Mechatronische Systeme/Leistungslektronik-Elektrische Antriebe

Prof. Dr.-Ing.
Stephan Kühne
Fakultät Elektrotechnik und Informatik
Standort 02763 Zittau
Theodor-Körner-Allee 16
Gebäude Z I, Raum 1.32
+49 3583 612-4381

Mechatronische Systeme - Teil 3 (Studiengang EM)
Leistungselektronik/Elektrische Antriebe (Studiengang EE)

Wintersemester:
Vorlesung 2.66 SWS (gesamt 20 Vorlesungen)
Seminar 2 SWS (gesamt 15 Seminare)
Praktikum 1.33 SWS - 5 Versuche (gesamt 20 h)
Abschlußleistung:
Prüfungsklausur PK 120 für EE
Prüfungsklausur PK 240 (anteilig 120 min) für EM  

Teil 1 Leistungselektronik

1 Einführung in die Leistungselektronik

1.1 Charakteristik leistungselektronischer Schaltungen
1.2 Grundfunktionen von Stromrichtern

2 Halbleiterventile

2.1 Leistungshalbleiterdiode
2.1.1 Stationäres Kennlinienverhalten
2.1.2 Schaltverhalten
2.2 Thyristor
2.2.1 Stationäres Kennlinienverhalten
2.2.2 Phasenanschnittsteuerung
2.2.3 Blockierspannung - Sperrspannung
2.2.4 Löschschaltung für Thyristoren
2.3 Bipolartransistor für Schaltbetrieb
2.3.1 Aufbau und Wirkungsweise
2.3.2 Stationäres Kennlinienverhalten
2.3.3 Darlingtontransistor
2.4 MOS-Feldeffekttransistor für Schaltbetrieb
2.4.1 Aufbau und Wirkungsweise
2.4.2 Stationäres Kennlinienverhalten
2.5 Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)
2.6 Gate Turn Off Thyristor (GTO)

3 Verlustleistung und Kühlung elektronischer Ventile

3.1 Leistungsbetrachtungen bei Stromrichterschaltungen
3.2 Durchlassverluste
3.3 Sperrverluste
3.4 Schaltverluste
3.5 Thermisches Ersatzschaltbild
3.6 Demonstrationsaufgabe

4 Netzgeführte ungesteuerte Stromrichterschaltungen

4.1 Einpulsgleichrichter
4.1.1 Einpulsgleichrichter mit Widerstandslast
4.1.2 Einpulsgleichrichter mit Glättungskondensator
4.1.3 Einpulsgleichrichter mit Gegenspannung
4.1.4 Einpulsgleichrichter mit Ohmsch-induktiver Last
4.1.5 Einpulsgleichrichter mit Freilaufdiode
4.2 Zweipulsgleichrichter
4.2.1 Mittelpunktschaltung
4.2.2 Brückenschaltung
4.2.3 Vergleich Mittelpunkt- Brückenschaltung
4.3 Dreipulsgleichrichter - M3-Schaltung
4.4 Sechspulsgleichrichter - B6-Schaltung
4.5 Vergleich Brückenschaltung B6 - Mittelpunktschaltung M3

5 Netzgeführte steuerbare Stromrichterschaltungen

5.1 Einpulsgleichrichter mit ohmscher Last
5.2 Vollgesteuerte Zweipulschaltung
5.3 Halbgesteuerte B2-Schaltung
5.3.1 Symmetrische B2-Schaltung halbgesteuert
5.3.2 Unsymmetrische B2-Schaltung halbgesteuert
5.4 Vollgesteuerte M3-Schaltung
5.5 Vollgesteuerte B6-Schaltung
5.5.1 Vollgesteuerte Brückenschaltung bei geglättetem Gleichstrom
5.5.2 Vollgesteuerte B6-Brückenschaltung bei ohmscher Last
5.5.3 Dynamisches Verhalten bei Zündwinkeländerungen
5.5.4 Übertragungsverhalten des Steuergerätes und des Stromrichters
5.5.5 Linearisierung des Übertragungsverhaltens
5.6 Halbgesteuerte B6 Brückenschalting
5.7 Netzkommutierung (B6-Schaltung)
5.7.1 Darstellung des Kommutierungsvorgangs
5.7.2 Belastungskennlinien bei Kommutierung
5.7.3 Netzrückwirkungen bei Kommutierung

6 Stromrichterschaltungen zur Anpassung von Gleichstromsystemen

6.2 Tiefsetzsteller (Buck-Converter)
6.2 Hochsetzsteller (Buck-Converter)
6.3 Gleichstromsteller mit Gegentaktstufe und HF-Transformator

7 Stromrichterschaltungen zur Steuerung elektrischer Antriebe

7.1 Steuerung von Drehzahl und Drehmoment mit Hilfe leistungselektronischer Stellglieder
7.2 Pulssteller
7.2.1 Gleichstromsteller für 1-Quadranten-Betrieb
7.2.2 Gleichstromsteller für 2-Quadranten-Betrieb mit Spannungsumkehr
7.2.3 Gleichstromsteller für 2-Quadranten-Betrieb mit Stromumkehr
7.2.4 Gleichstromsteller für 4-Quadranten-Betrieb
7.2.5 Einphasiger Pulswechselrichter
7.3 Umrichter
7.3.1 Umrichter mit ungesteuertem Gleichrichter und Wechselrichter mit Spannungszwischenkreis
7.3.2 Getakteter Betrieb des Wechselrichters
7.3.3 Gepulster Betrieb des Wechselrichters

Teil 2 Elektrische Antriebe

1 Analyse von Stell- und Bewegungsvorgängen

1.1 Kräfte und Drehmomente
1.1.1 Getriebe
1.1.2 Bewegungsgleichung mechanischer Systeme
1.1.3 Arbeitspunkt Motor-Last
1.2 Elastizitäten und Getriebespiele
1.2.1 Übertragungsverhalten eines Zweimassensystems
1.2.2 Übertragungsverhalten eines Getriebespiels
1.2.3 Herleitung von Übertragungsfunktionen

2 Gleichstromnebenschlussmachine (GNM)

2.1 Betriebsverhalten und Ersatzschaltbild
2.2 Drehzahlstellung und Kennlinienfelder
2.2.1 Widerstandsstellung
2.2.2 Feldstellung
2.2.3 Ankerspannungsstellung

3 Drehstromasynchronmaschine (ASM)

3.1 Wirkungsweise und Aufbau
3.2 Kennlinienverhalten
3.3 Drehzahlstellmöglichkeiten
3.3.1 Frequenzsteuerung
3.3.2 Ständerspannungssteuerung
3.3.3 Stern-Dreieck-Anlauf
3.4 Käfigläuferkonfigurationen

4 Betriebsarten elektrischer Antriebe

4.1 Dauerbetrieb, Kurzzeit- und Aussetzbetrieb
4.2 Ermittlung der Typenleistung mittels Drehmomenteneffektivwertmethode

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