Innovationen für dynamische, energieeffiziente Antriebe mit neuartiger Leistungselektronik in der Industrie & Fertigung
Ziel des Forschungsprojektes Ide3AL ist es, die Verluste im Antriebssystem gegenüber marktetablierten, geregelten Antriebssystemen um durchschnittlich 15% zu senken. Der Einsatz schnellschaltender, verlustarmer Silizium-Carbid-Leistungshalbleiter in Verbindung mit integrierter Filtertechnologie soll zu einer deutlichen Reduktion von Eigen- und Zusatzverlusten führen, die konventionelle Umrichter verursachen.
Der Stromverbrauch in Deutschland ist seit Beginn der 1990er Jahre im Trend gestiegen. Den meisten Strom verbraucht die Industrie, gefolgt vom Gewerbe-, Handels- und Dienstleistungssektor, den privaten Haushalten und dem Verkehrssektor. Um den steigenden Energiebedarf zu kompensieren, ist elektrische Energie möglichst effizient zu nutzen. Dafür soll im Bereich der Antriebssysteme im Projekt Ide3AL das Potential neuer Silizium-Carbid-Leistungshalbleiter (SiC)-Halbleitertechnologien untersucht und genutzt werden.
In dem Projekt arbeiten wir mit der TU Braunschweig, Lenze, Infineon, Block Transformatoren und Fricke Abfülltechnik zusammen. Den Schwerpunkt bildet die Erforschung eines geeigneten Leistungshalbleiter-Modulaufbaus mit parallelgeschalteten SiC MOSFETs für den mittel-frequenten Schaltbetrieb. Mithilfe des neuen Modulaufbaus in Verbindung mit einem im Umrichter integrierten Sinusfilters soll die elektromagnetische Verträglichkeit des Gesamtsystems in der Applikation verbessert werden und so einen wesentlichen Beitrag dazu liefern, die Betriebsverlustleistung und die Systemkosten im elektrischen Antriebsystem zu senken.
Wir forschen an den Regelungsverfahren für den neuartigen Umrichter. Die schnellschaltenden SiC-Halbleiter und der integrierte Ausgangsfilter stellen neue Herausforderungen an die Regelungstechnik. Darüber hinaus sind thermische Modelle notwendig, um die Halbleiter und den Filter vor einer thermischen Überlastung zu schützen. Mithilfe einer Forschungsplattform werden die neuen Verfahren erprobt und kontinuierlich verbessert. Um den neuartigen Umrichter zu testen, wird dieser in einer Maschinenanwendung an der TH OWL aufgebaut. Dabei vergleichen und visualisieren wir die angestrebten Energieeinsparungen des neuen Systems mit einer Referenzanwendung.
Die TU Braunschweig untersucht die Anwendung der SiC-Halbleitertechnologie und deren Herausforderungen im Designprozess. Darüber hinaus wird das Zusammenspiel von Umrichter und Filterkomponenten erforscht und – mit Blick auf Bauraum und Wirkungsgrad – das Gesamtsystem optimiert.
Sollten Sie Fragen zum Projekt haben, freut sich Prof. Holger Borcherding über Ihre Anfrage:
