Antriebstechnik an der Technische Universität Wien | Karteikarten & Zusammenfassungen

Lernmaterialien für Antriebstechnik an der Technische Universität Wien

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Zählen Sie mindestens 4 Eigenschaften auf, wovor Halbleiterbauelemente geschützt werden müssen.
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Ein Überschreiten der im Datenblatt angegebenen Maximalwerte von • Spannung, • Strom, • abführbarer Verlustleistung oder • Temperatur führt zu Schädigungen der Bauelemente und reduziert ihre Lebensdauer. Im Extremfall können sofortige Ausfälle eintreten.

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Ist "Reverse Recovery" eine gewünschte oder ungewünschte Eigenschaft der Dioden? Begründen Sie Ihre Entscheidung.
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Unerwünscht.

Da die Ladungsträger entgegen der üblichen Vorspannrichtung fließen, wird der Ladungsausgleich als Reverse Recovery Charge und die Zeit als Reverse Recovery Time bezeichnet. Da während dieser Zeit eine Spannung an der Diode anliegt und gleichzeitig ein Strom fließt, treten Verluste nach dem Prinzip P=U*I auf. Daher gilt es, diese Reverse Recovery Time möglichst kurz zu halten.

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Zählen Sie mindestens 5 charakteristische Angaben aus Dioden-Datenblättern auf und beschreiben Sie diese.
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• URRM: Spitzensperrspannung, höchstzulässiger Augenblickswert der auftretenden periodischen Sperrspannung (Indizes: -Reverse Repetitive Maximal) • IFAVM: maximaler Mittelwert des Stroms in Durchlassrichtung (Indizes: Forward Average Maximal) • IFRMSM: maximaler Effektivwert des Stroms in Durchlassrichtung, (Indizes: Forward Root Mean Squ- are Maximal) • UF(T0): temperaturabhängige Schleusenspannung (Indizes: Forward Temperatur)

• IFSM: Ist der maximale Spitzenstrom (Maximum peak forward surge current), den eine Diode als einmalige 10ms-Sinushalbschwingung mit anschließender Abschaltung (Erholzeit) ohne Zerstörung führen kann. Dieser Wert ist Grundlage zur Bemessung von Sicherungen und Schaltgeräten für einen Fehlerfall (Kurzschluss, Überstrom).

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Was versteht man unter Leistungselektronik?
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Unter Leistungselektronik versteht man ein Gebiet der Elektronik, welches sich vor allem der Umformung von Spannungen widmet. Neben der Gleichrichtung von Wechselspannung und der Umformung von Gleich- in Wechselspannung, kann Leistungselektronik auch zum Korrigieren von Spannungs- und Frequenzschwankungen genutzt werden. Zwei große Vertreter, die sich der Leistungselektronik bedienen, sind dabei die Gruppe der Energieerzeugungsanlagen und die Antriebstechnik.
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Welche Aufgaben hat eine Induktivität in LE-Anwendungen?
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LC-Filter sind auch am Eingang notwendig um die Ripplebelastung für die vorgeschalteten Komponenten zu verringern.

Glättung

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Wo werden Darlington-Transistoren eingesetzt? Zählen Sie Vor- und Nachteile auf.
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Bei hohen Kollektorströmen (hohe Leistungen)

Der verringerte Steuerstrom wird jedoch mit größeren Durchlassverlusten und längeren Schaltzeiten erkauft.

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Was versteht man unter Schutz von Halbleiterbauelementen?
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Leistungshalbleiter müssen in jedem Betriebsbereich vor unzulässigen Beanspruchungen geschützt werden. Dabei gilt es zwischen Schutzmaßnahmen im Leistungspfad (Überstrom, Überspannung, Übertemperatur) und im Ansteuerbereich (ungewolltes Schalten aufgrund von EMV-Problemen) zu unterscheiden. Dieses Kapitel widmet sich ausschließlich der Schutzmaßnahmen im Leistungspfad.

