392138 Moderne Leistungselektronik und Antriebe I (V) (WiSe 2004/2005)

Aus der Vielzahl der bekannten Stromrichterschaltungen und Antriebsvarianten haben sich nur einige wenige herauskristallisiert, die den hohen Ansprüchen moderner Leistungselektronik und Antriebe gerecht werden. Die Ursache für diesen Ausleseprozeß liegt in der Verfügbarkeit spannungsgesteuerter Leistungshalbleiter, die den kompakten Aufbau selbstgeführter Stromrichter erlauben, sowie leistungsfähiger Mikroprozessorbausteine, auf die unkonventionelle Regelstrukturen abgesetzt werden können. Diese beiden Impulse haben dem robusten Drehstromantrieb zum breiten Durchbruch verholfen und ihn dem klassischen Gleichstromantrieb überlegen gemacht. Neben der Betriebssicherheit, Wirtschaftlichkeit und Flexibilität, sind hohe Dynamik, geringe Netzrückwirkungen und intelligente Eigenschaften weitere Punkte im Anforderungsprofil moderner Leistungselektronik und Antriebe. Nur so kann die Antriebstechnik ihrer wichtigen Rolle in der industriellen Prozeß- und Produktautomation, beim Transport von Personen und Gütern sowie bei der Arbeitserleichterung in Gewerbe und Haushalt gerecht werden.
Auf diesen anwendungsspezifischen Vorgaben basiert diese Vorlesung. Dabei wird zunächst die Leistungsfähigkeit der einzelnen Stromrichterventile einander gegenübergestellt und auf wichtige Punkte bei deren Ansteuerung, Schutzbeschaltung und Kühlung hingewiesen. Die mit dem Schaltbetrieb der Ventile verbundenen Oberwellenphänomene werden mathematisch formuliert und anhand zahlreicher Strom- und Spannungsverläufe ausführlich erläutert. Danach werden die für die Praxis relevanten Stromrichtervarianten der Reihe nach behandelt. Bei den kommutierungslosen Stromrichtern sind dies die ein- und dreiphasigen Wechselwegschaltungen und bei den netzgeführten sowie selbstgeführten Stromrichtern die ein- und dreiphasigen Brückenschaltungen. Neben der Herleitung der stationären Belastungs- und Steuerkennlinien wird sehr intensiv auf die digitalen Steuerverfahren, Betriebsquadranten und Oberwellenspektren eingegangen, so daß der Hörer einen tiefen Einblick in das Systemverhalten der Leistungselektronik sowie das friedliche Nebeneinander von Energie und Information bekommt.
Einen Schwerpunkt dieser Veranstaltung bildet die praktische Anwendung der Leistungselektronik in der Antriebstechnik. Ausgehend von der Mechanik an der Motorwelle über die elektromechanischen Grundlagen der Maschinen, wird der Aufbau und die Funktionsweise von Ein- und Mehrquadrantenantrieben und die zugehörigen Regelverfahren beschrieben. Die Leistungsgrenzen der einzelnen Antriebssysteme werden mittels gemessener Beschleunigungs- und Hochlaufdiagramme aufgezeigt, so daß direkte Vergleiche bezüglich Dynamik, Schaltungsaufwand und Signalverarbeitung möglich sind. Ziel dabei ist es, dem Hörer den hohen Stand der Antriebstechnik transparent zu machen und ihm das nötige Wissen an die Hand zu geben, um komplexere Antriebssysteme, wie die feldorientierte Regelung von Drehstrommaschinen, nachvollziehen und verstehen zu können. In einem weiteren Abschnitt wird auf die Probleme der Störsicherheit in digitalen Stromrichtergeräten eingegangen und auf entsprechende EMC-Richtlinien hingewiesen.
Dieser Vorlesungsstoff wird als 2-semestriges Pflichtfach (Leistungselektronik und Antriebe, V=2, S=1, P=1) für Studenten der Studienrichtung "Elektrische Energietechnik" der Fachhochschule Bielefeld (5. und 6. Semester) angeboten, bzw. als 1-semestriges Pflichtfach (Regelungstechnik und Leistungselektronik, Teil I, V=2, S=1, P=1) für Studenten der Studienrichtung "Regenerative Energieerzeugung" (5. Semester) sowie als eine Wahlmöglichkeit für das zweite Hauptfach (Moderne Leistungselektronik und Antriebstechnik, Teil I, V=2, S=1, P=1) für Studenten der Technischen Fakultät der Universität Bielefeld (7. Semester). Das zugehörige Praktikum findet im Antriebslabor der FH statt. Darüberhinaus ist am Ende der Veranstaltung eine Exkursion zu einem Betrieb der Automatisierungsbranche vorgesehen.
Als Arbeitsunterlage dient das Buch "Moderne Leistungselektronik und Antriebe", das beim VDE-Verlag erschienen ist.

Literaturangaben

Moderne Leistungselektronik und Antriebe
Offenbach: VDE- Verlag, 1995.
ISBN 3-8007-2067-1

Externe Kommentarseite

http://www.fh-bielefeld.de/article/articleview/721/?NavItemID=1818&NavCatID=14