Leistungselektronik
Die Abteilung Leistungselektronik des Lehrstuhls ETS wurde im Jahr 2021 als neuer Schwerpunktbereich etabliert. Neben der akademischen Lehre in den Bereichen Leistungselektronik und Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) legen wir großen Wert auf den kontinuierlichen und systematischen Ausbau der Abteilung durch moderne Labor- und Entwicklungsausstattung für Forschung und Lehre.
Forschung
Im Zuge der neuen Abteilung Leistungselektronik wurde sich zu Beginn mit der Erforschung von Wireless-Power-Transfer-Systemen (WPT) für rotierende Anwendungen (Projekt RHeNoHaft) gewidmet. Insbesondere wurde sich dabei auf die Untersuchung, Entwicklung und Erforschung von Resonanzkonvertern mit Rotationstransformatoren als Übertrager fokussiert. Ein wichtiger Aspekt dieser Forschungsaktivität ist die Verbesserung der Nachhaltigkeit durch Steigerung der Energieeffizienz, Verlängerung der Stand- und Betriebszeiten sowie die Minimierung des Rohstoff- und Energieeinsatzes von Industrieanwendungen wie beispielsweise von Kalander-Heizwalzen. Im Zuge dessen wird auch der Einsatz von modernen Schaltungen und intelligenten Steuerungstechniken von Schaltnetzteil-Strukturen zur Anwendung als hocheffiziente und nachhaltige Leistungssteller betrachtet. Dabei wird beispielsweise die Struktur des Swiss-Rectifier bei unterschiedlichen Betriebsarten und Schaltungsmodifikationen untersucht und mit weiteren bekannten Strukturen und deren Stärken und Schwächen gegenübergestellt und verglichen.
Die Forschung an hocheffizienten Schaltungsstrukturen ist dabei einhergehend mit der dafür notwendigen Messtechnik und deren Weiterentwicklung. Neben dem Einsatz modernster Poweranalyzer, wie dem Yokogawa WT5000, entwickeln wir dazu auch Kalorimetern weiter, um mit einem alternativen physikalischen Prinzip äußerst präzise Verlustleistungen von solchen Schaltungen zu bestimmen und zu verifizieren. Außerdem forschen und entwickeln wir zusammen mit verschiedenen Partnern an elektronischen Messsystemen für Spezialanwendungen. Ein bemerkenswertes Beispiel ist das im Projekt STeP entwickelte Messsystem zur Untersuchung der Dämpfungseigenschaften von Niederspannungsverteilnetzen. Hierbei handelt es sich um einen dezentralen verteilten Vektor-Netzwerk-Analysator, der erfolgreich zur Charakterisierung der Kommunikationseigenschaften von Verteilnetzen im Rahmen des Smartmeter-Rollouts mittels Breitband Power-Line-Communication eingesetzt wurde.
Das übergeordnete Ziel soll die Erforschung der Nachhaltigkeit von Elektronik und elektronischen Systemen insbesondere der Leistungselektronik sein. Diese sehen wir heute als eine der bedeutendsten Fragestellungen in diesem Bereich. Unser Ziel besteht darin, einen geschlossenen Kreislauf zu schaffen, in dem Energieverbrauch, Abfall und CO₂-Emissionen auf ein Minimum reduziert werden.
Weitere Informationen finden Sie auf unserer Forschungsseite.
Lehre
Die Leistungselektronik spielt eine wesentliche Rolle bei der effizienten Nutzung und Steuerung elektrischer Energie. Sie ermöglicht die Umwandlung, Steuerung und Regelung von elektrischer Energie in verschiedenen Anwendungen und trägt zur Verbesserung der Energieeffizienz und Nachhaltigkeit bei.
Die Hauptaufgabe besteht dabei darin, elektrische Energie von einer Form in eine andere umzuwandeln. Dazu gehören
- Wechselstrom zu Gleichstrom,
- Gleichstrom zu Wechselstrom,
- Gleichstrom zu Gleichstrom und
- Wechselstrom zu Wechselstrom.
Diese Umwandlungen sind von großer Bedeutung, um die optimale Nutzung der elektrischen Energie sicherzustellen, da verschiedene Geräte und Systeme unterschiedliche Anforderungen haben. Durch den Einsatz von elektronischen Schaltern, wie Transistoren und Thyristoren, können elektrische Ströme präzise gesteuert und geregelt werden. Dies ermöglicht die Anpassung der Leistung an die jeweiligen Anforderungen, wie beispielsweise die Variation der Spannung oder Frequenz.
Die dafür notwendigen grundlegenden Inhalte zu Bauteilen, Schaltungen und Strukturen sowie Konzepten zur Steuerung und Regelung werden in der Vorlesung, Übung und dem Praktikum Leistungselektronik allgemein vermittelt. Weiterführend wird in der Veranstaltung Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) die Leistungselektronik mit der Übertragung sehr großer Energiemengen behandelt. Dabei werden die spezifischen Konzepte, Schaltungen und Strukturen, die notwendigen Betriebsmittel und deren Besonderheiten sowie die Steuerung und Regelung von HGÜ-Systemen betrachtet.
Weitere Informationen finden Sie auf der Vorlesungsseite.
Technologietransfer
- Kooperations- und Verbundprojekte
- Effizienzbestimmung mittel Kalorimeter und Poweranalyzer (Yokogawa WT5000)
- 3D-FEM Modellbildung, Simulation und Design: Comsol Multiphysics, LTSpice, Matlab/Simulink
- Schaltungsentwicklung, Layouting und Prototypenbau
- Entwicklung von Messtechnik und messtechnischen Systemen
Weitere Informationen finden Sie im Reiter Technologietransfer.