BWP512: Leistungselektronische Schaltungen (mit Praktikum)

Wahlpflichtmodule

BWP512: Leistungselektronische Schaltungen (mit Praktikum)

Kurzporträt BWP512: Leistungselektronische Schaltungen (mit Praktikum)
Worum geht es? In diesem Modul lernen Studierende Schaltungen kennen, mit denen elektrische Energie gezielt umgeformt und gesteuert wird. Behandelt werden Leistungshalbleiter, Gleichrichter, Wechselrichter, Gleichspannungswandler, Ansteuerung, Verluste und Wärmemanagement. Im Praktikum werden ausgewählte Stromrichterschaltungen simuliert, gemessen und mit theoretischen Modellen verglichen.
Wofür braucht man es? Diese Kompetenzen werden benötigt, um elektronische Systeme für effiziente Energieanwendung, Antriebe und Mobilität auszulegen. Die Kompetenzen helfen dabei, Stromrichter, Wandler und Leistungskomponenten technisch zu bewerten und in größere Systeme einzubinden.
Wieso ist es interessant? Leistungselektronik steckt in Elektrofahrzeugen, Ladegeräten, Solaranlagen, Antrieben und vielen modernen Geräten. Das Modul zeigt, wie aus elektrischer Energie genau die Form wird, die eine Anwendung benötigt.
Modulverantwortung

Prof. Dr. Andreas Waldhorst

Lehrperson(en)

Prof. Dr. Andreas Waldhorst

Verwendbarkeit
  • Bachelor Elektrotechnik
  • Bachelor Maschinenbau
  • Bachelor Mechatronik und Robotik
Fächergruppe

Ingenieurwissenschaften

Modultyp
Wahlpflicht
Sprache

Deutsch

Angebot

jährlich

Dauer

1 Semester

Credits

5 ECTS

Benotung

Deutsche Notenskala 1-5

SWS

2 V | 1 Ü | 1 P | - S

Workload
Präsenzstudium: 45 Std. Selbststudium: 90 Std.
Engl. Titel

Power Electronic Circuits

Empfohlene Voraussetzungen
  • BET202: Analoge Signale und Systeme: analoge Signal- und Systemmodelle, Frequenzverhalten und Übertragungsfunktionen.
  • BET104: Fortgeschrittene Schaltungstechnik: Wandler, Stabilisierung, Leistungsverstärkung, AD/DA-Umsetzung und komplexere analoge Schaltungen.
Lernergebnisse / Kompetenzen
WAS

Die Studierenden erörtern das Zusammenwirken von Bauelementen, Schaltungen und Systemen der Leistungselektronik. Sie formulieren Aufbau, Funktion und die wesentliche Wirkungsweise gebräuchlicher leistungselektronischer Schaltelemente. Sie klassifizieren Stromrichterschaltungen nach Art der Energieumformung und innerer Funktion. Sie modellieren, analysieren und dimensionieren ausgewählte gesteuerte und ungesteuerte Stromrichterschaltungen. Sie unterscheiden die wichtigsten Spannungswandler und Wechselrichterprinzipien.

WOMIT

Die Studierenden erreichen dieses Lernergebnis, indem sie

  • Kennzeichen, Aufgaben und Einsatzgebiete der Leistungselektronik benennen
  • Moderne Halbleiterbauelemente der Leistungselektronik beschreiben
  • Verfahren zur Ansteuerung von Leistungsschaltern anwenden
  • Ungesteuerte und gesteuerte ein- und dreiphasige Gleichrichter analysieren
  • Wechselstromsteller und Gleichspannungswandler untersuchen, ihre linearen Ersatzmodelle formulieren und auslegen
  • Regelungskonzepte für Stromrichter beschreiben
  • Pulsmodulierte ein- und dreiphasige Wechselrichter darstellen
  • Ausgewählte Stromrichterschaltungen simulieren und im Labor messtechnisch validieren
  • Komponenten und Maßnahmen zur Verbesserung des Stör- und Rückwirkungsverhaltens auswählen.
WOZU

Die Kompetenzen helfen ihnen dabei, Anforderungen an elektronische Systeme in sich ständig weiterentwickelnden Anwendungsfeldern zu erfüllen, die insbesondere auf effiziente Energieanwendung und Mobilität abzielen.

Inhalte
  • Leistungsbegriff u. Kennwerte bei nichtsinusförmigen Größen
  • Leistungshalbleiter: Diode, (GTO-)Thyristoren und -varianten, Leistungstransistoren und IGBTs
  • Verlustmechanismen und Wärmemanagement
  • Treiber- und Schutzbeschaltungen für leistungselektronische Ventile
  • Leistungssteuerungsverfahren
  • Ungesteuerte und gesteuerte einphasige und dreiphasige Gleichrichter
  • Wechselstromsteller
  • Gleichspannungswandler
  • Grundlagen der linearen Modellierung und Regelung von Wandlern
  • Simulation von Wandlern
  • Methoden der Pulsmodulation
  • Ein- und dreiphasige Wechselrichter
Prüfungsvorleistung

aktive Praktikumsteilnahme

Prüfungsleistung

Klausur, 120 Minuten

Literatur
  • Probst, U.: Leistungselektronik für Bachelors, Hanser 2022
  • Specovius, J.: Grundkurs Leistungselektronik, Springer 2020
  • Schröder, D.: Leistungselektronische Schaltungen, Springer 2019
  • Zach, F.: Leistungselektronik – Ein Handbuch, Springer 2022
  • Erickson, R. W. & Maksimovic, D.: Fundamentals of Power Electronics, Springer 2020