Power Elektronik

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Wiki Power-Elektronik (einfache Erklärungen)

 

 

Geräte:

Funktionsgenerator (x): Ein Gerät, das die Spannung nicht nur als Sinuskurve rausgibt, sondern in verschiedenen Funktionskurven bereitstellt (Rechteck, Trapez usw.). Ein arbiträrer Funktionsgenerator kann sogar beliebige (arbiträre) Kurven erzeugen.

Ein Arbiträrgenerator ist ein Funktionsgenerator, der beliebig geformte Ausgangssignale erzeugen kann. Arbiträrgeneratoren werden in Forschung, Entwicklung und Service zur Schaltungsentwicklung und -optimierung, sowie zu Prüfungszwecken, als auch Fehlersuche eingesetzt. – Wikipedia

Leistungsverstärker (Power Amplifier): Das sind Verstärker, die Steuersignalen mit einer definierten Leistung (bis ..zig kW und Frequenzen von DC bis x MHz) zur Verfügung stellen und den unterschiedlichsten Bedingungen angepasst werden können.

Sie werden benötigt, um z.B. Tests und Messungen unter immer gleichen Vorbedingungen durchführen zu können. Die Wiederholgenauigkeit ist extrem hoch.

Bei linearen Leistungsverstärkern kann die Spannung oder die Stromstärke — sogar arbiträr — moduliert werden.

Stromverstärker (Current Amplifier): Das ist ein Leistungsverstärker, der konstante Stromstärke liefert (wobei die Spannung angepasst wird).

Spannungsverstärker (Voltage Amplifier?): Das ist ein Leistungsverstärker, der konstante Spannung liefert (wobei die Stromstärke angepasst wird).

Schalter hochdynamisch (High Dynamic Switches): Diese werden hauptsächlich eingesetzt, um schnelle Schaltvorgänge – auch mit hohen Leistungen – zu simulieren.

Switch mode Technik (Schaltregler): Bei dieser Technik wird portionsweise soviel Energie auf den Ausgang übertragen, wie gebraucht wird. Der Vorteil ist der hohe Wirkungsgrad, der Nachteil die Signalunreinheit und das langsame reagieren auf schnelle Leistungerhöhung.

Längsgeregelte Verstärker (x): Sie speichern die maximale  Leistung (Ausgangsspannung / Ladung), die dann innerhalb z.B. 1µsec verfügbar ist.

Längsregler (x):

4-Quadranten-Verstärker (4 Quadrant Amplifier): Ein Verstärker, der sowohl AC + DC liefern — als auch Quelle + Last sein kann.

Lineare Leistungsverstärker (x):

 

 

 

Bauteile:

Kondensator (x): Dies ist ein Speicher, der Ladung aufnimmt und wieder abgibt.

Spule (x): Das ist eine Wicklung aus isoliertem Draht um einen Metallkern (Ferritkern).

Widerstand (resistor): Das ist ein elektronischer Bauteil, der die Spannung reduziert und dämpft??

 

 

 

 

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 (Prüfling): Ein Device Under Test (DUT) ist ein zu prüfendes Objekt. Es wird von einem Verstärker kontrolliert mit Strom versorgt.

Gleichstrom (DC = direct current): Das ist eine Welle mit unendlich langer Wellenlänge.
Für praktische Zwecke ist sie quasi linear (unter 0,01 Hz.??)

Wechselstrom (AC = alternating current): Das ist eine Welle oder eine andere pulsierende Kurve. Nach oben hin gibt es theoretisch keine Begrenzung in der Frequenz.

Frequenz (frequency): Periodisch wechselnde Spannungshöhe pro Zeiteinheit.
Bsp.: 7Hz (7 Herz) = 7 Schwingungen pro Sekunde; 1MHz = 1 Million Schwingungen pro Sekunde.

Wellenlänge (wave length): Das ist bspw. eine vollständige Sinuswelle. Sie wird normalerweise zwischen 2 Spitzen / 2 Tälern / 2 Nulldurchgängen gemessen werden.

linear (linear): Glatte Wellen, linearer Anstieg usw.

getaktet (clocked): Die Welle ist nicht glatt, sondern im Rhytmus der Taktfrequenz stufig gezackt (siehe Grafik).

