Grundkurs Leistungselektronik: Bauelemente, Schaltungen und Systeme, 5. Auflage

978-3-8348-1647-4......Page 1
Grundkurs Leistungselektronik......Page 2
Vorwort......Page 6
ISBN 978-3-8348-1647-4......Page 5
Inhaltsverzeichnis......Page 8
1 Was ist Leistungselektronik ?......Page 17
2.1 Die elektrische Leitfähigkeit
......Page 19
2.1.1 Eigenleitung......Page 21
2.1.2 Störstellenleitung......Page 22
2.2 Der pn-Übergang......Page 23
2.2.2 Der pn-Übergang im Durchlasshetrieb......Page 25
2.2.3 pn-Übergang in Sperrrichtung beansprucht......Page 27
2.2.4 Die Durchbruchmechanismen des pn-Überganges......Page 28
2.2.5 Die optimale Gestaltung des pn-Übergangs......Page 29
3.1 pn-Diode......Page 31
3.1.1 Modellbildung einer realen pn-Diode......Page 32
3.1.2 Die Verlustleistungsberechnung......Page 33
3.2 pin-Diode......Page 34
3.2.2 Das Durchlassverhalten......Page 35
3.2.3 Das Schaltverhalten......Page 37
3.2.3.2 Ausschalten......Page 38
3.2.3.3 Schaltverluste......Page 40
3.2.4 Reihenschaltung......Page 42
3.2.5 Parallelschaltung......Page 43
3.2.6 Einsatzkriterien für Dioden......Page 45
3.3 Solarzelle......Page 46
4.1.1 Aufbau......Page 49
4.1.2 Wirkungsweise......Page 50
4.1.3 Schaltverluste......Page 52
4.1.4 Der bipolare Leistungstransistor......Page 54
4.1.6 Nichtsättigungsbetrieb (aktiver Bereich, uBC < 0)......Page 55
4.1.8 Übersättigungsbetrieb......Page 56
4.1.9 Darlington-Transistoren......Page 58
4.1.10 Vergleich Bipolartransistor - Schalter......Page 59
4.2 Betriebsarten......Page 60
4.2.1 Schalten einer ohmsch-induktiven Last......Page 61
4.2.2.1 Weiches Schalten......Page 64
4.2.2.2 Hartes Schalten......Page 65
4.2.3 RCD-Beschaltung......Page 66
4.3.1 Aufbau......Page 67
4.3.2 Die Kennlinie......Page 71
4.3.3 Die Gatekapazität......Page 72
4.3.4 Neuere Entwicklungsrichtungen......Page 73
4.4.1 Aufbau......Page 74
4.4.2 Durchlasseigenschaften......Page 75
4.4.3.1 Einschalten......Page 76
4.4.3.2 Ausschalten......Page 78
4.4.4 Sperr- und Blockierverhalten......Page 80
4.4.5 Neuere Entwicklungsrichtungen......Page 81
4.5 Treiberschaltungen......Page 82
4.5.1 Gateanschluss......Page 85
4.5.2 Ausführung einer IGBT-Ansteuerung......Page 86
4.5.2.1 Ansteuerung eines Halbbrückenmoduls......Page 87
4.5.2.2 Impulslogik......Page 88
4.5.2.3 Ventilbelastung......Page 90
4.6.1 Problematik......Page 91
4.6.2.1 Diskrete Bauelemente......Page 92
4.6.2.2 IGBT-Leistungsmodule......Page 93
4.6.3.1 Lastwechselfestigkeit......Page 94
4.6.3.4 EMV-Verhalten......Page 96
5.1 Aufbau und Wirkungsweise......Page 97
5.3.1 Überschreiten der zulässigen Blockierspannung......Page 99
5.3.3 Gatestromzündung......Page 100
5.4.2 Selbstgeführter Betrieb......Page 103
5.5.2 Zweirichtungs-Thyristoren......Page 106
5.6.1 Der asymmetrisch sperrende GTO......Page 107
5.6.2.2 Ausschalten......Page 108
5.6.3 Betriebsbedingungen für einen GTO......Page 109
5.7 Auswahl von Leistungsbauelementen......Page 110
6.1 Die Verlustleistung......Page 111
6.2 Das thermische Ersatzschaltbild......Page 113
6.2.2 Der äußere Wärmewiderstand Rth,CA......Page 114
6.2.3 Die Wärmekapazität cth......Page 115
6.2.4 Der Wärmewiderstand des Kühlkörpers......Page 116
6.3.1 Luftkühlung......Page 118
6.3.3 Siedekühlung......Page 119
7.2 Kennzeichnung von Stromrichterschaltungen......Page 121
7.3 Einteilung nach der inneren Wirkungsweise......Page 122
7.5 Mittelpunktschaltung M1......Page 123
7.5.1 Transformator-Bauleistung......Page 127
