Stromrichter

Ein Stromrichter ist eine elektronische Schaltung, die aus verschiedenen Halbleiterbauelementen aufgebaut ist und die jeweilige Wandlungsart ausgeführt. Hier kommen insbesondere Dioden, Transistoren, Thyristoren, Triacs, IGBTs (Bipolartransistor) und MOSFET (Feldeffekttransistor) zum Einsatz. Die Dioden sind nur in eine Richtung stromleitend, entgegengesetzt sperren sie den Stromfluss. Transistoren, IGBTs, MOSFET und Thyristoren können über ein elektrisches Signal geschaltet werden, so dass sie in eine Richtung, je nach Signal, sperren oder leiten und in die andere Richtung, wie eine Diode, den Strom sperren. Ein Triac verhält sich im Prinzip wie zwei gegeneinander geschaltete Thyristoren, so kann mit ihm der Strom in beide Richtungen gezielt geschaltet werden. Die einzelnen elektronischen Schalter unterscheiden sich vorwiegend in der Fähigkeit, hohe Ströme zu schalten und in den dabei auftretenden Schaltverlusten.
Analog zu ihrer Funktion werden die Stromumrichter als Gleichrichter, Gleichstromwandler, Wechselrichter und Wechselstromumrichter bezeichnet [11].
Demzufolge wandelt ein Gleichrichter eine Wechselspannung in eine Gleichspannung. Ein Gleichstrom- oder auch Gleichspannungswandler wandeln eine Gleichspannung in eine Gleichspannung mit einer anderen Polarität oder Spannung. Sie werden auch als DC/DC Wandler bezeichnet und können z.B. als Spannungsstabilisator und Ladewandler eingesetzt werden.
Ein Wechselrichter formt eine Gleichspannung in eine Wechselspannung um.
Der Wechselstromumrichter oder auch Frequenzumrichter formt aus einer Wechselspannung eine andere Wechselspannung. Er besteht aus einem Gleichrichter, einem Gleichspannungszwischenkreis und einem Wechselrichter. Setzt er die gewünschte Wechselspannung dabei aus verschiedenen Gleichspannungspulsen zusammen (Bild Hyc23), so wird er auch als Pulsumrichter, Bild Hyc23, bezeichnet.
Beim Schalten der hohen Ströme entstehen im Umrichter Verluste, so dass aufgrund der hohen Schaltleistung eine Kühlung der Bauteile notwendig ist. Aus Kostengründen wird dabei auf den Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors zurückgegriffen, wobei das Kühlwasser allerdings Temperaturen bis 115°C erreichen kann. Um die Verluste niedrig zu halten, sind möglichst hohe Spannungen und niedrige Schaltfrequenzen nötig. Dem gegenüber steht jedoch der Wunsch nach möglichst kleinen Spannungen für die Batterie und hohen Schaltfrequenzen für die E-Maschinen. Zudem begrenzt der ausgewählte Halbleiter die Spannung ebenfalls nach oben.




[11] D. Schröder: "Leistungselektronische Schaltungen - Funktion, Auslegung und Anwendung", 2. Auflage, Springer, Berlin, 2008