Beschreibung:

Die Leistungselektronik ist eine zentrale Schlüsseltechnologie für die Energiewende und die moderne Antriebstechnik. Sie ermöglicht die effiziente Umwandlung, Verteilung und Steuerung elektrischer Energie und ist somit das Rückgrat eines nachhaltigen Energiesystems. Im Rahmen der Energiewende ermöglicht sie die Integration erneuerbarer Energien wie Wind- und Solarenergie ins Stromnetz. Wechselrichter wandeln den produzierten Gleichstrom in netzkonformen Wechselstrom um und stabilisieren das Netz bei schwankender Einspeisung. Ohne Leistungselektronik wäre die Energiewende im Stromnetz nicht realisierbar. Auch im Bereich der Antriebstechnik, z. B. in der Elektromobilität, ist die Leistungselektronik unverzichtbar. Sie wandelt die Gleichspannung der Batterie in Wechselspannung um und ermöglicht das (Ent)Laden sowie die Rückgewinnung von Bremsenergie. Durch den Einsatz moderner Leistungshalbleiter aus Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) werden Wirkungsgrade weiter gesteigert, was zu geringeren Energieverlusten, kompakteren Bauweisen und höheren Reichweiten führt. So treibt die Leistungselektronik sowohl die Elektrifizierung des Energiesektors als auch die Dekarbonisierung des Transportwesens voran.

Inhalte:

Dieses auf der Grundlagenvorlesung „Elektrische Energietechnik“ aufbauende Modul soll den Studierenden die
grundlegenden theoretischen und praktischen Aspekte moderner Leistungselektronik und Antriebstechnik
vermitteln.
Es werden hauptsächlich folgende Themen behandelt:

• Selbstgeführte Stromrichter-Schaltungen: DC/DC-Wandler, 2-Level und Multilevel DC/AC-Wechselrichter
• Modulationsarten für selbstgeführte Stromrichter
• Eigenschaften moderner Leistungshalbleiter auf der Basis von Si, SiC und GaN: Strom- und
• Spannungsbereiche, Gehäusebauformen
• Berechnung von Schalt- und Durchlassverlusten
• Verwendung der Datenblattwerte für die Auslegung von Stromrichtern
• Regelung von DC/DC-Wandlern
• Aufbau, Komponenten und Funktionsweise von Netz- und Antriebsregelungen
• Kühlkonzepte von Leistungselektronik
• Thermische Auslegung von Stromrichtern auf Basis thermischer Ersatzschaltbilder

Im Workshopteil der Lehrveranstaltung werden von den Studierenden selbstständig MATLAB/Simulink-Modelle zur
Simulation von Stromrichtern entworfen, implementiert und einschließlich deren Regelung getestet. Der praktische
Teil der Lehrveranstaltung umfasst nach einer Einweisung in MATLAB/Simulink (fakultativ) die Konzeptionierung
verschiedener Stromrichter bzw. Netz-/und Maschinenmodelle, das Aufstellen der benötigten Modellgleichungen,
deren Implementierung in MATLAB und den Test der Modelle in Simulationsrechnungen.
Das Modul vermittelt damit einen Überblick über die physikalischen Eigenschaften von elektrischen Netzen sowie
aller wesentlichen Komponenten moderner leistungselektronischer Systeme in Netz- und Antriebsanwendungen.