Quelle (source): Als Quelle wird etwas bezeichnet, das mehr Output- als Input-Vektoren aufweist. Wenn man eine Lampe betrachtet, dann ist sie bezüglich Licht eine Quelle.

Senke (sink): Als Senke bezeichnet man etwas, das weniger Output- als Input-Vektoren hat. Wenn man eine Lampe bezüglich Spannung betrachtet, dann ist sie eine Senke.

Spannungsquelle (voltage source): Das ist – wie das Wort sagt – eine Quelle, die Spannung [Volt] liefert. Die Stromstärke variiert entsprechend der Formel ..., wenn ...

Stromquelle (current source): Hier steht die Versorgung mit Strom [Ampere] im Vordergrund.

 

Nulldurchgang (x):  (+Zeichnung)

Restwelligkeit (x):  (+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): ... die im Gerät benutzte Spannung.

Ausgangsspannung (output voltage): ... die am Augang 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): Eine Vorrichtung, die die Durchschaltung/das Weiterleiten einer Überspannung verhindert.

 

Netzversorgung (line supply): Das ist der vom Netzbetreiber (bspw. EON) bereitgestellte Strom.

Eingangsstrom (Input current): ... die Stromstärke, die am Geräteeingang anliegt.

Einschaltstrom (inrush current): Der Stromstoß, der beim Einschalten des Gerätes auftritt zur Magnetisierung des Transformators, sowie zum Laden des Kondensators (Abhilfe: Einschaltstrombegrenzung des Verstärkers).

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

Überstrom (over current): Das ist Strom mit höherer Stromstärke als festgelegt/zulässig ist.

 

Steuereingang (drive input)

 

Eingangswiderstand (input resistance)

Innenwiderstand (impedance current)

Impedanz / Scheinwiderstand (impedance)

Ausgangsimpedanz (output impedance):

Ausgangskapazität (output capacity)

 

Interlock (x):

Kapazitive Last (Capacitive load)

Lastwiderstand (load resistors)

 

Netzrückspeisung (Recycle to grid):

Rückspeisend (x): Eigenschaft eines Verstärkers Strom und Spannung am Ausgang anzunehmen. Es ist Strom, der vom DUT zurück in den Verstärker fließt und entweder ins Netz zurück gespeist wird, oder vernichtet wird.???

Galvanische Trennung zum Netz (x): Um Störungen (Oberwellen) durch andere Teilnehmer im Netz nicht ausgeliefert zu sein, wird ein eigenes Netz aufgebaut.

 

Übertemperatur (over-temperature): Temperatur, die über einem Grenzwert liegt.

 

arbiträr (arbitrary): Duden: Dem Ermessen überlassen, beliebig; nach Ermessen, willkürlich

Anstiegszeit (x): Das bezieht sich meist auf die Spannung – wie lange es dauert, bis der gewünschte Wert erreicht ist.

Abfallzeit (x): .. wie lange es dauert, bis bspw. die Spannung auf oder unter einen bestimmten Wert gesunken ist.

 

Da Wechselstrom einen sinusförmigen Verlauf hat, können unterschiedliche Spannungswerte gemessen werden. Von der Spitze zur Nulllinie, von der Plus-Spitze zur Minus-Spitze, oder die effektive Spannung (VSS dividiert durch Wurzel aus 2).

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

Vss (engl. Vpp) ... Spannung Spitze-Spitze (peak-peak): Von Spitze zu Spitze gemessen

Veff  (engl. Vrms) ... effektive Spannung (= Vss dividiert durch Wurzel aus 2) RMS = Root Mean Square

 

LV ... Leistungsverzeichnis

LV124 ... Dies ist das Regelwerk für Fahrzeuge mit 12/24 Volt Spannung. Es gilt weltweit in der Automotive.

LV148 ... Dieses Regelwerk befasst sich mit Elektrofahrzeugen. Sie werden auf Basis von 48 Volt betrieben.

LV123 ...

Werksnormen in der Automotive: Zusätzlich zu LV124, LV148 und LV123 haben die Premiumhersteller weiterführende Vorgaben. Diese sind in deren Werksnorm festgeschrieben (Beispiel: GS 95024--2--1, MBN LV 124-1, VW80000).

 

 

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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 ...