ISBN 978-3-8439-2580-8

978-3-8439-2580-8, Reihe Elektrotechnik

Martin Lechler
Kompakter rückspeisefähiger Antriebsstromrichter mit Impedanz-Zwischenkreis und SiC-Leistungshalbleitern mit sinusförmigen Ausgangsspannungen

186 Seiten, Dissertation Universität Erlangen-Nürnberg (2016), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die Topologie des Z-Source-Umrichters war in den letzten Jahren Gegenstand zahlreicher wissenschaftlicher Arbeiten. Sie ermöglicht, die Zwischenkreisspannung über den Wert zu setzen, den ein Diodengleichrichter erreichen kann, ohne große Hochsetzstellerdrosseln vorschalten zu müssen wie beim aktiv geschalteten Netzgleichrichter.

Die Z-Source-Topologie gestattet einen Hochsetzeffekt mit weniger Aufwand an passiven Bauelementen. Der Einsatz von Leistungshalbleitern, die auf SiC als Halbleitermaterial basieren statt der gebräuchlichen IGBTs, reduziert den Aufwand an den passiven Elementen nochmals. Möglich wird dies durch hohe Schaltgeschwindigkeit mit sehr niedrigen Schaltverlusten und die damit erreichbare sehr hohe Schaltfrequenz von 125 kHz.

Beim Frequenzumrichter mit Gleichspannungszwischenkreis führt ein Halbbrückenkurzschluss zur Zerstörung der Halbleiter. Die Z-Source-Topologie dagegen benötigt diesen – dann periodisch eingefügten – Schaltzustand für das Hochsetzen der Zwischenkreisspannung. Somit ist auch bei netzseitigen Schwankungen eine gleichbleibende Zwischenkreisspannung sichergestellt und der Einfluss auf die Lastmaschine minimiert.

Diese Arbeit vergleicht zunächst zwei unterschiedliche Leistungstransistoren auf SiC-Basis, den SiC-VJFET und den SiC-MOSFET, charakterisiert sie statisch und dynamisch und stellt sie einander gegenüber. Weiter leitet sie die theoretischen Zusammenhänge der

Z-Source-Topologie bzw. des Umrichters mit Impedanzzwischenkreis her und stellt sie – unter Mitbetrachtung eines regenerativen Betriebs – dar. Sie definiert die Vorschriften zur Auslegung und Dimensionierung eines Z-Source-Umrichters mit SiC-Bauelementen. Die mit Hilfe der Zustandsdarstellung entwickelten und simulativ getesteten Steuer- und

Regelkonzepte für diese Umrichtertopologie minimieren die Einflüsse der Netzfrequenz und Netzspannung.