Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Geometriebasierte EMV-Vorausberechnung von AC-DC-AC-Umrichtern mit Wide-Bandgap-Leistungshalbleitern bis 30 MHz

Ziel dieses Vorhabens ist die geometriebasierte Vorausberechnung leitungsgebundener elektromagnetischer Störungen von AC-DC-AC-Umrichtern mit Wide-Bandgap(WBG)-Leistungshalbleitern im Frequenzbereich bis 30 MHz. WBG-Leistungshalbleiter aus Siliziumkarbid sind in den letzten Jahren verstärkt am Markt verfügbar geworden. Aufgrund der noch hohen Kosten muss ihr Einsatz durch Systemvorteile, wie verringerte Baugröße oder die er-höhte Energieeffizienz, begründet sein. Der zunehmende Aufwand für EMV-Filter steht dem entgegen, was die Bedeutung einer Vorausberechnung der EMV unterstreicht. In einem Vorgängerprojekt konnte die Vorausberechnung leitungsgebundener EMV auf Basis der Geometrie für DC-AC-Traktionsumrichter bis über 10 MHz realisiert und validiert werden. Durch die zusätzliche Erschließung des Frequenzbereichs bis 30 MHz soll nun der gesamte leitungsgebundene Störbereich abgedeckt werden. Die Erweiterung auf netzgespeiste AC-DC-AC-Umrichter, die in diesem Vorhaben ebenfalls erfolgen soll, bedeutet eine erhebliche Ausweitung des Anwendungsbereichs, die vor allem auch für KMU relevant ist. Untersuchungen von Verfahren zur Reduzierung der Störungen sollen zusätzliche Optimierungspotentiale aufzeigen. Durch die Vorausberechnung in einer frühen Entwicklungsphase können zudem die Kosten des Entwicklungsprozesses sowie die Time-to-Market reduziert werden.

Die Bearbeitung gliedert sich in die Abschnitte Spezifikation, grundlegende Modellierung und Simulation einschließlich der Evaluierung zusätzlicher Ansätze zur Reduktion von CM-Störungen, Entwurf und Design eines Umrichter-Systems für die Validierung, Aufbau und Parametrierung von HF-Ersatzschaltbildern auf Basis des geometrischen Designs, experimentelle Validierung der Vorausberechnung, Optimierung von Modellen und Komponenten, sowie Verallgemeinerung des Design-Flows als Toolkette. Am Ende soll ein digitaler Zwilling eines Umrichter-Systems in Bezug auf das EMV-Verhalten zur Verfügung stehen.