Power Elektronik

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Wiki Power-Elektronik (einfache Erklärungen)

 

 

Geräte:

Funktionsgenerator (waveform generator):  Er generiert exakte Spannungskurven und stellt diese bereit (z.B. für Steuerungen).

  • Ein Standard-Funktionsgenerator stellt die Kurven Sinus—Rechteck—Dreieck—Sägezahn bereit.
  • Mit einem arbiträren Funktionsgenerator lassen sich beliebige (=arbiträre) Kurven generieren und speichern. Er hat außerdem neben den Standardkurven viele weitere sehr unterschiedliche Kurven fest eingespeichert (herstellerabhängig).

 

Leistungsverstärker, analoge, lineare (power amplifier):  Das sind längsgeregelte Verstärker. Sie speichern die maximale Leistung (U x I), die dann bei Bedarf innerhalb z.B. 1µsec verfügbar ist.

Wird nur ein Teil der bevorrateten Spannung abgerufen, können sehr hohe Verlustleistungen entstehen, die als Wärme abgeführt werden müssen.

Lineare Leistungsverstärker bilden das vom Steuersignal vorgegebene Signal mit der entsprechenden Leistung ab. Sie sind sehr schnell - bis MHz - haben geringste Verzerrungen und exakte Nulldurchgänge. Sie können sowohl als Spannungsverstärker (dabei folgt die Ausgangspannung der Sollwertvorgabe), als auch als Stromverstärker (dabei folgt der Ausgangsstrom der Sollwertvorgabe) konfiguriert werden.

 

Stromverstärker / Transconductance (current amplifier):  Das ist ein Leistungsverstärker, der konstanten / eingeprägten Strom liefert (die Spannung ändert sich, wenn sich die Last ändert).

 

Schalter hochdynamisch (high dynamic switches):  Sie dienen zum schnellen Schalten (auch mit hohen Leistungen).

Switch mode Technik (Schaltregler):  Bei dieser Technik wird portionsweise soviel Energie auf den Ausgang übertragen, wie gebraucht wird.

Vorteile der Schaltregler: hoher Wirkungsgrad, kompaktes Volumen.

Nachteile der Schaltregler: Die Signalunreinheit – die geringere Bandbreite – die nicht exakten Nulldurchgänge – das langsame reagieren auf schnelle Laständerung – der cosphi muss nahe 1 sein.

 

4-Quadranten-Verstärker (4 quadrant amplifier):  ... sind Verstärker, die sowohl als Quelle als auch als Senke in 4-Quadranten arbeiten können.

 

Vorteile der linearen Verstärker:  Geringste Restwelligkeit – exakte Nulldurchgänge – weiter cosphy-Bereich – 100% Verlustleistungsfähigkeit und cosphy gegen 0, bei entsprechender Dimensionierung; Bandbreite bis in den MHz-Bereich.

 

 

Bauteile:

Kondensator (capacitor ):  ... ist ein Speicher, der elektrische Ladung (Strom) speichern und wieder abgeben kann. Dabei eilt der Strom der Spannung voraus.

Spule (inductor ):  ... ist eine Wicklung aus leitendem Material (mit oder ohne Magnetkern). Dabei eilt die Spannung dem Strom voraus.

Widerstand (resistor):  Das ist ein elektronischer Bauteil, der einen Stromfluss in Abhängigkeit der angelegten Spannung ermöglicht. ???

 

 

 

 

 

Unterschiedliche Begriffe, aber gleiche Bedeutung:

Quelle = Generator

Senke = Last

 

linear = längsgeregelt

getaktet = geschaltet

 

LV124 = LV 124 = LV-124

LV148 = LV 148 = LV-148

USS = VPP   /   Uss = Vpp

Ueff = Vrms   /   Ueff = Vrms

UI = VIN   /   Ui = Vin

UA = VOUT   /   Ua = Vout

Ieff = Crms   /   Ieff = Crms

ISS = CPP   /   Iss = Cpp

II = CIN   /   Ii = Vin

IA = COUT   /   Ia = Vout

siny = sinφ

cosy = cosφ

qcm = cm2

 

 

 

 

Nomenklatur:

DUT (Device Under Test /Prüfling):  ist ein, nach Prüfvorschrift zu prüfendes Objekt.

