Dierk Schroder – författare

Die große Resonanz auf die erste Auflage von "Elektrische Antriebe 3 - Leistungselektronische Bauelemente" hat eine Neuauflage erfordert. Der Grundsatz des Buches, Leistungs-Halbleiter auf der Basis halbleiterphysikalischer Grundlagen zu verstehen und nicht nur phänomenologisch zu beschreiben, ist auch in dieser zweiten Auflage beibehalten worden. Allerdings hat der immense technologische Fortschritt wesentliche Überarbeitungen und Erweiterungen erfordert. Es wurden deshalb nicht nur die vorhandenen Kapitel aktualisiert und zum Teil erheblich erweitert, sondern um die folgenden zwei neuen Kapitel "Aufbau- und Verbindungstechniken in der Leistungselektronik" sowie die "physikalische Modellbildung von Leistungshalbleitern" ergänzt. Damit liegt ein hochmodernes Werk vor, das eine umfangreiche Basis für den fundierten Einstieg in die Leistungselektronik bietet.

Die Leistungselektronik hat ihre Bedeutung in den vergangenen Jahren kontinuierlich, sowohl bei den Schaltungstechniken und den Leistungsbereichen als auch bei den Anwendungen erweitert.

Dies gilt für bereits grundsätzlich bekannte Schaltungen wie dem Direkt-Umrichter, den Stromrichtermotor oder den umrichtergespeisten Drehstrom-Antrieben mit Klemmenspannungen über 1 kV. Aber auch Schaltungsvarianten wie der Matrix-Umrichter, der stromeinprägende Umrichter oder Varianten von spannungseinprägenden Mehrpunkt-Wechselrichtern werden zunehmend genützt.

Ferner wurde der Umfang um weitere Gebiete wie brückenlose PFC-Schaltungen, aktive Filter und die Zusatzbeanspruchungen der Drehfeld-Maschinen aufgrund steiler Schaltflanken erweitert.

Ebenso wird die Erweiterung der Anwendungsfelder wie bei der Photovoltaik und den Windkraftwerken angesprochen. Ein weiteres bedeutendes Anwendungsgebiet werden die Hybrid- und Brennstoffzellen-Fahrzeuge sein.

Diese Entwicklungen sind in dieser neuen zweiten Auflage des vierten Bandes der Reihe „Elektrische Antriebe" aufgenommen und im veränderten Titel berücksichtigt.

Dieses bewährte Lehrbuch ist eine Einführung in die Antriebstechnik, wie sie in den Vorlesungen für Studenten der elektrischen Energietechnik, der Automatisierungstechnik oder verwandter Studienrichtungen gelehrt wird. Auch in der inzwischen dritten Auflage wurde dabei größte Aufmerksamkeit auf hohe Verständlichkeit gesetzt. Und so ist das Werk gleichermaßen in Universitäten und Fachhochschulen und als Nachschlagewerk in der Praxis einsetzbar. Den Grundlagen der Antriebsanordnungen, den Verlusten und der Erwärmung sind jeweils eigene Kapitel gewidmet. Gleichstrommaschine und Drehfeldmaschinen - Asynchron- und Synchronmaschine - werden ausführlich behandelt, ebenso die Grundlagen der Regelung und der Umrichterantriebe. Am Ende des Buches finden sich instruktive Übungsaufgaben mit Lösungen. Dieser Grundlagenband gehört zu einem umfassenden Gesamtwerk mit weiteren vertiefenden Bänden zur Leistungselektronik und Regelung von Antrieben.

In dieser dritten Auflage wurden sowohl für die Gleichstrommaschine als auch für Drehfeldmaschinen Kapitel eingefügt, in denen in neuer Art und sehr anschaulich die prinzipiellen Funktionen für Studenten anderer Fachrichtungen ohne Vorkenntnisse erläutert werden.

