Einsatz von Wide-Bandgap Leistungshalbleiterbauelementen in Wechselrichtern mit Ausgangsfilter für elektrische Antriebe

Es wird die für die Auslegung von dreiphasigen Wechselrichtern mit Ausgangsfiltern notwendige Vorgehensweise, welche zur Bestimmung einer möglichst Volumen- bzw. Verlust-optimierten Auslegung erforderlich ist. Durch die Nutzung von Transistoren aus Halbleitern mit hoher Bandlücke werden kleinere Filtervolumen bei erhöhter Schaltfrequenz möglich. Bei langen Zuleitungen oder störungssensiblen Bereichen ist es sinnvoll, ein Sinusausgangsfilter zu verwenden, das optional durch eine kapazitive Verbindung zum Zwischenkreis auch Gleichtaktstörungen unterdrückt. Zur Modulation können, neben spannungsgesteuerten Modulationsverfahren, auch strombasierte Modulationsverfahren verwendet werden, die durch die direkte Auswertung der Stromantwort des Filters die Regelstrecke vereinfachen und die, wie beispielsweise die dreieckförmige Strommodulation, für eine durchgängige Schaltentlastung bei den Transistoren sorgen. Zur Modellierung der Verluste werden insbesondere unipolare Leistungshalbleiter Bauelemente und passive Bauelemente detaillierter untersucht. Die Validierung der abgeschätzten Verluste erfordert ein hohes Maß an Messgenauigkeit, die entweder über sehr breitbandige Messmittel elektrisch oder mit kalorimetrischen Messaufbauten zu erhalten ist. Die gewonnenen Verlustmodelle werden anschließend mit Hilfe von einem spannungsgesteuert-modulierten und einem strombasiert-modulierten Wechselrichterdemonstrator untersucht. Zum Vergleich der Wechselrichter wird ein spannungsgesteuertes, sowie ein strombasiertes Modulationsverfahren mit Schaltentlastung der Transistoren gewählt und für einen gegeben Betriebspunkt exemplarisch für verschiedene Parameterwerte eines Sinusausgangsfilters mit Zwischenkreisanbindung mit den erarbeiteten Verlustmodellen untersucht.