7.5.2 Kapazitive Last......Page 128
7.5.3 Ohmsch-induktive Last......Page 130
7.5.4 Ohmsch-induktive Last mit Freilaufdiode......Page 131
7.6 Wechselwegschaltung W1
......Page 132
7.6.1 Stellerbetrieb mit ohmseher Last......Page 133
7.6.2 Stellerbetrieb mit ohmsch-induktiver Last......Page 135
7.6.3 Schaltbetrieb mit ohmsch-induktiver Last......Page 136
8.1.1 Gleichspannungsbildung......Page 137
8.2.1 Die Wirkungsweise des Steuergenerators......Page 138
8.2.2.1 Ohmsehe Last......Page 139
8.2.2.2 Ohmsch-induktive Last......Page 140
8.2.3 Aktive Last......Page 142
8.2.4 Ventilbelastung......Page 145
8.2.5 Trafo- und Netzgrößen......Page 146
8.2.6 Bemessung einer Glättungsinduktivität......Page 147
8.2.7 Die Kommutierung......Page 149
8.2.7.1 Überlappung......Page 150
8.2.7.2 Die induktive Gleichspannungsänderung......Page 152
8.3 Die Brückenschaltung B2......Page 155
8.3.2 Transformatorbauleistung......Page 156
9.1 Die Mittelpunktschaltung M3......Page 157
9.1.1 Gleichspannungsbildung......Page 158
9.1.1.1 Ohmsche Last......Page 159
9.1.1.2 Aktive Last......Page 161
9.1.2.1 Spannung......Page 162
9.1.2.2 Strom......Page 164
9.1.3 Netzstrom......Page 165
9.1.4 Die Kommutierung......Page 166
9.1.4.1 Einfluss auf die Gleichspannung......Page 167
9.1.4.2 Berechnung des induktiven Gleichspannungsabfalls......Page 169
9.1.4.3 Kommutierungseinjluss auf die Ventilspannung......Page 171
9.2.1 Gleichspannungsbildung......Page 172
9.2.2 Leitzustände der Ventile......Page 173
9.2.4 Netzstrom......Page 175
9.2.5 Bauleistung des Transformators......Page 176
9.3 Zündimpulse......Page 177
9.3.1 Gleichspannungsbildung......Page 179
9.3.2 Einfluss der Kommutierungen......Page 181
9.3.3 Auswirkungen nicht idealer Glättung auf die Gleichspannung......Page 184
9.4 12-pulsige Schaltungen......Page 186
9.4.1 Stromrichter-Reihenschaltung......Page 187
9.4.2 Stromrichter-Parallelschaltung......Page 188
9.5 Höherpulsige Schaltungen......Page 190
10.1 Blindleistungsverhalten......Page 191
10.1.1 Die Kennlinie der Steuerblindleistung......Page 192
10.1.2 Oberschwingungsblindleistung......Page 193
10.2.1 Stromglättung......Page 194
10.2.2 Spannungsglättung......Page 197
10.2.2.1 Passive PFC-Schaltung......Page 199
10.2.2.2 Aktive PFC-Schaltung......Page 200
10.3.1 B2-Schaltung......Page 203
10.3.2 B6-Schaltung......Page 205
11.1.1 Betrieb mit eingeprägter Gleichspannung......Page 211
11.1.2 Betrieb mit eingeprägtem Gleichstrom......Page 214
11.2 Schwingkreiswechselrichter mit abschaltbaren Ventilen......Page 216
11.2.1 Strom- und spannungsloses Schalten......Page 218
11.2.2 Anwendungsbeispiel zum stromlosen Schalten (ZCS)......Page 219
12.1 Wechselrichter mit eingeprägter Spannung (UWR)......Page 221
12.1.1 Mittelpunktschaltung mit AC-seitigem Mittelpunkt......Page 222
12.1.2 Ausf'lihrungsbeispiel mit Thyristorschalter......Page 223
12.1.3 3-phasige Brückenschaltungen......Page 226
12.1.3.2 Betrieb mit einer Drehfeldmaschine......Page 228
12.1.3.3 Wechselrichter mit Phasenfolgelöschung......Page 230
12.2.1 Prinzip......Page 232
12.2.2 Wechselrichter mit Phasenfolgelöschung......Page 235
13 Die Wirkungsweise selbstgeführter UWR......Page 239
13.1 Schaltungen in Zweipunkttechnik (2-level-inverter)......Page 240
13.1.1 Schaltfunktionen......Page 241
13.1.2 Kurzzeit-Mittelwert......Page 242
13.1.3 Der Modulator......Page 243
13.1.4 Modulationsfunktion......Page 244
