Umrichter optimieren

Industrieelektronik

Leistungselektronik – Mersen stellt ein integriertes Konzept zur Konstruktion für die Auslegung von Umrichtern vor. Ein spezialisiertes und erfahrenes Team unterstützt Entwickler dabei, Komponenten und Aufbau vom Beginn bis zum Abschluss des Projekts zu optimieren.

14. April 2015

Anwender möchten ihre Umrichter bis zum Maximum ihrer Leistung bringen und gleichzeitig Wirkungsgrad, Zuverlässigkeit im Prozess sowie Preis und Betriebskosten optimieren. IGBTs und die passiven Komponenten erzeugen aber teilweise unerwünschte Wechselwirkungen, auch an den Schnittstellen und mit der Umgebung. Darum müssen den Entwicklern bei Auswahl und Anordnung der elektrischen Bausteine alle relevanten Informationen über deren elektrische, thermische und mechanische Eigenschaften sowie gegenseitige Beeinflussung zur Verfügung stehen.

Nach der Definition der Halbleiter ist der erste Schritt die Wahl der dynamischen Kühlung. Dies ist ein Kompromiss zwischen thermischer Leistung, dem Druckabfall im System, der verfügbaren Fließgeschwindigkeit und mechanischen Einschränkungen. Wenn die grundlegende Struktur aus Kühlplatte und den aktiven Halbleitern feststeht, beginnt die Integration und Optimierung der restlichen passiven Komponenten und der elektrischen Leiter.

Bei Gleichströmen von 150 Ampere und mehr sowie hohen Frequenzen ist die beste Lösung, statt eines Kabelbaums mehrere laminierte Leiterlagen zu verwenden. Damit erreicht man gleichzeitig hohe Stromtragfähigkeit, geringe Streuinduktivität, eine verminderte Baugröße und vermeidet Probleme bei der Zuverlässigkeit.

Auch bei den Halbleiterschutzsicherungen muss der Entwickler widersprüchliche Vorgaben miteinander in Einklang bringen: Während des normalen Betriebs sind wenig Leistungsverluste, eine möglichst lange Lebensdauer, niedrige Temperaturen und geringe Kosten erwünscht. Andererseits muss die Sicherung im Fehlerfall so schnell wie möglich auslösen, mit minimaler Durchlassenergie und Lichtbogenspannung.

In dieser Zwickmühle bilden neue Sicherungsentwicklungen eine Lösung, die beide Seiten gut vereinbart. Erhöhte Spannungen sowie die Forderung nach geringeren Ausschaltwerten zum Schutz von IGBTs und IEGTs in großen Gleichrichtern haben zu neuen Sicherungswerten und -leistungen geführt. Auch bei hohen Strömen von zehn Kilovolt und 1.000 Ampere gibt es bereits Halbleiterschutzsicherungen, die sehr geringe Verluste aufweisen.

Simulation spart Entwicklungszeit

In der Entwicklung technischer Baugruppen sind Prototypen meist zeitaufwendig und teuer. Darum geht der Trend zur Simulation schon in der Entwurfsphase und vor dem Test. So lassen sich Konstruktionsfehler frühzeitig erkennen und korrigieren. Bei kritischen Temperaturbereichen ist eine Berechnung nicht immer der beste Weg, denn eine vom Computer erstellte grafische Temperaturverteilung ist detaillierter und leichter zu verstehen. Darum wird es in der Praxis neben der Simulation weiterhin auch Testreihen und Prototypen geben.

Im Umfeld des Designs for Manufacturability (DFM) müssen Entwicklungsingenieure heute Leistung, Baugröße, Sicherheit und Zuverlässigkeit sowie Wirkungsgrad und Herstellungskosten beachten, wenn sie ein System entwerfen.

Simulation, optimierte Kühlung, die Konstruktion von laminierten Stromschienen oder die Entwicklung von Sicherungen sind unverzichtbar. Die Sachkenntnis und Erfahrungen der Entwicklungsingenieure von Mersen kann Entwickler dabei unterstützen, alle Komponenten in einem Konstruktionskonzept zu integrieren, zu bündeln und das System zu simulieren, sodass sich Leistungswandler leichter und kostengünstiger optimieren lassen. mk

Auf einen Blick

Mersen Electrical Protection

- Hersteller von Kühlkörpern, laminierten Stromschienen und Sicherungen für den Schutz von Halbleitern.

- Geräte für den Überspannungsschutz und Nieder-spannungstrennschalter nach allen weltweiten Normen ergänzen das Produktportfolio.

Erschienen in Ausgabe: 03/2015