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

Lehrveranstaltungen:

• • Leistungselektronik
    (Vorlesung, 2 SWS, Martin März et al., Mi, 10:15 - 11:45, H9)
  • Übungen zu Leistungselektronik
    (Übung, 2 SWS, Martin März et al., Di, 16:15 - 17:45, H9)

Inhalt:

Leistungselektronik
Grundlagen der Topologieanalyse (LEE): Stationaritätsbedingungen, Strom-Spannungsformen, verbotene Schalthandlungen
Nicht-isolierende Gleichspannungswandler (LEE): Grundlegende Schaltungstopologien, Funktionsweise, Dimensionierung
Isolierende Gleichspannungswandler (LEE): Grundlegende Schaltungstopologien, Einfluss der galvanischen Trennung zwischen Ein- und Ausgang.
Leistungshalbleiter (LEE): Grundlagen der statischen und dynamischen elektrischen Eigenschaften von MOSFET, IGBT und Dioden (Kennlinien, Schaltverhalten, sicherer Arbeitsbereich)
Passive Leistungsbauelemente (LEE): Induktive Bauelemente (weichmagnetische Kernmaterialien, nichtlineare Eigenschaften, Kernverluste, Wicklungsverluste); Kondensatoren (Technologien und deren Anwendungseigenschaften, sicherer Arbeitsbereich, Impedanzverhalten)
Treiber- und Ansteuerschaltungen für Leistungshalbleiter (LEE): Grundschaltungen zur Ansteuerung MOS-gesteuerter Bauelemente mit und ohne galvanische Isolation, Schaltungen zur Erhöhung von Störabstand und Treiberleistung, Ladungspumpe, Schutzbeschaltungen, PWM-Modulatoren
Gleichrichter und Leistungsfaktorkorrektur (LEE): Phasenanschnittsteuerung, Phasenabschnittsteuerung, Gleichrichterschaltungen, Netzstromverformung, aktive Leistungsfaktorkorrektur
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
Übersicht Mehrpunkt-Topologien (EAM): 3-Punkt Topologien, Gleichrichter- und Wechselrichtervarianten, Raumzeigerdiagramm, Mehrpunkt-Topologien
Halbleiter mit breitem Bandabstand, SiC, GaN (EAM): Materialeigenschaften, Siliziumcarbid (SiC), Galiumnitrid (GaN), Verfügbare Bauelemente und Technologien, Auswirkung auf Aufbau- und Schaltungstechnik

Power Electronics
* (LEE):
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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
Overview of multilevel toplogies (EAM): 3-level topologies, rectifier and inverter variants, space vector diagram, multilevel topologies
Wide band gap semiconductors (EAM): material properties, silicon carbide (SiC), galium nitride (GaN), existing components and technologies, effects on packaging and circuit technology

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. 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.

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 Leistungselektronik (LEE) und dem Lehrstuhl für Elektrische Antriebe und Maschinen (EAM) durchgeführt.

This lecture is given partly by the chair of power electronics (LEE) and partly by the chair of electrical drives and machines (EAM).

Weitere Informationen:

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Energietechnik (Bachelor of Science): 5. Semester
   (Po-Vers. 2015w | TechFak | Energietechnik (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Wahlpflichtmodul | Leistungselektronik)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Leistungselektronik (Prüfungsnummer: 66301)

(englischer Titel: Power Electronics)

Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 90, benotet, 5.0 ECTS

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Erstablegung: WS 2019/2020, 1. Wdh.: SS 2020, 2. Wdh.: keine Wiederholung

1. Prüfer:

Martin März,

2. Prüfer:

Jens Igney

Termin: 21.10.2020, 16:00 Uhr, Ort: K 1 TechF
Termin: 29.03.2021, 11:00 Uhr, Ort: BASPH
Termin: 06.10.2021, 16:00 Uhr, Ort: BASPH