Leistungselektronik (EAM-Leist_Elek-V)5 ECTS
(englische Bezeichnung: Power Electronics)
(Prüfungsordnungsmodul: Leistungselektronik)

Lehrveranstaltungen:

• • Leistungselektronik
    (Vorlesung, 2 SWS, Bernhard Piepenbreier et al., Mi, 16:15 - 17:45, H9)
  • Übungen zu Leistungselektronik
    (Übung, 2 SWS, Jens Igney, Di, 8:15 - 9:45, H9)

Inhalt:

Leistungselektronik
Einleitung (EMF): Anwendungsbereiche für leistungselektronische Schaltungen, Zielsetzung bei der Optimierung der Schaltungen
DC/DC-Schaltungen (EMF): Grundlegende Schaltungen für die Gleichspannungswandlung, Funktionsweise, Pulsweitenmodulation, Dimensionierung, Einfluss der galvanischen Trennung zwischen Ein- und Ausgang
AC/DC-Schaltungen (EMF): Energieübertragung aus dem 230V-Netz, unterschiedliche Schaltungsprinzipien, Einfluss einer Energiezwischenspeicherung, Netzstromverformung
MOSFET-Schalter (EMF): Kennlinien, Schaltverhalten, Sicherer Arbeitsbereich, Grenzwerte und Schutzmaßnahmen
Dioden (EMF): Schaltverhalten der Leistungsdioden, Verlustmechanismen
Induktive Komponenten (EMF): Ferritkerne und –materialien, Dimensionierungsvorschriften, nichtlineare Eigenschaften, Kernverluste, Wicklungsverluste
Pulsumrichter AC/AC (EAM): Übersicht, Blockschaltbild, netzseitige Stromrichter, lastseitiger Pulswechselrichter, Sinus-Dreieck- und Raumzeigermodulation, U/f-Steuerung für einen Antrieb, Dreipunktwechselrichter
IGBT, Diode und Elko (EAM): IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) und Diode: Durchlass- und Schaltverhalten, Kurzschluss, Ansteuerung, Schutz, niederinduktive Verschienung, Entwärmung; Elko: Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren, Brauchbarkeitsdauer, Impedanz
Unterbrechungsfreie Stromversorgung (UPS) (EAM): Zweck, Topologien: Offline, Line-interactive, On-line; Komponenten, Batterien, Anwendungen
Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) (EAM): Motivation, Blockschaltbild, Funktion, sechs- und zwölfpulsig, Aufbau

Power Electronics
Introduction (EMF): Overview and applications of power electronic circuits
DC/DC-Circuits (EMF): Basic circuits for the voltage conversion, pulse width modulation, circuit design, influence of the galvanic isolation between input and output
AC/DC-Circuits (EMF): Power transfer from the 230V-mains, various circuit principles, influence of 50Hz energy storage, mains current harmonics
MOSFET-Switches (EMF): data sheets, switching behaviour, safe operating area, limits and protection measures
Diodes (EMF): switching behaviour of power diodes, loss mechanisms
Inductive Components (EMF): Ferrite cores and materials, inductor design, non linear behaviour, core losses, winding losses
Pulse-controlled converters (EAM): Overview, block diagram, line-side converter, load-side inverter, sinus-triangular and space vector modulation, V/f-open loop control, three-step inverter
IGBT, Diode and electrolytic capacitor (EAM): IGBT: (Insulated Gate Bipolar Transistor) and Diode: conducting and switching characteristics, short circuit, control, protection, low inductance conductor bars, cooling; electrolytic capacitor: useful life, impedance
Uninterruptible Power Supply (EAM): Purpose, topologies: Offline, Line-interactive, On-line; components, batteries, applications
High voltage DC power transmission (EAM): motivation, block diagram, six- and twelve-pulse, arrangement

Lernziel
In der Vorlesung werden die Grundlagen zum Verständnis der Spannungswandlerschaltungen gelegt. Dies betrifft sowohl die Funktionsweise der Schaltungen, die Vor- und Nachteile unterschiedlicher Schaltungsprinzipien als auch die Besonderheiten der wesentlichen Komponenten wie Halbleiterschalter und induktive Bauteile. Das Verständnis wird durch zwei Anwendungen vertieft. Die Erkenntnisse können auf neue Schaltungen übertragen und weiterentwickelt werden.

This lecture provides the basic understanding of switch mode power supplies: the operation of the circuits, the advantages and disadvantages of various circuit principles and the special features of the key components like semiconductor switches and inductive components. The understanding is extended with two examples.

Lernziele und Kompetenzen:

Die Studierenden

• verstehen die Betriebsweise grundlegender Spannungs-wandlerschaltungen ohne bzw. mit galvanischer Trennung,

• dimensionieren diese Schaltungen unter Berücksichtigung der speziellen Eigenschaften der Halbleiterschalter sowie der induktiven Komponenten im Hinblick auf Zuverlässigkeit der Schaltungen und maximalen Wirkungsgrad,

• bewerten die gefundenen Dimensionierungen,

• sind in der Lage ihre Lösungen zu präsentieren,

• können die Ziele für weiterführende Entwicklungen definieren,

• planen die eigene Entwicklung mit Blick auf das zukünftige Arbeitsfeld.
  

Literatur:

Skripte
Scripts accompanying the lecture

Organisatorisches:

Die Vorlesung Leistungselektronik wird etwa zu gleichen Teilen vom Lehrstuhl für Elektromagnetische Felder (EMF) und dem Lehrstuhl für Elektrische Antriebe und Maschinen (EAM) durchgeführt. Die Zuordnung ist aus dem nachstehenden Inhaltsverzeichnis ersichtlich.

This lecture is given partly by the chair of electromagnetic fields (EMF) and partly by the chair of electrical drives (EAM).

Weitere Informationen:

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (Master of Science)
   (Po-Vers. 2015s | TechFak | Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (Master of Science) | Masterprüfung | Studienrichtung Allgemeine Elektrotechnik | Kernmodule Allgemeine Elektrotechnik | Leistungselektronik)
2. Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (Master of Science)
   (Po-Vers. 2015s | TechFak | Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (Master of Science) | Masterprüfung | Studienrichtung Automatisierungstechnik | Kernmodule Automatisierungstechnik | Leistungselektronik)
3. Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (Master of Science)
   (Po-Vers. 2015s | TechFak | Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (Master of Science) | Masterprüfung | Studienrichtung Elektrische Energie- und Antriebstechnik | Kernmodule Elektrische Energie- und Antriebstechnik | Leistungselektronik)
4. Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (Master of Science)
   (Po-Vers. 2015s | TechFak | Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (Master of Science) | Masterprüfung | Studienrichtung Leistungselektronik | Kernmodule Leistungselektronik | Leistungselektronik)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Leistungselektronik (Prüfungsnummer: 66301)

Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 90, benotet

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Erstablegung: WS 2017/2018, 1. Wdh.: SS 2018, 2. Wdh.: keine Wiederholung

1. Prüfer:

Albach/Prof. B. Piepenbreier

Termin: 26.03.2018, 11:00 Uhr, Ort: Tentoria
Termin: 02.10.2018, 11:00 Uhr, Ort: H 7 TechF