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Beschreiben Sie eine Diode.
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Dioden sind das grundlegende Halbleiterelement

Silizium-Dioden bestehen im Wesentlichen aus einem PN-Übergang. Wird ein P- und ein N-dotierter Halbleiter zusammengefügt, dann fließen die frei beweglichen Elektronen aus dem N-Halbleiter in den benachbarten P-Halbleiter und füllen dort die vorhandenen Löcher auf. Die vorher nach außen neutralen N- und P-Halbleiter sind jetzt elektrisch geladen. Nachdem der N-Halbleiter Elektronen abgegeben hat, ist dieser jetzt positiv geladen. Der P-Halbleiter hat diese Elektronen aufgenommen, wodurch dieser jetzt negativ geladen ist. Der Bereich in dem der Ladungsausgleich stattfindet, wird als Raumladungszone bezeichnet und ist die sogenannte Sperrschicht der Diode. Die Diode ist ein spannungsgesteuertes Element, die anliegende Spannung steuert den Stromfluss.

Wird nun eine Diode in Sperrrichtung (reverse-direction) betrieben, dann vergrößert die außen angelegte Spannung die Raumladungszone, sodass nahezu kein Strom fließt. Diese Sperrspannung UR – eine fundamentale Kenngröße von Dioden – kann nicht beliebig erhöht werden. Ein Über- schreiten der Nenn-Sperrspannung zerstört die Diode.

Ein Anlegen einer externen Spannung in der Flussrichtung (forward-direction) verkleinert die Raumladungszone. Solange die externe Spannung kleiner ist, als das elektrische Feld der Raumladungszone, kann kein Strom fließen. Erst wenn die externe Spannung größer wird als das elektrische Feld wird ein Stromfluss in der Flussrichtung ermöglicht. Die Spannung ab der eine Diode leitet, wird mit US (bzw. auch mit UD, UF, U(T0)) bezeichnet und ist die zweite wichtige Kenngröße von Dioden. Der nun fließende Vorwärtsstrom IF ist die dritte wichtige Kenngröße von Dioden.

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Welche Eigenschaften weist die relative Permeabilität auf? Ist diese Eigenschaft ein Vor- oder Nachteil? Begründen Sie Ihre Entscheidung.
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Strom abhängig

Nachteil, da die Induktivität L mit zunehmendem Strom sinkt
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Zählen Sie mindestens 3 charakteristische Angaben aus IGBT-Datenblättern auf und beschreiben Sie diese.
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Wichtige Angaben in den IGBT-Datenblättern sind Werte für • U(BR)CE: wird die maximale Blockierspannung überschritten, tritt der Avalanche-Durchbruch auf. D.h. bei hoher Kollektor-Emitter-Spannung fließt ein großer Strom, der das Bauelement zerstört. Indizes: Breakdown Collector-Emitter Voltage • UGE(th): Die angelegte Gate-Emitter-Spannung muss den Schwellwert (Threshold) übersteigen, damit der IGBT einschaltet. Indizes: Gate-Emitter Threshold • WON, WOFF: Ein- und Ausschaltverlustenergien die pro Schaltvorgang auftreten

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Zählen Sie mindestens 5 charakteristische Eigenschaften von Bipolar-Transistoren auf und beschreiben Sie diese.
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• Eingeschränkter Leistungsbereich bis ca. 1kW • Einsatz in Leistungsteilen, wobei er praktisch von MosFET und IGBT verdrängt wurde

• Durchlassverhalten: sehr gut, der Transistor wir in Sättigung betrieben, die Sättigungsspannug UCESat und die Durchlassverluste sind somit sehr klein • Schaltverhalten: gut, relativ hohe Schaltfrequenzen möglich • Steuerverhalten: schlecht, dauernder hoher Steuerstrom nötig

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Welchen passiven Bauteilen kommt im Bereich der Leistungselektronik eine besondere Rolle zu? Erklären Sie warum das so ist.
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Drossel und Kondensator, da sie in der Lage sind Energie zu speichern.

