Leistungselektronik
Schnellreferenz
Elektrotechnik, Elektronik, Liste elektronischer Bauteile, Frequenzumrichter, Antriebstechnik
1902 wurde der erste Gleichrichter erfunden. Dies war ein Gasentladungsgefäß mit flüssiger Quecksilberkathode. Diese Quecksilberdampfstromrichter konnten Ströme bis zu einigen Kilo Ampere gleichrichten.
Ab 1930 waren diese Quecksilberstromrichter mit einer Gittersteuerung analog zur Röhrentechnik versehen und so ließ sich ein steuerbarer Gleichstrom erzeugen.
1958 wurde bei General Electric der erste steuerbare Leistungshalbleiter entwickelt und später als Thyristor bezeichnet.
Die folgende Entwicklung brachte eine Vielzahl von weiteren steuerbaren und passiven Leistungshalbleitern hervor, die heute in weiten Teilen der Antriebstechnik Verwendung finden.
In der Antriebstechnik dient die Leistungselektronik zur Bereitstellung der elektrischen Energie für die Elektromotoren. Über die Steuerelektroniken lassen sich hier die benötigten Bedingungen sehr flexibel herstellen.
Leistungsdiode
dienen dazu um (aus ein oder dreiphasigem) Wechselstrom Gleichstrom zu generieren. Je nach verwendeter Schaltung gibt es hier unterschiedliche Restwelligkeiten. Diese können durch Glättungsmaßnahmen zusätzlich vermindert werden.
Zweipulsige Brückenschaltung (B2)
Als Gesteuerte Stromrichter werden Steuerungen mit einschaltbaren Ventilen bezeichnet.
Nach dem Verfahren der Anschnittsteuerung lässt sich die Ausgangspannung einer Brückenschaltung stufenlos verstellen.
Die Wirkleistung P ist die Leistung, die ein Stromrichter aus dem Netz bezieht und an die Gleichstromseite weitergibt:
Ein größerer Steuerwinkel alpha ergibt auch eine größere Phasenverschiebung zwischen Netzstrom und Netzspannung. Die Phasenverschiebung ist identisch mit dem Zündverzögerungswinkel alpha. Das Netz wird also mit Blindleistung belastet. Diese heißt Q1: Steuerblindleistung oder Grundschwingungsblindleistung:
Ein Thyristor belastet das Netz immer mit induktiver Blindleistung. Als Kompensation können netzseits entsprechende Kondensatoren eingesetzt werden.
Frequenzumrichter
Wechselstromstellerschaltungen werden verwendet, um Helligkeitssteuerungen von Lampen, Temperaturregelungen von Heizwiderständen oder Ansteuerungen von Magnetspulen zu realisieren. Da meist beide Stromrichtungen benötigt werden, werden hier meist Schaltungen mit zwei antiparallelen Thyristoren oder ein bidirektionaler Thyristor, ein so genannter Triac eingesetzt.
auch DC-DC Wandler genannt
Geschichte
Anwendungsgebiete
Auch in Bereichen der Energieerzeugung findet die Leistungselektronik immer größere Einsatzgebiete. Gerade in Anlagen mit geringerer Leistung oder Anlagen mit Bedingungen unter denen der klassische Synchrongenerator als Energieerzeuger nicht eingesetzt werden kann, werden Frequenzumrichter eingesetzt, um die erzeugte elektrische Energie ins Stromnetz einzuspeisen.
In der Energieübertragung wird die Leistungselektronik in so genannten Kurzkupplungen zur Frequenzentkopplung zwischen Verbundnetzen eingesetzt. Die gleiche Technik kommt bei der HGÜ (Hochspannungsgleichstromübertragung auch Langkupplung genannt), zum Einsatz.Bauelemente und Schaltungen
Bauelemente
Thyristor
Abschaltthyristor (GTO)
Integrated Gate turn-off thyristor (IGCT)
Bipolarer Leistungstransistor
Power MOSFET
IGBT
IGBT-Module
Diac
TriacGleichrichterschaltungen
Dreipulsige Mittelpunktschaltung (M3)
Sechspulsige Drehstrombrückenschaltung (B6)Gesteuerte Stromrichter
Phasenanschnittssteuerung bei den einzelnen Brücken
B2 Schaltung
M3 Schaltung
B6 Schaltung
Halbgesteuerte Schaltungen
B2 Schaltung
B6 Schaltung
Stromoberschwingungen
Wirkleistung, Steuerblindleistung
P= Udialpha *Id = Udi*Id*cos(alpha)
Die Wirkleistung ist also eine mittlere Leistung, die sich aus der mittleren Spannung und dem Gleichstrom ergibt.
Q1= Udi*Id*sin(alpha)
Die Steuerblindleistung ist nur ein Teil der Blindleistung, da sie die Oberschwingungen des Netzstromes nicht berücksichtigt.Weitere Leistungsdefinitionen
Anwendungen
Untersynchrone Stromrichterkaskade (USK)
Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ)Kommutierung
Wechselstromsteller
Gleichtromsteller
In der Leistungselektronik ist ein hoher Wirkungsgrad ein wichtiges Entwicklungsziel. Verschiedene Effekte vermindern den Wirkungsgrad.
siehe auch Wechselrichter