Modulare IGCT-Schaltzellen mit direkter Rückspeisung für Mittel- und Hochspannungsanwendungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ralph Kennel
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 70817170

Für die Konzeption von Hochspannungsstromrichtern ist eine Reihenschaltung einzelner Halbleiterbauelemente auf Grund der nicht ausreichenden Sperrfähigkeit unabdingbar. Problematisch hierbei ist zum einen die stationäre und dynamische Spannungsaufteilung zwischen den in Serie geschalteten Elementen. Dies kann durch einfache Mittel (R, RC, RCD) sichergestellt werden. Dabei ist in dieser Leistungsklasse die Verlustleistung der Beschaltung nicht zu vernachlässigen und stellt einen großen Anteil der Gesamtverluste eines Hochspannungsstromrichters dar. Zum anderen bringt die Reihenschaltung vor allem Probleme in der Spannungsversorgung der Ansteuereinheiten der Halbleiterventile mit sich. In Hochspannungsstromrichtern können Potentialbarrieren von 10 kV und mehr vorliegen. Dies stellt enorme Ansprüche an die Isolierung von Trenntrafos und reduziert vor allem die Lebensdauer der Stromrichter. Lösungen zu diesen Problemen sind bereits in den DFG Projekten „Stromrichter für höchste Spannungen“ (Ho 703/38-2) und „Reihenschaltung von IGCTs für Hochspannungsstromrichter“ (Ke 817/3-1) erarbeitet worden. Aufbauend auf die in diesen Projekten gewonnen Erkenntnissen, soll in diesem Forschungsvorhaben eine autarke Schaltzelle mit integriertem voltage-clamp und direkter Rückspeisung untersucht werden. Ziel dieser Untersuchungen ist es den bisherigen hohen Schaltungsaufwand zu minimieren. Trotzdem soll die Funktionalität (autark, voltage-clamp, regenerativ), der in den vorherigen Projekten dargestellten Schaltzellen unverändert gewährleistet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen