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Leistungselektronik (EAM-Leist_Elek-V)5 ECTS (englische Bezeichnung: Power Electronics)
Modulverantwortliche/r: Jens Igney Lehrende:
Jens Igney, Martin März
Studienfächer/Prüfungsordnungsmodule:
Einfrieren der UnivIS-Modul-Beschreibung: 16.8.2018
Leistungselektronik (23611)
3 Elektrische Antriebe und Leistungselektronik (40957)
3 Elektrische Antriebe und Leistungselektronik (41360)
M3 Medizintechnische Kernmodule (MEL) (42940)
Vertiefungsmodule aus der Studienrichtung Bildgebende Verfahren (43092)
Startsemester: |
WS 2018/2019 | Dauer: |
1 Semester | Turnus: |
jährlich (WS) |
Präsenzzeit: |
60 Std. | Eigenstudium: |
90 Std. | Sprache: |
Deutsch |
Lehrveranstaltungen:
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Leistungselektronik
(Vorlesung, 2 SWS, Martin März et al., Di, 10:15 - 11:45, H9)
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Übungen zu Leistungselektronik
(Übung, 2 SWS, Martin März et al., Mo, 12:15 - 13:45, HE)
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:
www: http://www.eam.eei.uni-erlangen.de/lehre/
Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan: Das Modul ist im Kontext der folgenden Studienfächer/Vertiefungsrichtungen verwendbar:
- Medizintechnik (Bachelor of Science)
(Po-Vers. 2018w | TechFak | Medizintechnik (Bachelor of Science) | Bachelorprüfung | Vertiefungsmodule ET/INF | Leistungselektronik)
Studien-/Prüfungsleistungen:
Leistungselektronik (Prüfungsnummer: 66301)
(englischer Titel: Power Electronics)
zugeh. "mein campus"-Prüfung: | - 66301 Leistungselektronik (Medizintechnik (Bachelor of Science) 2013, Prüfung, Form: Klausur, Drittelnoten (mit 4,3), Dauer: 90, 5.0 ECTS, Prüfung).
- 49821 Vertiefungsrichtung Elektrische Antriebe und Leistungselektronik (5 ECTS) (Mechatronik (Bachelor of Science) 2009, Prüfung, Form: mehrteilige Prüfung, Zehntelnoten, Dauer: -, 5.0 ECTS, Platzhalter).
- 49821 Vertiefungsrichtung Elektrische Antriebe und Leistungselektronik (5 ECTS) (Mechatronik (Master of Science) 2012, Prüfung, Form: mehrteilige Prüfung, Zehntelnoten, Dauer: -, 5.0 ECTS, Platzhalter).
- 18122 Medizintechnisches Kernmodul (5 ECTS) (Prüfung, Form: Klausur, Drittelnoten (mit 4,3), Dauer: -, 5 ECTS, Platzhalter).
- 17052 Vertiefungsmodul aus dem Kompetenzfeld Bildgebende Verfahren (Medizintechnik (Bachelor of Science) 2013, Prüfung, Form: variabel, Zehntelnoten, Dauer: -, 5.0 ECTS, Platzhalter).
- 66301 Leistungselektronik (Gewichtung: 100.0 %, Prüfung, Form: Klausur, Drittelnoten (mit 4,3), Dauer: 90, 5 ECTS, Prüfung).
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- Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 90, benotet, 5.0 ECTS
- Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %
- Erstablegung: WS 2018/2019, 1. Wdh.: SS 2019, 2. Wdh.: keine Wiederholung
1. Prüfer: | Jens Igney (100392) |
- Termin: 01.10.2019, 08:00 Uhr, Ort: H 9 TechFTermin: 01.10.2019, 08:00 Uhr, Ort: H 9 TechF
1. Prüfer: | Martin März (100279) |
- Termin: 09.04.2019
Termin: 01.10.2019, 08:00 Uhr, Ort: H9
Termin: 21.10.2020, 16:00 Uhr, Ort: K 1 TechFTermin: 09.04.2019
Termin: 01.10.2019, 08:00 Uhr, Ort: H9
Termin: 21.10.2020, 16:00 Uhr, Ort: K 1 TechF
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