Was heisst Leistungselektronik (LE)? Aufgabe der Leistungselektronik ist die möglichst effiziente Steuerung und Umformung elektrischer Energie. Sorgt die moderne Signalverarbeitung bzw. Informatik und Übermittlung für die Intelligenz und Kommunikationsfähigkeit elektronischer Geräte, so steht die Leistungselektronik für Energieverarbeitung und Transport. Zusammengefasst:
Die «klassische» Elektronik transportiert mittels Elektrizität Information und die Leistungselektronik dagegen Energie
Aufgrund der originären Funktion
"Steuerung und Umwandlung elektrischer Leistung" ist die
Leistungselektronik ein maßgeblicher Hebel bei Zukunftsthemen wie
Energieeinsparung, Emissionsreduzierung, regenerative Energieerzeugung (Windkraft, Photovoltaik) oder
Mobilität. Erst durch den Einsatz innovativer Leistungselektronik werden die
dazu notwendigen Systeme wie bedarfsgerecht regelbare Elektromotoren, sparsame
Hybridantriebe für Autos oder Service-Roboter überhaupt möglich.
Elektronik
– intelligentes Zusammenspiel
Moderne
Systeme erfordern in zunehmendem Maß ein intelligentes Zusammenspiel zwischen
Leistungselektronik, Signalverarbeitung, Sensorik, Aktorik und Mechanik. Der
Systemintegration, d.h. der mechatronischen Integration von Leistungselektronik
in die Zielanwendung kommt in diesem Zusammenhang eine immer größere Bedeutung
zu. Ein Beispiel dafür ist das Netzteils eines Notebook-PCs, oder ein
Umrichters für einen Elektromotor.
Leistungselektronik definiert sich über
ihre Aufgabe und nicht über einen bestimmten Leistungsbereich. Letzterer
erstreckt sich in der Praxis über mehr als neun Größenordnungen, von wenigen
Watt z. B. bei Netzgeräten, oder Energy-harvesting-Geräten, welche die Energie
aus dem Radiowellen-«Abfall» beziehen bis hin zu mehreren Gigawatt und Megavolt
bei Anlagen zur Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ / HVDC).
Breites
Anwendungsspektrum der Leistungselektronik
Das
breite Anwendungsspektrum macht die Leistungselektronik zu einer typischen
Querschnittsdisziplin, die in einer fast unüberschaubaren Fülle von Systemen im
Auto, Computer, in der Kommunikations-, Industrie- und Konsumelektronik, in der
Medizintechnik, Energietechnik, Transport- und Verkehrstechnik ihren
Niederschlag findet, letztlich in nahezu allen elektronischen Produkten.
Geschichte und Entwicklung der LE
Die ersten Anwendungen der LE waren Quecksilberdampfgleichrichter mit einer Kathode aus flüssigem Quecksilber, sowie Vakuumröhren und Gasentladungsröhren. Heute haben Halbleiter, die kleiner, einfacher, energieeffizienter und fast abnützungsfrei sind, diese Aufgaben übernommen.
Die LE mit ihren relativ neuen Bauteilen, wie IGBTs, GTOs, Power-MOS-FETs ist eine aufstrebende und stark wachsende Disziplin, die alle Bereiche der Technik in immer stärkerem Mass durchdringt. Es sind die Netzgeräte für die vielen elektronischen Geräte, die Antriebstechnik bei Autos und Bahnen und die Energieübertragung mit Seekabeln und Überlandleitungen.
LE und die klassische Elektronik / Informatik
In der LE verwendet man grösstenteils die gleichen, oder sehr ähnliche Bauteile, wie in der klassischen Elektronik und es gilt selbstverständlich auch das Ohmsche Gesetz. Und doch stehen bei der deren Anwendung als Energieumwandler und Transporteur ganz andere Parameter und Eigenschaften im Vordergrund. Aus diesem Grund muss auch ein ausgewiesener Elektronikspezialist der «Informations»-Elektronik einiges dazulernen, wenn er sich mit der Materie beschäftigen will.
LE vereinfacht Anwendungen und macht sie wirtschaftlicher und robuster
Ein gute Bespiel ist die Bahntraktion. Früher musst man bei E-Lokomotiven aufwendige Stufenschalter und störungsanfällige Gleichstrommotoren verwenden. Mit der heutigen LE steuert man E-Motoren ohne bewegliche Teile und statt der Gleichstrommotoren kann man Dank der LE einfache und robuste Asynchronmotoren einsetzten. Auch der Wirkungsgrad der Antriebssysteme ist wesentlich besser. Ein weiteres Wirkungsfeld ist das Gebiet der E-Autos und Hybride. Obwohl die Akkumulator-Technologie momentan noch einen Schwachpunkt darstellt, ermöglicht die LE überhaupt erst Automobile mit Elektroantrieb und leistet so ein grossen Beitrag zum Umweltschutz und sparsamen Energieverbrauch.
Ausblick
Die LE hat noch eine grosse Zukunft vor sich. Besonders in der Automobilindustrie und in der nachhaltigen Energiegewinnung (Stichwort Solarenergie) Jeder Mann, jede Frau mit technischem Flair und beruflichen Zukunftsplänen sollte sich für dieses Gebiet interessieren. Informatik ist heute in aller Munde, aber die LE ist eigentlich das heimliche Innovationswunder.
Die Ausbildung zum dipl. Techniker/in Elektronik HF dauert berufsbegleitend sechs Semester und umfasst u.a. folgende Fachmodule:
· Digitale Signalverarbeitung 1+2
· Mikrocontroller 1-3 / C Programmierung
Der nächste Start des HF-Studiums ist geplant auf den 30. Januar 2017.
Fritz Boyer
Dozent Leistungselektronik an der HBU