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Q:
Zählen Sie mindestens 4 Eigenschaften auf, wovor Halbleiterbauelemente geschützt werden müssen.
A:

Ein Überschreiten der im Datenblatt angegebenen Maximalwerte von • Spannung, • Strom, • abführbarer Verlustleistung oder • Temperatur führt zu Schädigungen der Bauelemente und reduziert ihre Lebensdauer. Im Extremfall können sofortige Ausfälle eintreten.

Q:
Ist "Reverse Recovery" eine gewünschte oder ungewünschte Eigenschaft der Dioden? Begründen Sie Ihre Entscheidung.
A:
Unerwünscht.

Da die Ladungsträger entgegen der üblichen Vorspannrichtung fließen, wird der Ladungsausgleich als Reverse Recovery Charge und die Zeit als Reverse Recovery Time bezeichnet. Da während dieser Zeit eine Spannung an der Diode anliegt und gleichzeitig ein Strom fließt, treten Verluste nach dem Prinzip P=U*I auf. Daher gilt es, diese Reverse Recovery Time möglichst kurz zu halten.

Q:
Zählen Sie mindestens 5 charakteristische Angaben aus Dioden-Datenblättern auf und beschreiben Sie diese.
A:

• URRM: Spitzensperrspannung, höchstzulässiger Augenblickswert der auftretenden periodischen Sperrspannung (Indizes: -Reverse Repetitive Maximal) • IFAVM: maximaler Mittelwert des Stroms in Durchlassrichtung (Indizes: Forward Average Maximal) • IFRMSM: maximaler Effektivwert des Stroms in Durchlassrichtung, (Indizes: Forward Root Mean Squ- are Maximal) • UF(T0): temperaturabhängige Schleusenspannung (Indizes: Forward Temperatur)

• IFSM: Ist der maximale Spitzenstrom (Maximum peak forward surge current), den eine Diode als einmalige 10ms-Sinushalbschwingung mit anschließender Abschaltung (Erholzeit) ohne Zerstörung führen kann. Dieser Wert ist Grundlage zur Bemessung von Sicherungen und Schaltgeräten für einen Fehlerfall (Kurzschluss, Überstrom).

Q:
Was versteht man unter Leistungselektronik?
A:
Unter Leistungselektronik versteht man ein Gebiet der Elektronik, welches sich vor allem der Umformung von Spannungen widmet. Neben der Gleichrichtung von Wechselspannung und der Umformung von Gleich- in Wechselspannung, kann Leistungselektronik auch zum Korrigieren von Spannungs- und Frequenzschwankungen genutzt werden. Zwei große Vertreter, die sich der Leistungselektronik bedienen, sind dabei die Gruppe der Energieerzeugungsanlagen und die Antriebstechnik.
Q:
Welche Aufgaben hat eine Induktivität in LE-Anwendungen?
A:

LC-Filter sind auch am Eingang notwendig um die Ripplebelastung für die vorgeschalteten Komponenten zu verringern.

Glättung

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Q:
Wo werden Darlington-Transistoren eingesetzt? Zählen Sie Vor- und Nachteile auf.
A:

Bei hohen Kollektorströmen (hohe Leistungen)

Der verringerte Steuerstrom wird jedoch mit größeren Durchlassverlusten und längeren Schaltzeiten erkauft.

Q:
Was versteht man unter Schutz von Halbleiterbauelementen?
A:

Leistungshalbleiter müssen in jedem Betriebsbereich vor unzulässigen Beanspruchungen geschützt werden. Dabei gilt es zwischen Schutzmaßnahmen im Leistungspfad (Überstrom, Überspannung, Übertemperatur) und im Ansteuerbereich (ungewolltes Schalten aufgrund von EMV-Problemen) zu unterscheiden. Dieses Kapitel widmet sich ausschließlich der Schutzmaßnahmen im Leistungspfad.