Die elektrische Antriebstechnik wird eine immer wesentlichere Komponente bei komplexen mechatronischen Systemen, z.B. durch die Bedeutung von elektrischen Antriebssträngen sowohl bei hybriden PKWs als auch bei Nutzfahrzeugen. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, wurde eine neue, vierte Auflage dieses bewährten Lehrbuches notwendig und darin weitere Vertiefungen der Darstellungen insbesondere bei den elektrischen Maschinen vorgenommen. Da die Simulation bei der Analyse und Synthese mechatronischer Systeme immer wichtiger wird, wurden bereits in der dritten Auflage Hinweise auf eine sehr ausführliche Darstellung mechatronischer Systeme, die als eine der Komponenten die elektrische Antriebstechnik - einschließlich der Leistungselektronik - enthalten, eingefügt.

Damit ist dieses Lehrbuch eine hochaktuelle Einführung in Antriebstechnik, wie sie in den Vorlesungen für Studenten der elektrischen Energietechnik, der Automatisierungstechnik oder verwandter Studienrichtungen gelehrt wird. Es wurde größte Aufmerksamkeit auf hohe Verständlichkeit gesetzt. Und so ist das Werk gleichermaßen in Universitäten und Fachhochschulen und als Nachschlagewerk in der Praxis einsetzbar. Den Grundlagen der Antriebsanordnungen, den Verlusten und der Erwärmung sind jeweils eigene Kapitel gewidmet. Gleichstrommaschine und Drehfeldmaschinen - Asynchron- und Synchronmaschine - werden ausführlich behandelt, ebenso die Grundlagen der Regelung und der Umrichterantriebe.

Am Ende des Buches finden sich instruktive Übungsaufgaben mit Lösungen. Dieser Grundlagenband gehört zu einem umfassenden Gesamtwerk mit weiteren vertiefenden Bänden zur Leistungselektronik und Regelung von Antrieben.

Das Buch „Intelligente Verfahren" führt anschaulich und verständlich in das Gebiet der intelligenten Verfahren ein. In geschlossenen Darstellungen zeigt das Buch zuerst die theoretischen Grundlagen und anschließend praktische Beispiele, wobei bei den Beispielen auch fehlerhafte Ansätze gezeigt werden. Nach einer kurzen Übersicht werden im zweiten, einführenden Kapitel die Einschränkungen behandelt, die bereits bei relativ einfachen Systemen zu beachten sind, wenn ein lineares System vorausgesetzt wird. Es wird weiterhin gezeigt, dass praktisch alle Systeme nicht- linear sind und damit die Basis für die kommenden Kapitel gelegt.

In vielen Anwendungsfällen, in denen die Nichtlinearitäten separiert werden können. Die Abbildung solcher Nichtlinearitäten durch Funktionsapproximatoren wird mit Beispielen im dritten Kapitel abgehandelt.

Das vierte Kapitel stellt die grundlegenden Lernverfahren wie der Gradientenabstieg vor, und im fünften Kapitel wird das erste intelligente Verfahren, der lernfähige, nichtlineare Beobachter entwickelt, wobei angenommen wird, dass nur die Nichtlinearitäten wie Reibung und Lose unbekannt sind und deshalb gelernt werden müssen. Im sechsten Kapitel werden die Voraussetzungen der Vorkenntnisse verringert, denn nun ist nur noch die regelungs- technische Struktur des nichtlinearen Systems bekannt. Kapitel sieben und acht stellt allgemein die Identifikationsstrukturen sowie die Vor- und Nachteile bei linearen und nicht- linearen Systemen dar. In Kapitel neun werden Identifikationsverfahren für dynamische Nichtlinearitäten vorgestellt. Im zehnten Kapitel erfolgt eine umfassende und kritische Darstellung der höherwertigen Lernverfahren. Es wird außerdem ein intelligentes Verfahren vorgestellt bei dem Vorwissen eingebracht werden kann.

In einem weiteren Kapitel werden die globalen Optimierungsverfahren vorgestellt.

Nachdem in den bisherigen Kapiteln die Identifikation nichtlinearer Systeme der Schwerpunkt war, folgen nun, beginnend mit Kapitel elf, die Regelungsverfahren bei nichtlinearen Systemen, wobei auch Randgebiete wie die Bedeutung der Nulldynamik ausführlich vorgestellt werden.

