttechnik (2-level-inverter) Schaltfunktionen Kurzzeit-Mittelwert Der Modulator Modulationsfunktion Ausstenerung

7 Inhaltsverzeichnis XITr I-phasige Brückenschaltung Grundfrequenztaktung Schwenksteuerung Pulsweitenmodulation phasige Brückenschaltung Die Spannungsbildung Der Zwischenkreisstrom Schaltungen in Dreipunkttechnik (3-level-inverter) I-phasige Brückenschaltung phasige Brückenschaltung Multi-Ievel-Schaltungen Dreh.tromgrößen in Raumzeigerdar.tellung Raumzeigertransformation Stromrichterspeisung Steuerverfahren für UWR Begriffe Die Grundfrequenzsteueruog Die Pulsweitenmodulation (PWM) Schaltfunktionen fiir 3-phasige Schaltungen Steuerkennlinie Off-line optimierte Schaltfunktionen Eliminationsmethode Optimierte Pulsmuster Raumzeigermodulation Stromrichter und Ma.chinen Gleichstrommaschinen Elektronikmotor Stromrichtermotor Drehfeldmaschinen Zusatzverluste durch Stromrichterspeisung Leistungssteuerung bei konstanter Ständerfrequenz Drehstromsteller W Pulsgesteuerter Läuferwiderstand Stromrichterkaskade Ausführung mit Stromzwischenkreis Ausfiihruog mit Spannungszwischenkreis

8 XIV Inhaltsverzeichnis 16.7 Leistungssteuerung bei variabler Ständerfrequenz Prinzip des Direktumrichters phasiger Direktumrichter Frequenzurnrichter U/f-Kennliniensteuerung Feldorientierte Regelung Abschätzung der Zwischenkreisgrößen Energieeffizienz von elektrischen Antrieben Leistungselektronik und EMV Grundbegriffe Störgrößen in der Leistungselektronik Störfestigkeit Störvermögen Leitungsgebundene Störungen Nicht leitungsgebundene Störungen Kapazitive Beeinflussungen Induktive Beeinflussungen Elektromagnetische Beeinflussungen Psophometrischer Störstrom Netzfilter Motoranpassung an den Stromrichter Lagerströme W anderwellenprobleme Ausgangsfilter Weitere Maßnahmen Gleichspannungswandler Tiefsetzsteller Ausfiihrungsbeispiel zum Tiefsetzsteller Gleichstromsteller Gleichstromsteller mit aktiver Last Lückbetrieb Hochsctzsteller Hoch-Tiefsetzsteller Sperrwandler Durchflusswandler...342

9 Inhaltsverzeichnis xv Schaltnetzteile Sekundär getaktetes Netzteil (AC-DC-Wandler) Primär getaktetes Netzteil (AC-DC-Wandler) Elektronischer Transformator (AC-AC-Wandler) Pulsgleichrichter Kontaktlose Energieübertragungssysteme EnergIesparlampen Kompakt-Leuchtstofflampe Leuchtdioden (LEDs) Stromversorgungen Unterbrechungsfreie Stromversorgungen Online-Systeme Offiine-Systeme Photovoltaische Stromversorgungen Wechselrichter-Wirkungsgrad Einfluss der Netzimpedanz Leistungsflusssteuerung mit FACTS BrennstoflZellen-Stromversorgungen Energiespeicher Konzepte für akkugestützte Fahrzeugantriebe Speichertechnologien für Elektrofahrzeuge Formelzeichen Abkürzungen Weiterführende Literatur Normen (Au.wahl) Sachwortverzeichnis Hinwei. Dieses Lehrbuch einschließlich aller Zeichnungen wurde mit dem freien Office-Paket OPENOFFICE erstellt.

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