Elektrotechnik, Elektronik, Liste elektronischer Bauteile, Frequenzumrichter, Antriebstechnik

1902 wurde der erste Gleichrichter erfunden. Dies war ein Gasentladungsgefäß mit flüssiger Quecksilberkathode. Diese Quecksilberdampfstromrichter konnten Ströme bis zu einigen Kilo Ampere gleichrichten.

Ab 1930 waren diese Quecksilberstromrichter mit einer Gittersteuerung analog zur Röhrentechnik versehen und so ließ sich ein steuerbarer Gleichstrom erzeugen.

1958 wurde bei General Electric der erste steuerbare Leistungshalbleiter entwickelt und später als Thyristor genannt. Die folgende Entwicklung brachte eine Vielzahl von weiteren steuerbaren und passiven Leistungshalbleitern hervor, die heute in weiten Teilen der Antriebstechnik Verwendung finden.

In der Antriebstechnik dient die Leistungselektronik zur Bereitstellung der elektrischen Energie für die Elektromotoren. Über die Steuerelektroniken lassen sich hier die benötigten Bedingungen sehr flexibel herstellen.
Auch in Bereichen der Energieerzeugung findet die Leistungselektronik stets größere Einsatzgebiete. Gerade in Anlagen mit kleinerer Leistung oder Anlagen mit Bedingungen unter denen der klassische Synchrongenerator als Energieerzeuger nicht eingesetzt werden kann, werden Frequenzumrichter eingesetzt, um die erzeugte elektrische Energie in das Stromnetz einzuspeisen.
In der Energieübertragung wird die Leistungselektronik in so genannten Kurzkupplungen zur Frequenzentkopplung zwischen Verbundnetzen eingesetzt. Die gleiche Technik kommt bei der HGÜ (Hochspannungsgleichstromübertragung auch Langkupplung genannt), zu dem Einsatz.

Leistungsdiode
Thyristor
Abschaltthyristor (GTO)
Integrated Gate turn-off thyristor (IGCT)
Bipolarer Leistungstransistor
Power MOSFET
IGBT
IGBT-Module
Diac
Triac

dienen dazu um (aus ein oder dreiphasigem) Wechselstrom Gleichstrom zu generieren. Je nach benutzter Schaltung gibt es hier unterschiedliche Restwelligkeiten. Diese können durch Glättungsmaßnahmen zusätzlich vermindert werden.

Zweipulsige Brückenschaltung (B2)
Dreipulsige Mittelpunktschaltung (M3)
Sechspulsige Drehstrombrückenschaltung (B6)

Als Gesteuerte Stromrichter werden Steuerungen mit einschaltbaren Ventilen genannt. Nach dem Verfahren der Anschnittsteuerung lässt sich die Ausgangspannung einer Brückenschaltung stufenlos verstellen. Neben dem Verfahren der Anschnittsteuerung, gibt es Abschnittsteuerung. Die Anschnittsteuerung verzögert das Einschalten des Ventils beginnend vom Nulldurchgang der Versorgungsspannung, die Abschnittsateuerung schaltet das Ventil zu einem gewählten Zeitpunkt vor dem Nulldurchgang der Versorgungsspannug aus. Die Kombination aus beiden verbessert wesentlich die Oberschwingungsbelastung am Anschlusspunkt und wird als Sektorsteuerung genannt.

Die Wirkleistung P ist die Leistung, die ein Stromrichter aus dem Netz bezieht und an die Gleichstromseite weitergibt:
P= Udialpha *Id = Udi*Id*cos(alpha)
Die Wirkleistung ist also eine mittlere Leistung, die sich aus der mittleren Spannung und dem Gleichstrom ergibt.

Ein größerer Steuerwinkel alpha ergibt auch eine größere Phasenverschiebung zwischen Netzstrom und Netzspannung. Die Phasenverschiebung ist identisch mit dem Zündverzögerungswinkel alpha. Das Netz wird also mit Blindleistung belastet. Diese heißt Q1: Steuerblindleistung oder Grundschwingungsblindleistung:
Q1= Udi*Id*sin(alpha)

Ein Thyristor belastet das Netz stets mit induktiver Blindleistung. Als Kompensation können netzseits entsprechende Kondensatoren eingesetzt werden.
Die Steuerblindleistung ist ca. ein Teil der Blindleistung, da sie die Oberschwingungen des Netzstromes nicht berücksichtigt.

• S: (gesamte) Scheinleistung
• S1: Grundschwingungsscheinleistung
• P: (gesamte) Wirkleistung
• Q: (gesamte) Blindleistung
• Q1: Steuerblindleistung oder Grundschwingungsblindleistung
• Qv: Oberschwingungsblindleistung oder Verzerrungsblindleistung===Anwendungen===

Frequenzumrichter
Untersynchrone Stromrichterkaskade (USK)
Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ)

Wechselstromstellerschaltungen werden benutzt, um Helligkeitssteuerungen von Lampen, Temperaturregelungen von Heizwiderständen oder Ansteuerungen von Magnetspulen zu realisieren. Da meist beide Stromrichtungen benötigt werden, werden hier meist Schaltungen mit zwei antiparallelen Thyristoren oder ein bidirektionaler Thyristor, ein so genannter Triac eingesetzt.

auch DC-DC Wandler genannt

• Serienregler und Schaltregler
• Tiefsetzsteller (Step Down Converter, Buck Converter)
• Hochsetzsteller (Step Up Converter, Boost Converter)
• Invertierender Wandler (Up Down Converter)
• Schaltnetzteil mit Sperrwandler (Flyback Converter)
• Schaltnetzteil mit Durchflusswandler (Forward Converter)

In der Leistungselektronik ist ein hoher Wirkungsgrad ein wichtiges Entwicklungsziel. Verschiedene Effekte vermindern den Wirkungsgrad.

• Ohmsche Verluste in allen stromdurchflossenen Bauteilen
• Ummagnetisierungsverluste in Induktivitäten
• Proximity Effekte in Induktivitäten
• Skin Effekt in Leitungensiehe auch Wechselrichter