D2 Fortschrittliche Leistungselektronik

Thema

Die Verteilung industrieller elektrischer Energie, von Kilowatt bis Megawatt, erfolgt fast immer in Drehstromsystemen, da diese die Übertragung derselben Leistung mit einem geringeren Strom pro Leiter als ein vergleichbares Einphasensystem ermöglichen. Die Spannung zwischen zwei Außenleitern in einem Drehstromsystem ist stets höher als die Spannung zwischen Außenleiter und Neutralleiter, und zwar in einem bekannten, festen Verhältnis. Frequenzumrichter steuern die Drehzahl von Induktionsmotoren, indem sie gleichzeitig Frequenz und Spannung variieren. Dabei nutzen sie die gleiche Pulsweitenmodulation, die im Leistungselektronikmodell in Teil II beschrieben wurde, anstatt die Motoren mit der durch die Netzfrequenz vorgegebenen festen Drehzahl laufen zu lassen. Dieses Verfahren ermöglicht erhebliche Energieeinsparungen in Anwendungen wie Industriepumpen, Ventilatoren und Kompressoren, die einen großen Anteil des gesamten industriellen Stromverbrauchs ausmachen. Resonanzumrichter arbeiten genau bei der Resonanzfrequenz, die im Modell der Blindkomponente beschrieben ist – dem Punkt, an dem die Schaltverluste drastisch minimiert werden. Diese Topologie ist in modernen Ladegeräten für tragbare Geräte weit verbreitet. Schnellladegeräte für Elektrofahrzeuge, die Hunderte von Kilowatt liefern, nutzen dieselben Breitband-Halbleiter wie im Leistungselektronikmodell beschrieben. Sie arbeiten mit hohen Frequenzen, um Größe und Gewicht der Geräte in einem vernünftigen Rahmen zu halten.

Deshalb arbeitet dieses Modul, das die Leistung auf drei statt nur eine Leitung verteilt, mit dem Batteriemanagementsystem des Elektrofahrzeugs zusammen. Dieses System überwacht das Laden und Entladen jeder einzelnen Zelle. Die gleiche Logik des gesamten Moduls – die Umwandlung und Steuerung von Energie in großem Maßstab, ohne sie zu verschwenden oder die Geräte zu beschädigen – wird hier im viel kleineren Maßstab einer einzelnen Zelle innerhalb eines Akkupacks mit Tausenden von Zellen umgesetzt.

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