13.1.5 Aussteuerung......Page 245
13.1.6 I-phasige Brückenschaltung......Page 246
13.1.6.1 Grundfrequenztaktung......Page 247
13.1.6.2 Schwenksteuerung......Page 248
13.1.6.3 Pulsweitenmodulation......Page 249
13.1.7 3-phasige Brückenschaltung......Page 250
13.1.7.1 Die Spannungsbildung......Page 251
13.1.7.2 Der Zwischenkreisstrom......Page 254
13.2 Schaltungen in Dreipunkttechnik (3-level-inverter)......Page 258
13.2.1 I-phasige Brückenschaltung......Page 261
13.2.2 3-phasige Brückenschaltung......Page 262
13.3 Multi-level-Schaltungen......Page 265
14.1 Raumzeigertransformation......Page 267
14.2 Stromrichterspeisung......Page 271
15.1 Begriffe......Page 273
15.2 Die Grundfrequenzsteuerung......Page 278
15.3 Die Pulsweitenmodulation (PWM)......Page 279
15.3.1 Digitale Schaltungen......Page 282
15.3.2 Schaltfunktionen für 3-phasige Schaltungen......Page 283
15.3.3 Steuerkennlinie......Page 286
15.3.5 Eliminationsmethode......Page 288
15.3.6 Optimierte Pulsmuster......Page 289
15.3.7 Raumzeigermodulation......Page 290
16.1 Gleichstrommaschinen......Page 293
16.2 Elektronikmotor......Page 296
16.3 Stromrichtermotor......Page 297
16.4 Drehfeldmaschinen......Page 300
16.5 Zusatzverluste durch Stromrichterspeisung......Page 304
16.6 Leistungssteuerung bei konstanter Ständerfrequenz......Page 305
16.6.1 Drehstromsteller W3......Page 306
16.6.2 Pulsgesteuerter Läuferwiderstand......Page 307
16.6.3 Stromrichterkaskade......Page 308
16.6.3.1 Ausführung mit Stromzwischenkreis......Page 309
16.6.3.2 Ausführung mit Spannungszwischenkreis......Page 310
16.7.1 Prinzip des Direktumrichters......Page 312
16.7.3 Frequenzumrichter......Page 315
16. 7.3.1 U/f-Kennliniensteuerung......Page 318
16.7.3.2 Feldorientierte Regelung......Page 319
16.7.4 Abscbätzung der Zwiscbenkreisgrößen......Page 321
16.8 Energieeffizienz von elektrischen Antrieben......Page 323
17.1 Grundbegriffe......Page 327
17.1.1 Störgrößen in der Leistungselektronik......Page 328
17.1.5.1 Kapazitive Beeinflussungen......Page 330
17.1.5.3 Elektromagnetische Beeinflussungen......Page 331
17.2 Netzfilter......Page 332
17.3.2 Wanderwellenprobleme......Page 336
17.3.3 Ausgangsfilter......Page 339
17.4 Weitere Maßnahmen......Page 340
18.2 Ausführungsbeispiel zum Tiefsetzsteller......Page 343
18.3 Gleichstromsteller......Page 344
18.4 Gleichstromsteller mit aktiver Last......Page 347
18.5 Lückbetrieb......Page 349
18.6 Hochsetzsteller......Page 352
18.7 Hoch-Tiefsetzsteller......Page 353
18.8 Sperrwandler......Page 355
18.9 Durchflusswandler......Page 356
18.10 Schaltnetzteile......Page 357
18.10.2 Primär getaktetes Netzteil (AC-DC-Wandler)......Page 358
18.10.4 Pulsgleichrichter......Page 359
18.10.5 Kontaktlose Energieübertragungssysteme......Page 361
18.10.6.1 Kompakt-Leuchtstofflampen......Page 362
18.10.6.2 Leuchtdioden (LEDs)......Page 363
19.1 Unterbrechungsfreie Stromversorgungen......Page 365
19.1.2 Oftline-Systeme......Page 366
19.2 Photovoltaische Stromversorgungen......Page 367
19.3 BrennstoffzeUen-Stromversorgungen......Page 368
19.4 Energiespeicher......Page 369
19.4.1 Konzepte für akkugestützte Fahrzeugantriebe......Page 375
19.4.2 Speichertechnologien für Elektrofahrzeuge......Page 376
Formelzeichen......Page 380
Indizes......Page 381
Schreibweisen......Page 382
Weiterführende Literatur......Page 383
Normen (Auswahl)......Page 384
E......Page 385
L......Page 386
R......Page 387
T......Page 388
Z......Page 389