Gastprofessur Leistungselektronik
In den vergangenen Jahren ist die Entwicklung der Leistungselektronik weiter stark vorangeschritten. Die Anwendungsfelder reichen in der Stromversorgungstechnik vom einfachen kleinen Schaltnetzteil bis zu großen statischen Umformern zur Kopplung von elektrischen Netzen und in der Antriebstechnik für alle Arten von Drehzahl- und Drehmomentenregelungen beliebiger elektrischer Maschinentypen.
Die rasche Entwicklung ist auch heute noch davon gekennzeichnet, dass in kurzen Abständen neue Schaltungs- und Regelungskonzepte vorgestellt werden, die vielfach direkt praktisch umgesetzt und genutzt werden können. Die Konzepte unterscheiden sich oft bezüglich der technischen Außenparameter der Applikationen aber auch hinsichtlich des Verlust-, EMV-, Geräusch und Kostenverhaltens maßgeblich.
Als eine sehr umfassende Ingenieurdisziplin reichen die Teilaspekte der Leistungselektronik mit spezifischen Aufgaben von der mikroelektronischen Steuerung über das Verhalten der speziellen Leistungshalbleiter bis zur konzeptionellen und regelungstechnischen Analyse von Schaltungen und deren externes Zusammenwirken.
Der Bereich hat sich daher spezialisiert auf ausgewählte Forschungsbereiche netzgekoppelter Leistungselektronik:
Kopplung von Netzbereichen, Stabilität von Netzen und Erzeugung autarker Netze
Egal ob regenerative Energieerzeugung, Unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage, Frequenzumformer für das 16,7‑Hz‑Bahnnetz oder eine Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ), elektrische Netze werden mit Leistungselektronik verbunden und die Leistungselektronik wirkt als eigenständige Quelle in den Netzstrukturen. Kernpunkt sind hierbei die Ausführung und die Regelung von Stromrichtern und Systemen. Dabei spielt insbesondere das problemfreie Zusammenwirken von verschiedenen Stromerzeugern wie rotierenden Generatoren und Wechselrichtern bei der konventionellen Erzeugung, in dezentralen und regenerativen Energieerzeugungsanlagen sowie speziellen Geräten für den Netzbetrieb wie Kompensationsanlagen, aktive Filter und Flexible Drehstromübertragungssysteme (FACTS) eine bedeutende Rolle.
Zwei- und Vierquadranten Netzstromrichter mit geringen Netzrückwirkungen
Gleichrichter aber auch netzgekoppelte Wechselrichter werden ab dem mittleren Leistungsbereich meist noch immer in einfachen Dioden- oder Thyristorschaltungen ausgeführt, deren geringe Verluste und Kosten durch neuere Schaltungstopologien kaum erreicht werden können. Nur eine Zusammenführung mit den weiteren Vorteile gepulster Gleichrichterstrukturen wie geringe Netzrückwirkungen, erweiterte und flexible Spannungsanpassungen, die Fähigkeit der Rückspeisung (4-Quadranten-Betrieb) oder die Einsparung konventioneller Transformatoren erlaubt einen Wandel in diesem Anwendungsbereich.
Einbindung von Energiespeichern in Stromversorgungsanlagen
Eine kontinuierliche und unterbrechungsfreie Versorgung und konstante und schwankungsfreie Verbraucher bedingen einander, da Elektroenergie stets zu dem Zeitpunkt erzeugt und bereitgestellt werden muss, wo der Verbrauch das erfordert. Das Speichern elektrischer Energie ist weitgehend unmöglich und bedingt fast immer eine Wandlung in andere Energieformen und zumindest immer eine Anpassung von Spannung, Strom und Frequenz.
Die Entnahme und Einbringung gespeicherter Energie in ein elektrisches Netz beeinflusst das Konzept bestehender Stromversorgungssysteme maßgeblich. Unterbrechungsfreie Stromversorgungen und andere autarke Netze sind ohne Energiespeicher nicht realisierbar. Überschreiten regenerative Energieerzeuger eine gewisse Größenordnung in einer Netzstruktur oder sind mehrheitlich darin führend, so wird dieses erst wirtschaftlich in Verbindung mit der Speichermöglichkeit der elektrischen Energie.
Mit den Möglichkeiten des Instituts können Stromrichter für die verschiedenen Anwendungen entwickelt, gebaut und erprobt werden. Die verschiedenen Prüfmöglichkeiten erlauben Arbeiten sowohl im Niederspannungsbereich als auch in höheren Spannungsebenen bei Leistungen von bis zu mehreren hundert Kilowatt.
