Einfluss des Klemmenverhaltens schnell schaltender Umrichter auf die elektrische Last und Ansteuerbedingungen

In den letzten Jahren haben sich SiC-MOSFETs in zunehmender Zahl an Anwendungen etabliert. Die zunehmende Verfügbarkeit in verschiedenen Spannungs- und Leistungsklassen führten zu einer großen Aufmerksamkeit in Forschung und Industrie. Die hohe Effizienz dieser Bauteile im Teillastbetrieb ist ein Vorteil gegenüber der Konkurrenztechnologie dem Si-IGBT. Die Fähigkeit zu schnellerem Schalten mit geringerer Verlustenergie eröffnet einen weiteren Optimierungsbereich, indem bei höherer Schaltfrequenz der Filteraufwand, sowie Verlustleistung im Gesamtsystem reduziert werden können. Allerdings ist im System sicherzustellen, dass bei allen Komponenten durch die erhöhte Schaltgeschwindigkeit keine Probleme auftreten. Durch Erarbeiten einer Übersicht relevanter technischer Komponenten im Antriebssystem der elektrifizierten Bahn, werden mögliche kritische Stellen erarbeitet. Anhand verschiedener relevanter Konfigurationen werden an einem Blechpaket einer elektrischen Maschine die Ausbreitung der Spannung im Wicklungspaket sowie die Abhängigkeit der elektrischen Belastung der relevanten Isolationsschnittstellen in Abhängigkeit der Schaltgeschwindigkeit messtechnisch ermittelt. Die Wicklung ist hierfür bei der Herstellung eigens mit Anzapfungen zur Spannungsmessung ausgestattet. Eine theoretische Herleitung minimaler Schaltverluste, unter Berücksichtigung der Randbedingungen eines Hochleistungsmoduls, für den SiC-MOSFET wird als Benchmark erarbeitet. Die berechneten Verluste können im Umfeld der Hochleistungsantriebe angewandt werden. Messtechnisch werden Möglichkeiten und Grenzen der Schaltgeschwindigkeit im Umfeld der Hochleistungsmodule erkundet. Die Kombination der Ergebnisse aus den Untersuchungen zur Spannungsbelastung der Maschine und zur gesteigerten Schaltgeschwindigkeit des SiC-MOSFETs weisen das Optimierungspotential dieses Bauteils in Hochleistungsanwendungen aus.