Gleichspannung / Gleichstrom (DC = direct current):  Das sind stabile, gleichbleibende, sich nicht ändernde Spannungs-/Stromwerte.

Wechselspannung / Wechselstrom (AC = alternating current):  Das ist eine sich ändernde Größe.

Frequenz (frequency):  Anzahl der Schwingungen pro Zeiteinheit.
Bsp.: 7Hz (7 Herz) = 7 Schwingungen pro Sekunde; 1MHz = 1 Million Schwingungen pro Sekunde.

Wellenlänge (wave length):  ... ist die Länge einer Schwingung (zwischen 2 aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen.

linear (linear):  geradliniger Verlauf

getaktet (clocked):  z.B. portionsweise nach einem vorzugebenden Takt. Eine  Kurve wie z.B. sin wird dabei treppenförmig erzeugt und ist stufig gezackt (siehe Grafik).

Quelle (source):  Eine Quelle liefert.

Senke (sink):  Eine Senke nimmt etwas auf.

Spannungsquelle (voltage source):  ... stellt Spannung zur Verfügung

Stromquelle (current source):  ... liefert Strom

Nulldurchgang  (zero crossing):  ... ist der Punkt der Polaritätsänderung einer Funktion

Restwelligkeit (ripple):  ... ist die nichtgewollte Schwankung einer Amplitude (+Zeichnung)

 

Netzspannung (line voltage):  Das ist die vom Netzbetreiber (bspw. EON) bereitgestellte Spannung.

Eingangsspannung (input voltage):  ... die Spannung, die am Geräteeingang anliegt

Betriebsspannung (operating voltage):  ... ist die zum Betrieb eines Gerätes benötigte Versorgung.

Ausgangsspannung (output voltage):  ... die am Ausgang des Geräts verfügbare Spannung

Überspannung (over voltage):  Das ist meist eine Spannungsspitze (wie bspw. bei einem Blitzeinschlag), die über die Nennspannung hinaus geht.

Überspannungsschutz (overvoltage protection):  Schützt vor zu hoher Spannung (meist durch Kurzschließen gegen das Bezugspotential).

 

Netzversorgung (line supply):  Versorgung einer Einrichtung aus dem öffentlichen Netz.

Eingangsstrom (Input current):  ... ist der Strom, den die Einrichtung im Betrieb aufnimmt.

Einschaltstrom (inrush current):  Der Stromstoß, der beim Einschalten der  Einrichtung auftritt (zur Magnetisierung des Transformators, sowie zum Laden der Kondensatoren). Abhilfe dafür ist eine Einschaltstrombegrenzung.

Ausgangsstrom (output current):  ... die am Ausgang des Geräts verfügbare Stromstärke.

Überstrom (over current):  ... ist der Strom der den zugelassenen Strom übersteigt.

 

 

 

Steuereingang (drive input):

Eingangswiderstand (input resistance):

Innenwiderstand (source impedance):

Ausgangswiderstand (output resistance):  ... charakterisiert??? den Ausgang bei Belastungsänderung. Dabei gibt es keinen einheitlichen Wert.

Impedanz / Scheinwiderstand (impedance):  ... komplexer Widerstand, der auch induktive und kapazitive Anteile enthält.

Ausgangsimpedanz (output impedance):  ... komplexer Ausgangswiderstand

Ausgangskapazität (output capacity):

Interlock (interlock):  ... macht den Zustand des Gerätes abhängig von anderem (Funktionen/Stellungen etc.)

Kapazitive Last (capacitive load):

Lastwiderstand (load resistance):  ... ist der elektrische Widerstand, mit dem eine elektrische Quelle belastet wird.

Netzrückspeisung (line recovery):  ... ist die Einspeisung von Strom (z.B. von Solarkollektoren) ins örtliche Netz.

Galvanische Trennung zum Netz (galvanical isolation from line):  ... Bei galvanischer Trennung werden elektrische Potentiale voneinander getrennt gehalten und damit sind die Stromkreise untereinander potentialfrei (hier getrennt zum Netz).???