Kapitel dreizehn behandelt u.a. Regelungsverfahren bei denen das nichtlineare System gestört ist bzw. sich in der Struktur oder/ und den Parametern sprungförmig ändert.

Kapitel vierzehn erweitert den Aspekt des vorherigen Kapitels auf stochastische Prozesse.

In Kapitel fünfzehn werden Regelungsverfahren für nichtlineare, unbekannte Systeme erarbeitet, die außerdem unbekannt gestört sind. Diese Verfahren nützen einen entscheidend veränderten High-Gain-Ansatz.

Kapitel sechszehn stellt die Fuzzy-Logik vor.

Die Verfahren können bei allen nichtlinearen Systemen angewendet werden und wurden bereits äußerst erfolgreich in der Medizin, in der Robotik, in der Getriebesteuerung von Hybridfahrzeugen etc. eingesetzt.

Elektrische Antriebe - Regelung von Antriebssystemen ist Teil eines fünfbändigen Lehr- und Nachschlagewerkes. Die bewährte Struktur mit der Dreiteilung regelungstechnische Grundlagen, Regelung der elektrischen Maschinen und Regelung der elektrischen Antriebe in unterschiedlichsten Anwendungen bleibt erhalten.

In der 4. Auflage wurden Anpassungen an den Stand der Technik sowie folgende Erweiterungen vorgenommen:

Die Leistungselektronik hat durch die Diskussionen zur zukünftigen Energieversorgung, insb. der Wind- und Solarenergie, sowie der Mobilität mittels Elektro-PKW oder Hybrid-Fahrzeugen eine deutlich vergrößerte Bedeutung und damit auch neue Anwenderbereiche erhalten.

Die 3. Auflage der „Leistungselektronischen Schaltungen“ berücksichtigt den erweiterten Anwenderkreis und wurde um die Kapitel „Orientierung“ und „Anwendungsaspekte“ erweitert.

Im ersten Kapitel werden die relevanten Wissensgebiete beschrieben beginnend bei den Schaltungstechniken mit Hinweisen zur Halbleiterphysik, der Steuerung und Regelung, der Auslegung sowie der Maßnahmen zur Betriebssicherheit bis hin zu praktischen Hinweisen zur Vermeidung von Fehlern. Im zweiten Kapitel erfolgt eine kritische Bewertung der Mehrpunkt-Umrichter, von Beschaltungen und deren Minimierungen, eine Darstellung von Varianten der Ansteuerungen sowie der dynamischen Belastungen der Schaltungskomponenten. Abschließend werden thermische Fragestellungen behandelt.   Die Kapitel „ M2C-Wechselrichter“, "Elektrische Energiewandler für photovoltaische Solarenergieanlagen" und „Elektronische Betriebsgeräte für Lichtquellen“ wurden an den neusten Stand der Technik angepasst. Neu ist die detaillierte Diskussion der AC-DC-PFC-Wandler. Weiterhin werden die resonanten LCC- und LLCC-Schaltungen vorgestellt. Schließlich werden die smart grids ausführlich in dem Kapitel über neueste schaltungstechnische Lösungen auf dem Gebiet StatCom diskutiert.

Dieses bewährte Standardwerk liefert somit den Ingenieuren in der Praxis ein wertvolles Nachschlagewerk und den Studierenden ein umfassendes Lehrbuch.

"Elektrische Antriebe - Grundlagen" ist eine aktuelle und bewährte Einführung in die Grundlagen der Antriebstechnik.  Behandelt werden u.a. Antriebsanordnungen mit Gleichstrommaschinen sowie Drehfeldmaschinen mit Asynchron- und Synchronmaschinen. Sie werden anhand der Systemgleichungen, der Signalflusspläne sowie der Stellglied- und Regelungsvarianten diskutiert.  Am Ende des Buches finden sich zahlreiche Übungsaufgaben mit Lösungen.

