Leistungselektronik: Einführung in Schaltungen und ... - Furys-Mod

Kapitel 4Schaltungsübersicht und Stromübergangzwischen Ventilzweigen4.1 Die Grundschaltungen der LeistungselektronikFür einen ordnenden Überblick über die vielen Schaltungen, die es in der Leistungselektronikgibt, ist es hilfreich, die verschiedenen Wirkungsprinzipien anGrundschaltungen zu erklären.Eine Grundschaltung der Leistungselektronik soll aus einer Spannungs- undeiner Stromquelle, die über elektronische Ventile miteinander verbunden sind, bestehen.Das folgt zunächst aus der Definition der Leistungselektronik mit derEnergiesteuerung über Ventilbauelemente. Für eine Grundschaltung wird zunächstangenommen, dass sie keinen Energiespeicher enthält. Deshalb ist auch nur das Zusammenschaltenjeweils einer Spannungs- mit einer Stromquelle zulässig. Die eineder Quellen arbeitet dabei als Generator, die andere als Verbraucher. Es kann dabeiangenommen werden, dass jede dieser Quellen je nach dem benötigten Arbeitspunktsowohl als Generator als auch als Verbraucher arbeiten kann. Diese Annahme istjedoch nicht bei allen technischen Anwendungen erfüllt. Da in der EnergietechnikStromquellen kaum verwendet werden, sollen sie, der praktischen Anwendung entsprechend,durch Spannungsquellen mit in Reihe geschaltetem induktivem Speicherersetzt werden.Die in den Grundschaltungen verwendeten Spannungs- und Stromquellen könnenGleich- oder Wechselgrößen liefern. Somit ergeben sich die in der Abb. 4.1dargestellten vier Schaltungsmöglichkeiten. Sie stellen die Grundschaltungen derLeistungselektronik dar. Die erste Grundschaltung – eine Gleichspannungs- undeine Gleichstromquelle über die Ventilschaltung verbunden oder in technischerNäherung zwei Gleichspannungsquellen über die Ventilschaltung und den induktivenSpeicher verbunden – wird mit GS-Umrichter bezeichnet. Als praktischesAnwendungsbeispiel ist die Schaltung eines Gleichspannungswandlers hinzugefügt.Die Grundschaltung in der zweiten Zeile von Abb. 4.1 zeigt die Kombinationeiner Wechselspannungs- mit einer Gleichstromquelle oder den Anschluss derWechselspannungsquelle direkt und der Gleichspannungsquelle über den induktivenSpeicher an die Ventile. Diese Grundschaltung wird WS/GS-Umrichter miteingeprägtem Gleichstrom (WS/GS-I-Umrichter) genannt. Da eine Umkehr derRichtung des Energieflusses durch einen Vorzeichenwechsel der GleichspannungM. Michel, Leistungselektronik, 79DOI 10.1007/978-3-642-15984-8_4, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011