Übertemperatur (over-temperature):  Die Temperatur liegt über der vorgegebenen oder gesetzten maximalen Temperatur. ???

Arbiträre Funktion = beliebige Funktion (arbitrary function):

Anstiegszeit (rise time):  Sie ist definiert als die Ansprechzeit zwischen 10% und 90% des endgültigen Ablesewertes (t90 —t10).

Abfallzeit (fall time):  time from 90% to 10% of swing.

 

V ... Volt (voltage):  ... elektrische Spannung, gemessen von der Nulllinie zur Spitze.

Vss (engl. Vpp):  Spannung von Spitze zu Spitze gemessen

Veff  (engl. Vrms):  effektive Spannung bei symmetrischem Sinus (= Vss dividiert durch 2x Wurzel aus 2;  Veff = Vss : 2,82)

 

LV (specifications / bill of quantity):  ... Leistungsverzeichnis

LV124 ... Dies sind weltweit gültige Liefervorschriften für Fahrzeuge mit 12 Volt Bordnetz (Automotive).

LV148 ... Dieses Regelwerk befasst sich mit Elektrofahrzeugen. Diese Liefervorschriften gelten 48 Volt Bordnetze.

LV123 ... Liefervorschriften für Hochvoltvolt Bordnetze

Werksnormen ... herstellerspezifische Vorschriften.  In der Automotive zusätzlich zu LV124, LV148 und LV123 festgeschriebene Vorgaben (Beispiel:  GS 95024--2--1, MBN LV 124-1, VW80000).

Whitepaper

 

Die perfekteste reale Stromversorgung!

Wenn es auf stabilste & hochdynamische Eigenschaften ankommt, ist der symmetrische 4-Quadranten-Verstärker die perfekteste Lösung.

 

Welche Varianten bieten uns die 4-Quadranten Leistungsverstärker?

Symmetrische Typen mit einem Ausgangsbereich: Bei den symmetrischen Typen ist der positive und negative Ausgangsbereich gleich groß, also Wertmäßigkeit gleich bei Strom und Spannung. Der Ausgangsbereich, in dem man sich bewegen kann ist fest vorgegeben.

 

Asymmetrische Typen mit einem Ausgangsbereich: Asymmetrisch bedeutet, dass der positive Ausgangsbereich größer bzw. anders ist als der negative Ausgangsbereich. Dies kann z.B. bei Bordnetzsimulation vorteilhaft sein, wenn man beispielsweise bis 0 oder etwas darunter gehen will, um die Kondensatoren schnell  auf 0 entladen zu können.

 

Bei umschaltbaren Verstärkern können eben mehrere Bereiche in einem Verstärker realisiert werden. Das ist dann vorteilhaft, wenn ich den Verstärker für verschiedenste Anwendungen einsetzen will, aber nur das Geld für einen Verstärker ausgeben will, da die Verstärker ja nicht sehr billig sind. Das wurde mittels Umschaltbereichen realisiert. Man schaltet dazu den Verstärker aus und wählt einen anderen Bereich vor. Dazu kann man auch symmetrische Bereiche mit asymmetrische koppeln. Sinnvoll sind 3 Umschaltbereiche.

 

Wir hatten allerdings auch schon Kundenapplikationen gehabt, die 6-fach umschaltbar waren und dann weite Bereiche überstrichen haben von ±24V bis hin zur Netzsimulation ±400V und die Zwischenbereiche ±80V und ±200V, und dergleichen. Das sind natürlich dann Ausnahmefälle, die nicht die Regel darstellen.

 

Die Leistungen dieser linear geregelten Leistungsverstärker bewegen sich im Bereich bis etwa 20kVA pro Phase, bei 3 phasiger Anlage kommt man auf 60kVA, meistens sind die Leistungen geringer, die Frequenzen liegen je nach dem bei ±400V und ±28A bei 150kHz -3dB Bandbreite und bei 1,5MHz erreicht man dann ±40V oder ±80V und ±1,5A.

 

Unipolare Typen mit ...

 

 

 

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