Q:
Beschreiben Sie eine Diode.
A:

Dioden sind das grundlegende Halbleiterelement

Silizium-Dioden bestehen im Wesentlichen aus einem PN-Übergang. Wird ein P- und ein N-dotierter Halbleiter zusammengefügt, dann fließen die frei beweglichen Elektronen aus dem N-Halbleiter in den benachbarten P-Halbleiter und füllen dort die vorhandenen Löcher auf. Die vorher nach außen neutralen N- und P-Halbleiter sind jetzt elektrisch geladen. Nachdem der N-Halbleiter Elektronen abgegeben hat, ist dieser jetzt positiv geladen. Der P-Halbleiter hat diese Elektronen aufgenommen, wodurch dieser jetzt negativ geladen ist. Der Bereich in dem der Ladungsausgleich stattfindet, wird als Raumladungszone bezeichnet und ist die sogenannte Sperrschicht der Diode. Die Diode ist ein spannungsgesteuertes Element, die anliegende Spannung steuert den Stromfluss.

Wird nun eine Diode in Sperrrichtung (reverse-direction) betrieben, dann vergrößert die außen angelegte Spannung die Raumladungszone, sodass nahezu kein Strom fließt. Diese Sperrspannung UR – eine fundamentale Kenngröße von Dioden – kann nicht beliebig erhöht werden. Ein Über- schreiten der Nenn-Sperrspannung zerstört die Diode.

Ein Anlegen einer externen Spannung in der Flussrichtung (forward-direction) verkleinert die Raumladungszone. Solange die externe Spannung kleiner ist, als das elektrische Feld der Raumladungszone, kann kein Strom fließen. Erst wenn die externe Spannung größer wird als das elektrische Feld wird ein Stromfluss in der Flussrichtung ermöglicht. Die Spannung ab der eine Diode leitet, wird mit US (bzw. auch mit UD, UF, U(T0)) bezeichnet und ist die zweite wichtige Kenngröße von Dioden. Der nun fließende Vorwärtsstrom IF ist die dritte wichtige Kenngröße von Dioden.

Q:
Welche Eigenschaften weist die relative Permeabilität auf? Ist diese Eigenschaft ein Vor- oder Nachteil? Begründen Sie Ihre Entscheidung.
A:

Strom abhängig

Nachteil, da die Induktivität L mit zunehmendem Strom sinkt
Q:
Zählen Sie mindestens 3 charakteristische Angaben aus IGBT-Datenblättern auf und beschreiben Sie diese.
A:

Wichtige Angaben in den IGBT-Datenblättern sind Werte für • U(BR)CE: wird die maximale Blockierspannung überschritten, tritt der Avalanche-Durchbruch auf. D.h. bei hoher Kollektor-Emitter-Spannung fließt ein großer Strom, der das Bauelement zerstört. Indizes: Breakdown Collector-Emitter Voltage • UGE(th): Die angelegte Gate-Emitter-Spannung muss den Schwellwert (Threshold) übersteigen, damit der IGBT einschaltet. Indizes: Gate-Emitter Threshold • WON, WOFF: Ein- und Ausschaltverlustenergien die pro Schaltvorgang auftreten

Q:
Zählen Sie mindestens 5 charakteristische Eigenschaften von Bipolar-Transistoren auf und beschreiben Sie diese.
A:

• Eingeschränkter Leistungsbereich bis ca. 1kW • Einsatz in Leistungsteilen, wobei er praktisch von MosFET und IGBT verdrängt wurde

• Durchlassverhalten: sehr gut, der Transistor wir in Sättigung betrieben, die Sättigungsspannug UCESat und die Durchlassverluste sind somit sehr klein • Schaltverhalten: gut, relativ hohe Schaltfrequenzen möglich • Steuerverhalten: schlecht, dauernder hoher Steuerstrom nötig

Q:
Welchen passiven Bauteilen kommt im Bereich der Leistungselektronik eine besondere Rolle zu? Erklären Sie warum das so ist.
A:

Drossel und Kondensator, da sie in der Lage sind Energie zu speichern.

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