BA/MA – Auslegung und Ansteuerung eines aktiven du/dt-Filters

Auslegung und Ansteuerung eines aktiven du/dt-Filters für einen schnellschaltenden 100 kW SiC Antriebsumrichter

Der Einsatz von effizienteren Wide-Band-Gap (WBG) Halbleitern im Automobilbereich ermöglicht Umrichtersysteme mit höheren Leistungsdichten. So lassen sich kompakte, hochintegrierte und effiziente Antriebs­systeme konzipieren, die die Zukunft der Elektromobilität darstellen. Durch die Verwendung von WBG-Halbleitern ergeben sich im Vergleich zu Silizium höhere Spannungssteilheiten, die für heutige E-Maschinen eine Herausforderung darstellen. Weiterhin werden über die Koppelkapazitäten der E‑Maschine Störströme erzeugt, die das EMV-Verhalten des gesamten Antriebsstranges verschlechtern.

Um die E-Maschine zu schützen gibt es mehrere Möglichkeiten, wie z.B. einen passiven oder aktiven motor­seitigen Filter, langsamere Schaltgeschwindigkeiten oder langlebigere Isolationen in der E-Maschine. Ein aktiver du/dt-Filter unter Nutzung der Schalter des Umrichters lockt mit Kompaktheit und Gewichtsvorteil während der Gesamtwirkungsgrad im Vergleich zu anderen Optionen nur minimal abnimmt. Ziel des du/dt-Filters sind ein besseres EMV-Verhalten im Antriebsstrang sowie kleinere Überspannungen.

In dieser Arbeit soll ein aktiver du/dt-Filter für WBG-Halbleiter ausgelegt werden, um die Spannungssteilheiten für die E-Maschine auf ein vertretbares Maß zu reduzieren. Dazu soll ein aktiver Filter für einen 100 kHz, 100 kW Umrichter auf Basis von SiC-MOSFETs analytisch und simulativ untersucht werden. Insbesondere soll dies durch eine Berechnung der Filterverluste und der zusätzlichen Verluste im Umrichter gegenüber den Verlusten durch langsamere Schaltvorgänge dargestellt werden. Für einen Testaufbau soll ein Ansteuer­konzept erarbeitet werden, dass in eine vorhandene Motorsteuerung auf einem dSPACE-System integriert werden kann.

Erweiterung bei Masterarbeit: Implementierung der Ansteuerung im dSPACE-System und messtechnische Charakterisierung.

Betreuer: Julian Körner (Fraunhofer IISB) – Telefon: 09131-761120; Email: Julian.Koerner@iisb.fraunhofer.de

Für Studienfächer: EEI

Frühest möglicher Beginn: Sofort

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März