Leistungselektronik

Die Definition der Leistungselektronik „Schalten, Steuern und Umformen elektrischer Energie mit elektronischen Mitteln“ [1.1]* deutet schon ihre Stellung als Bindeglied zwischen elektrischer Energietechnik (Starkstromtechnik) und elektrischer Nachrichtentechnik (Schwachstromtechnik, Informationstechnik) an. So ist auch jede leistungselektronische Schaltung einteilbar in einen Leistungsteil und einen Informations- bzw. Steuerteil.

Im folgenden sollen einige speziell für die Leistungselektronik wichtige Grundlagen der Mathematik und Elektrotechnik zusammengefaßt werden, die erfahrungsgemäß sehr oft in rein mathematischen bzw. elektrotechnischen Fächern höchstens gestreift werden.

Von ca. 1902 bis 1958 waren in der Leistungselektronik fast ausschließlich Quecksilberdampfgefäße [3.35] in Verwendung, wobei Halbleiter auf Gleichrichtung bei relativ kleinen Leistungen beschränkt waren. Ab ca. 1955 stand zum erstenmal mit dem Thyristor (damals noch unter verschiedenen anderen Bezeichnungen beschrieben [3.48], [3.52]) eine Alternative zum steuerbaren Quecksilberdampfgleichrichter zur Verfügung. Der Übergang zu den neuen Elementen hat sich in den sechziger Jahren auf breiter Front vollzogen. Es wurden viele schon Jahrzehnte früher vorgeschlagene Schaltungen wirtschaftlich realisierbar, wodurch starke Impulse zu Weiterentwicklungen gegeben wurden [3.63]. Gasentladungsröhren, im speziellen Thyratrons [3.22], werden noch in Ausnahmefällen verwendet, z. B. bei hohen Spannungen und relativ kleinen Strömen. So werden z. B. dreiphasige Brücken für 10 kV, 10 A mit sechs Thyratrons bestückt. Trotz des Erfordernisses von hochspannungsfesten Heiztransformatoren bieten sich in diesem Spezialfall wirtschaftliche Vorteile gegenüber Thyristoren.

Bei allen Schaltungen der Leistungselektronik sind Zündung und Löschung der elektrischen Ventile die Basis jeder Arbeitsweise. Man kann nun insbesondere nach der Führung (das heißt nach der Quelle der Löschspannung*, die bei Thyristoren den Strom I _F in Vorwärtsrichtung unter den Haltestrom drücken muß) unterscheiden, oder aber nach der Art der zeitlichen Vorgabe der Zünd- und Löschimpulse.

Imvorigen Kapitel wurden die Leistungskreise der Schaltungen der Leistungselektronik vorgestellt. Ihr Betrieb und ihre Anwendung erfordert aber vor allem die Vorgabe der Zündimpulse für Haupt- und Löschthyristoren. Dazu dienen die Steuerungskreise der Leistungselektronik, die naturgemäß mehr auf Signalverarbeitung Wert legen als auf Leistungsumwandlung mit großem Wirkungsgrad.

In Kapitel 6 wurde behandelt, wie die Oberschwingungen des Netzstroms z. B. Spannungsverzerrungen an anderen Verbrauchern, die an dasselbe Netz angeschlossen sind, erzeugen. Es ging hier in erster Linie um starkstromtechnische (energietechnische) Auswirkungen, die dann eben als Netzrückwirkungen schlechthin bezeichnet werden.

Schon in den vorangegangenen Kapiteln, speziell in den Kapiteln 4 und 5, wurden die Grundlagen für die meisten Anwendungsgebiete der Leistungselektronik besprochen. Dies geschah vor allem für Gleich- und Wechselstromantriebe, Schwingkreiswechselrichter für induktives Erwärmen und Schmelzen und anderes mehr. Weitere Probleme der Leistungselektronik wurden speziell in den Kapiteln 6 und 7 besprochen. Es sollen daher in vorliegendem Kapitel nur einige Ergänzungen zu den besprochenen Grundlagen gebracht, aber auch einige weitere Systeme der Leistungselektronik besprochen werden. Zu letzteren gehören unter anderem die Hochspannungsgleichstromübertragung und Stromversorgungssysteme sowohl für Hochspannung als auch Niederspannung.

Es sollen hier die Zeitschriften und Normen bzw. Vorschriften angeführt werden, die sich auf den Stoff des vorliegenden Buches beziehen. Weiters sei noch auf die zahlreichen Konferenzen hingewiesen, die sich entweder ausschließlich oder zumindest in einem beachtlichen Teil mit Leistungselektronik befassen [8.22]–[8.34], [8.133], [8.134] und daher die Publikationen in Zeitschriften ergänzen.