Dauerversuch-Prüfplatzcontainer für Leistungshalbleiter und Ansteuerschaltungen

• Fachliche Zuordnung: Elektrotechnik und Informationstechnik
• Förderung: Förderung in 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 470141928

Im Rahmen des DFG-Großgeräteantrags wird ein Dauerversuch-Prüfplatzcontainer für das Messen an Mittelspannungs-Leistungshalbleitern beantragt. Das Forschungsgerät, ein Dauerversuchsplatz in einem Container, ermöglicht es der Arbeitsgruppe einerseits Charakterisierungsmessungen andererseits Mittelspannungs-Dauerversuche durchzuführen. Dabei können Nennspannungen von bis zu 4kV und Nennströme bis 2kA erzeugt werden, welche verschiedenste Belastungen für die zu untersuchenden Bauelemente darstellen. Sodass das Verhalten der Leistungshalbleiter und deren Ansteuerschaltung untersucht werden kann. Eine kontinuierliche Überwachung verschiedenster Messgrößen mit Hilfe eines Systems auf Messkarten mit Steuerungscomputer erlauben den Betrieb rund um die Uhr. Auch führt die besondere Sicherheitsarchitektur, welche mit mehreren Ebenen ausgestattet ist, zu einem möglichst sicheren Dauerbetrieb. Eine Ausführung als separater Prüfplatzcontainer ermöglicht eine Erweiterung der Laborkapazitäten und reduziert im schlimmsten Fall die Fehlerauswirkung auf den Container.Um einen Dauerversuch im Mittelspannungsbereich durchzuführen, werden mindestens vier Leistungshalbleiter benötigt, welche zu einem Spannungszwischenkreisumrichter mit zwei Halbbrücken verschaltet wird. An den Lastausgang wird eine induktive oder induktiv-kapazitive Last angeschlossen, so dass ein Wechselstrom durch die Modulation der Leistungshalbleiter erzeugt werden kann. Durch die induktive Last ist die Leistung größtenteils Blindleistung, so dass nur die Verluste nachgespeist werden müssen. Somit kann mit recht geringer Einspeiseleistung von wenigen 10kW ein Megawatt-Umrichter betrieben werden. Die wesentlichen Verluste sind Schalt- und Durchlassverluste der Leistungshalbleiter und die Verluste der Lastinduktivität. Neben der Einspeisung wird auch eine Wasserkühlung mit definierten Vorlauftemperaturen und Durchflussmengen benötigt, um die Leistungshalbleiter definiert zu kühlen. Eine konstante Wasserkühlung gewährleistet einen konstanten thermischen Widerstand des Kühlkörpers, was entscheidend für die thermische Charakterisierung des Prüflings ist. Nur so können Aussagen zur Alterung des Moduls getroffen werden. Das Großgerät ermöglicht es der Arbeitsgruppe Leistungshalbleiter und deren Ansteuerung im Dauerversuch zu charakterisieren und deren Lebensdauer zu ermitteln. Dabei ist der Übergang von einzelnen Schaltversuchen zu einem Dauerbetrieb sehr sinnvoll, so dass mögliche Schwachstellen von Forschungsergebnissen vor dem Test im Feld gefunden werden können. Ein Prüfplatzcontainer ermöglicht ein geschlossenes System mit sehr guter Überwachbarkeit.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Dauerversuch-Prüfplatzcontainer für Leistungshalbleiter und Ansteuerschaltungen
• Gerätegruppe: 2780 Spezielle Meß- und Prüfgeräte für Halbleiter und Röhren (außer 620-659)
• Antragstellende Institution: Universität Rostock
• Leiter: Dr.-Ing. Jan Fuhrmann