Das Lehrbuch ist Teil eines umfassenden Werks derselben Autoren. Dieses umfasst neben "Elektrische Antriebe - Grundlagen"  die Bände "Elektrische Antriebe - Regelung von Antriebssystemen", "Intelligente Verfahren - Identifikation und Regelung nichtlinearer Systeme" sowie die Bücher "Leistungselektronische Schaltungen" und " Leistungselektronische Bauelemente".  Es dient als Kompendium für das Gesamtwerk und enthält einführende Einordnungen und Querverweise zu den benachbarten Gebieten sowie ein Stichwortverzeichnis der behandelten Gebiete in denanderen Bänden. Diese erfassen das Fachwissen für die zunehmend wichtigen Gebiete der elektrischen Antriebstechnik an sich und angrenzender Gebiete mit Komponenten der elektrischen Antriebstechnik, wie z.B. Netzgeräte, Photovoltaik, aktive Filter,  StatCom-Anlagen sowie Anwendungen in der Mechatronik.

Das Buch führt anschaulich und verständlich in das Gebiet der intelligenten Verfahren ein. In geschlossenen Darstellungen zeigt es zuerst die theoretischen Grundlagen und anschließend praktische Beispiele, wobei bei den Beispielen auch fehlerhafte Ansätze gezeigt werden.

Ausgehend von linearen Systemen und ihren Einschränkungen werden nichtlineare Systeme sowie grundlegende Lernverfahren eingeführt. Darauf aufbauend werden intelligente Verfahren, z.B. der lernfähige, nichtlineare Beobachter, entwickelt sowie die Identifikation von nichtlinearen Systemen und deren Optimierung behandelt.  Anschließend werden Regelungsverfahren von nichtlinearen Systemen vorgestellt, wobei die modellbasierte adaptive Regelung sowie die Regelung von unbekannten Systemen Schwerpunkte sind. Den Abschluss bildet ein Kapitel über Fuzzy-Logik.

Die Verfahren können bei vielen nichtlinearen Systemen angewendet werden und wurden bereits äußerst erfolgreich in der Medizin, in der Robotik und in der Getriebesteuerung von Hybridfahrzeugen eingesetzt.

Neu an der zweiten Auflage sind Kapitel über robuste Schätzverfahren und Concurrent Learning.

Die Zielgruppen

Das Werk richtet sich an Studierende  und Wissenschaftler der Ingenieurwissenschaften, Informatik und Mathematik sowie Ingenieure in der Praxis.

Das Buch Elektrische Antriebe - Regelung von Antriebssystemen besitzt eine dreiteilige Struktur. Im ersten Teil werden die regelungstechnischen Grundlagen gelegt. Anschließend wird die Regelung von elektrischen Maschinen, insbesondere die Gleichstrommaschine, die Asynchronmaschine und die Synchronmaschine, behandelt. Im letzten Teil des Werkes wird die Regelung von elektrischen Maschinen in unterschiedlichen Anwendungsfällen diskutiert.

In der neuen Auflage wurden die Querverweise und die Verständlichkeit verbessert. Damit ist ein sicherer sowie schneller Zugriff bei Fragen gewährleistet. Der Aufbau und der Umfang wurden an die aktuelle Bedeutung der Themen angepasst. Beispielweise wurden die Kapitel über besondere Betriebszustände gekürzt sowie die Kapitel über die Simulation antriebstechnischer Systeme und die Identifikation linearer Systeme herausgenommen. Hinzugekommen sind Kapitel zu Nichtlinearitäten, hierbei wird der Ansatz Funnel-Control vorgestellt. Die Idee des Verfahren ist, den Istwert in einem zeitlich variablen Tunnel zu führen, wobei die Strecke unbekannt sein kann.

Das Werk ist Teil eines fünfbändigen Lehr- und Nachschlagwerkes, beginnend mit "Elektrische Antriebe - Grundlagen", diesem Buch, "Intelligente Verfahren - Regelung nichtlinearer Systeme", Elektrische Antriebe - Leistungselektronische Schaltungen" und "Leistungselektronische Bauelemente".